BADANIE WYMUSZONEJ

AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ

WSTĘP TEORETYCZNY

Zjawisko skręcania płaszczyzny polaryzacji w polu magnetycznym nazywamy zjawiskiem Faradaya lub wymuszoną aktywnością optyczną. Zjawisko to, występuje w ciałach stałych , cieczach i gazach..

Kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji α jest proporcjonalny do indukcji magnetycznej B i do drogi światła w polu magnetycznym d:

α=V B d ;

gdzie: V-stała Verdeta .

Wzór ten jest słuszny, gdy światło biegnie w kierunku równoległym do wektora indukcji B. Różne substancje skręcają płaszczyznę polaryzacji w różnym kierunku. Tak więc, są substancje prawo- i lewoskrętne. Substancjami prawoskrętnymi nazywamy te , które skręcają płaszczyznę polaryzacji zgodnie z ruchem wskazówek zegara w stosunku do obserwatora , patrzącego wzdłuż wektora B w kierunku *ródła światła. Substancje skręcające płaszczyznę polaryzacji w stronę przeciwną nazywamy lewoskrętnymi .

Równanie określające stałą Verdeta to tzw. klasyczne wyrażenie Becqerela :

V= - (e/m) (λ/2c) dn/dλ

gdzie: dn/dλ - dyspersja ośrodka

λ - długość fali światła w próżni

c - prędkość światła w próżni.

W poniższym ćwiczeniu bada się zależność kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji α od indukcji magnetycznej B . Następnie wyznacza się wartość stałej Verdeta na podstawie wzoru : V = α/(Bd)

gdzie: B =μ₀ ^. n ^. I,

μ₀- przenikalność magnetyczna próżni,

14. liczba zwojów solenoidu na jednostkę długości (w ćwiczeniu

n=1230 zwojów / 197mm) ,

4. długość próbki (w ćwiczeniu d=160,08 mm).

Znajomość stałej Verdeta pozwala na określenie stosunku e/m :

e/m = -V (2c/λ) (dn/dλ)^-1

gdzie: e- ładunek elektronu,

13. masa spoczynkowa elektronu,

13. prędkość światła w próżni,

λ- długość światła lampy sodowej ( λ= 589,3 nm ).

Dyspersję dn/dλ obliczamy ze wzoru przybliżonego :

dn/dλ = (n-n₁)/(λ-λ₁)

gdzie: n₁, n - współczynniki załamania światła dla różnych długości fali

świetlnej λ,λ_l (dla szkła SF 1 i dla λ=589,3 nm : n=1,71715).

POMIARY:

schemat układu pomiarowego

pr- próbka

19. solenoid

W-wyłącznik

16. przełącznik zmiany kierunku prądu - położenia 1, 2

A-amperomierz

26. zasilacz

-zestaw przyrządów :

polarymetr 2E 155

lampa sodowa

solenoid

zasilacz DC (5A)

zasilacz ZT 980 L

amperomierz DC LM-3 kl. 0,5

1.Pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji przy odłączonym zasilaniu.

W ćwiczeniu badałyśmy zależność kąta skręcenia płaszczyzny od natężenia pola magnetycznego dla próbki - szkła SF 1.

Włączyłyśmy lampę sodową, do polarymetru wstawiłyśmy solenoid z badaną próbką. Nastawiłyśmy okular w ten sposób, aby ostro widoczne były granice podziału pola widzenia. Następnie ustawiłyśmy analizator w położenie, przy którym trzy części pola widzenia są jednakowo zaciemnione.

Kąt położenia analizatora (α₀) odczytywałam z prawej i lewej strony, następnie wartości uśredniłam. Pojawia się tutaj błąd systematyczny.

Pomiar wykonywałyśmy dziesięciokrotnie.

α0l [ ^0]	α0p [ ^0 ]	α0uś[ ^0 ]
177,3	177,3	177,3
177,2	177,1	177,1
177,3	177,3	177,3
177,2	177,2	177,2
177,2	177,2	177,2
177,3	177,3	177,3
177,2	177,3	177,2
177,2	177,2	177,2
177,1	177,1	177,1
177,1	177,1	177,1

α_{0 śr} = 177,2 ⁰ Δα = +0,1⁰

2.Pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji przy podłączonym zasilaniu.

Następnie podłączyłyśmy zasilanie. W polarymetrze zaobserwowałyśmy różnice oświetlenia trzech części pola widzenia. Analizator obróciłyśmy do takiego położenia - α_n , przy którym ponownie całe pole widzenia było równo zaciemnione. Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest równy: α = α_n - α₀ .

Pomiary wykonywałyśmy dla natężeń I w zakresie od 0,5 A do 4 A , co 0,5 A. Każdy pomiar wykonałyśmy trzykrotnie.

