E4

Polaryzacja mikrofal i załamanie promieniowania mikrofalowego w pryzmacie

Cel ćwiczenia:

- Zapoznanie się ze zjawiskiem optyki mikrofalowej

- Wyznaczenie charakterystyki fizycznej fal elektromagnetycznych

- Wyznaczenie współczynnika załamania promieniowania mikrofalowego o długości 2,85cm w polistyrenie.

Polaryzacja mikrofal:

Część właściwa

Mikrofale są umownie wydzielonym przedziałem widma elektromagnetycznego o zakresie długości: 1mm-30cm (częstotliwość 1-300 GHz). Taki zakres umożliwia nam łatwą analizę zjawisk falowych, np. polaryzacji.

Niespolaryzowane mikrofale charakteryzują się całkowicie przypadkowym położeniem wektorów pola elektrycznego lub magnetycznego. Jeżeli istnieje dominujący kierunek wektora natężenia to wtedy mówimy o częściowej polaryzacji. Falą całkowicie spolaryzowaną jest fala, której wektor natężenia drga w ściśle określonym kierunku.

Promieniowanie mikrofalowe jest liniowo spolaryzowane wzdłuż osi diody emisyjnej.

Kąt odbiornika	Wskazanie miernika I	Kąt odbiornika	Wskazanie miernika I	Kąt odbiornika	Wskazanie miernika I	Kąt odbiornika	Wskazanie miernika I
0 ^o	1	50 ^o	0,375	100 ^o	0	150 ^o	0,725
5 ^o	1	55 ^o	0,2625	105 ^o	0,0125	155 ^o	0,775
10 ^o	0,9875	60 ^o	0,2	110 ^o	0,025	160 ^o	0,875
15 ^o	0,975	65 ^o	0,1	115 ^o	0,075	165 ^o	0,925
20 ^o	0,9	70 ^o	0,05	120 ^o	0,125	170 ^o	0,975
25 ^o	0,8625	75 ^o	0,025	125 ^o	0,225	175 ^o	1
30 ^o	0,75	80 ^o	0,0125	130 ^o	0,3	180 ^o	1
35 ^o	0,675	85 ^o	0	135 ^o	0,4
40 ^o	0,6	90 ^o	0	140 ^o	0,525
45 ^o	0,475	95 ^o	0	145 ^o	0,6

Wnioski:

-Wskazanie miernika jest proporcjonalne do wartości natężenia mikrofal. Zatem miernik może mierzyć natężenie fal.

-Zmiana kąta nachylenia odbiornika względem nadajnika wpływa na wielkość natężenia fali padającej. Im bliżej prostopadłości Szczelin nadajnika i odbiornika, tym słabsze natężenie

Załamanie promieniowania mikrofalowego w pryzmacie:

Przebieg doświadczenia:

1. Podłączamy zasilenia pod układ pomiarowy (odbiornik ma własne zasilanie najprawdopodobniej bateryjne)

2. Mierzy kąt Epsilon w pustej formie (E=19’)

3. Pustą formę kładziemy na środku układu pomiarowego w taki sposób, aby jedno z ramion trójkąta było ułożone pod kątem prostym do padających mikrofal

4. Odchylamy ramię z odbiornikiem mikrofal w lewo/w prawo w celu sprawdzenia wpływu pustej formy na ewentualne załamanie promieniowania mikrofalowego (błąd kątomierza: φ∆=2’)

5. Odczytujemy kolejne wartości z odbiornika i okazuje się, że mikrofale powodują największe natężenie w linii prostej pusta forma nie zaburza biegu promieniowania mikrofalowego.

6. Do formy wsypujemy granulki z polistyrenu

7. Badamy zmianę natężenia mikrofal odchylając powoli ramię

Lp	φ [rad]	I [mA]	Lp	φ [rad]	I [mA]
1	0	2,4	8	0,1570796	6,4
2	0,0349066	3,3	9	0,1745329	6,6
3	0,0698132	4,1	10	0,1919862	6,4
4	0,0872665	4,8	11	0,2094395	6,2
5	0,1047198	5,2	12	0,2268928	5,9
6	0,122173	5,6	13	0,2443461	5,4
7	0,1396263	6,2

8. Określamy kąt dla którego napięcie było najwyższe natężenie (φ =0,1745329 rad : I=6,6mA)

∆ φ = 0,034907[rad]

ε = 0,331613[rad]

9. Obliczamy współczynnik załamania fali ze wzoru

10 Obliczamy błąd współczynnika załamania ze wzoru

n₂=1,49±0,09

11. Obliczamy prędkość rozchodzenia się fal ze wzoru

c=300 000 000 m/s

V₁=300 000 000 m/s

V₂=201 461 444 m/s

12. Obliczamy błąd fali elektromagnetycznej z wzoru z pkt 10(błąd c jest znikomo mały)

n1=v1=300 000 000m/s, cos (φ+E)*2’/sinE =0,19 więc ∆n2=∆v2 = 300 000 000m/s*0,09 = 27 000 000m/s

V₂=(201±27)*10⁶ m/s

wartości porównywalne

ośrodek	wsp. załamania
polistyren	1,62
dwusiarczek węgla	1,63
jodek metylu	1,74
szkło (kron)	1,52
szkło (flint)	1,66
chlorek sodu(flint)	1,53

Wnioski:

W środkach jednorodnych fale rozchodzą się po liniach prostych z jednakową prędkością.

Zmiana ośrodka powoduje zarówno zmianę prędkości jak i linii biegu fali.

Błędy które mogły powstać podczas pomiarów mogły być spowodowane:

1 Niedokładnością używanego na ramieniu kątomierza

2 Niedokładnością oka ludzkiego np. błąd paralaksy

3 Błędnym ustawieniem formy

4 Nieodpowiednim rozmieszczeniem granulek we formie

5 Ruchomym ramieniem przesuwnym (zmiana odległości między transmiterem , a odbiornikiem)