Czynność powtórzyłyśmy przy zmienionym kierunku prądu.

I		αn [ ^0 ]	αuśr	αn śr		Δα	α	α
[ A ]	lew	praw	[ ^0]	[ ^0]		[ ^0 ]	[ ^0 ]	[rad ^. 10^-3]
	178,2	178,2	178,2
0,5	178,1	178,1	178,1	178,2		0,1	1,0	17,4
	178,2	178,2	178,2
	178,7	178,7	178,7
1	178,8	178,7	178,7	178,7		0,1	1,5	26,5
	178,6	178,6	178,6
	179,2	179,2	179,2
1,5	179,2	179,1	179,1	179,2		0,1	2	34,9
	179,2	179,3	179,2
	179,7	179,7	179,7
2	179,7	179,7	179,7	179,7		0,1	2,5	43,6
	179,6	179,6	179,6
	180,1	180,0	180,0
2,5	180,2	180,2	180,2	180,1		0,1	2,9	50,6
	180,2	180,2	180,2
	180,7	180,8	180,7
3	180,9	180,9	180,9	180,8	0,1		3,6	62,8
	180,8	180,9	180,8
	181,2	181,2	181,2
3,5	181,2	181,3	181,2	181,3		0,2	4,1	71,5
	181,5	181,5	181,5
	182,0	182,0	182,0
4	182,2	182,1	182,1	182,2		0,2	5	87,2
	182,4	182,4	182,4

Po zmianie kierunku prądu:

I		αn [ ^0 ]	αn uśr	α śr	Δα	α	α
[ A ]	lew	praw	[ ^0 ]	[ ^0 ]	[ ^0 ]	[^0]	[rad ^. 10^-3]
	176,3	176,4	176,3
0,5	176,5	176,5	176,5	176,4	0,1	0,8	14,0
	176,5	176,4	176,4
	175,9	175,9	175,9
1	175,6	175,7	175,6	175,8	0,2	1,4	24,4
	175,9	175,9	175,9
	175,4	175,5	175,4
1,5	175,4	175,4	175,4	175,4	0,1	1,8	31,4
	175,5	175,5	175,5
	174,7	174,7	174,7
2	174,5	174,5	174,5	174,6	0,1	2,6	45,4
	174,7	174,7	174,7
	174,2	174,2	174,2
2,5	174,2	174,2	174,2	174,2	0,1	3	52,3
	174,2	174,1	174,1
	173,7	173,8	173,7
3	173,5	173,5	173,5	173,6	0,1	3,6	62,8
	173,7	173,7	173,7
	173,0	173,0	173,0
3,5	173,1	173,1	173,1	173	0,1	4,2	73,3
	173,0	173,0	173,0
	172,3	172,3	172,3
4	172,5	172,6	172,5	172,5	0,3	4,7	82,0
	172,8	172,8	172,8

Stałą Verdeta wyznaczyłam wykorzystując metodą najmniejszych kwadratów.

Obliczenia nie zostały tutaj przytoczone, ponieważ są zbyt skomplikowane.

kierunek prądu	a	V	e / m
dodatni	0,0213	16,99	1,6*10^11
ujemny	0,0210	16,75	1,6*10^11

a - współczynnik kierunkowy prostej

Stosunek e/m obliczamy ze wzoru:

e/m = - V / (dn/d(c/

gdzie: e- ładunek elektronu

m- masa elektronu

c- prędkość światła w próżni (c = 2,99792458*10⁸ m/s)

λ- długość światła lampy sodowej 589,3 nm)

dn/d  (n_i - n_j)/( _i - _j)

n_i =1,71715

n_j = 1,73976

_i  , nm

_j  632,8 nm.

WNIOSKI.

Z pomiarów wynika, że wielkość kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest

proporcjonalna do wielkości indukcji magnetycznej B oraz do długości drogi,

jaką to ciało przebywa w badanej substancji.

Na podstawie pomiarów wyznaczyłam zależność kąta skręcenia płaszczyzny

polaryzacji od prądu płynącego przez solenoid. Z zależności tej obliczyłam dalej

stałą Verdeta dla dodatniego i ujemnego przepływu prądu; wielkość ta w obu

przypadkach jest w przybliżeniu równa 17.

Wyznaczenie stałej Verdeta umożliwiło obliczenie stosunku ładunku do masy

elektronu (e / m). W wyniku tych obliczeń uzyskałam wynik zbliżony do

rzeczywistego (odczytanego z tablic gdzie: e / m = 1.7588 * 1011 C / kg).

Różnice między tymi wartościami są rzędu 10 %.

2

---