62

Ćwiczenie 62

Pomiary:

Przyrządy pomiarowe:

-Podziałka kątowa oprawki polaroidu, działka minimalna δα = 5[˚].

- Mikroamperomierz, działka minimalna δI = 0,1[μA].

- Stoper, dokładność 0,01s

Tabele pomiarowe

1. Sprawdzenie stabilności czasowej emisji promieniowania przez laser: (tabela nr 1)

Czas (s) I (μA)
0 87,5
20 87,6
40 87,7
60 86,1
80 88,4
100 87,2
120 87,7
140 88,2
160 87,5
180 88,0
200 86,5
220 88,7
240 87,6
260 88,2
280 87,4
300 88,0
Średnia 87,6

2. Pomiar zależności natężenia fotoprądu I od kąta obrotu polaroidu α: (tabela nr 2)

↑− pomiar zgodnie z ruchem wskazówek zegara

↓- pomiar przeciwnie do ruchu wskazówek zegara

Kąt α (˚) I ↑ (μA) I ↓ (μA) Średnia F
0 87,6 90,1 88,9 1,01
5 83,2 87,4 85,3 0,97
10 82,1 87,2 84,7 0,97
15 75,8 86,5 81,2 0,93
20 71,7 84,2 78,0 0,89
25 64,1 80,1 72,1 0,82
30 57,6 76,3 67,0 0,76
35 50,4 70,8 60,6 0,69
40 42,1 64,0 53,1 0,61
45 34,1 56,0 45,1 0,51
50 26,9 53,3 40,1 0,46
55 20,3 41,5 30,9 0,35
60 14,1 39,9 27,0 0,31
65 9,1 25,1 17,1 0,19
70 5,1 18,5 11,8 0,13
75 2,0 12,4 7,2 0,08
80 0,3 7,3 3,8 0,04
85 0,2 3,6 1,9 0,02
90 0,1 0,1 0,1 0,00
95 3,5 0,7 2,1 0,02
100 6,5 1,4 4,0 0,04
105 11,0 2,3 6,7 0,07
110 16,7 4,9 10,8 0,12
115 23,5 9,0 16,3 0,18
120 29,8 14,8 22,3 0,25
125 36,7 21,7 29,2 0,33
130 44,4 27,7 36,1 0,41
135 51,7 35,3 43,5 0,50
140 58,9 43,2 51,1 0,58
145 65,2 51,6 58,4 0,67
150 71,1 61,0 66,1 0,75
155 75,8 67,6 71,7 0,82
160 82,2 73,5 77,9 0,89
165 83,3 78,7 81,0 0,92
170 87,7 83,4 85,6 0,98
175 88,0 86,3 87,2 0,99
180 88,9 87,7 88,3 1,01
185 85,5 86,8 86,2 0,98
190 81,9 85,6 83,8 0,96
195 79,2 84,6 81,9 0,93
200 77,1 81,6 79,4 0,91
205 64,6 77,7 71,2 0,81
210 58,3 71,7 65,0 0,74
215 51,9 66,3 59,1 0,67
220 42,9 59,3 51,1 0,58
225 35,3 51,5 43,4 0,49
230 27,6 44,1 35,9 0,41
235 21,1 36,5 28,8 0,33
240 14,3 29,6 22,0 0,25
245 9,1 18,8 14,0 0,16
250 4,5 15,3 9,9 0,11
255 3,6 10,9 7,3 0,08
260 2,1 8,3 5,2 0,06
265 1,2 6,6 3,9 0,04
270 0,1 0,1 0,1 0,00
275 3,8 1,2 2,5 0,03
280 7,3 1,5 4,4 0,05
285 12,6 2,0 7,3 0,08
290 17,4 4,7 11,1 0,13
295 24,3 8,8 16,6 0,19
300 32,1 13,4 22,8 0,26
305 40,1 19,7 29,9 0,34
310 47,7 27,8 37,8 0,43
315 56,4 34,2 45,3 0,52
320 63,6 41,4 52,5 0,60
325 68,1 49,4 58,8 0,67
330 75,1 55,5 65,3 0,75
335 82,1 63,6 72,9 0,83
340 85,7 70,5 78,1 0,89
345 88,6 77,0 82,8 0,95
350 88,7 82,2 85,5 0,98
355 88,9 87,9 88,4 1,01
360 90,1 88,5 89,3 1,02

Opis teoretyczny:

Światło jest fala elektromagnetyczna, tj. falowym zaburzeniem pola elektrycznego i magnetycznego w przestrzeni. Jednym z jego źródeł są atomy, drgające przy przechodzeniu ze stanu wzbudzonego do podstawowego. W takim przypadku pole zaburzone jest tylko w kierunku drgnięcia, zatem pojedynczy tak wyemitowany kwant światła jest spolaryzowana liniowo. Jednak wiązka światła pochodząca od wielu atomów drgających w losowych kierunkach jest niespolaryzowana.

Polaryzacja światła jest to zjawisko polegające na ograniczeniu kierunków zaburzeń pola elektromagnetycznego. Najczęściej spotykana jest polaryzacja liniowa, polegająca na tym, ze zaburzenie zachodzi tylko w jednym, wyróżnionym kierunku. Wyróżnia sie tez polaryzacje kołowa, taka, ze maksymalne zaburzenie zatacza w przestrzeni spirale wokół promienia świetlnego, która jest szczególnym przypadkiem polaryzacji eliptycznej. Światło spolaryzowane liniowo uzyskać można na kilka sposobów. Dwa najważniejsze, wykorzystywane w doświadczeniu, to ukierunkowana emisja i ukierunkowana absorpcja.

Pierwszy z nich zachodzi w laserze: zasada jego działania wymusza na drgających atomach zgodność kierunku drgań. W laserze światło emitowane jest przez ośrodek czynny (tu: mieszanina helu i neonu), w którym tłumi sie emisje spontaniczna (tj. o losowym kierunku drgań) poprzez pompowanie ośrodka (tu: przepływ prądu przez ośrodek), czyli

doprowadzenie do niego energii tak, by zaszła inwersja obsadzeń – czyli sytuacja, gdy więcej atomów jest w stanie wzbudzonym, niż w stanie podstawowym. Gdy zainicjuje sie lawinowy proces emisji wymuszonej, układ optyczny (tu: para luster, w jednego półprzepuszczalnego) spełnia role rezonatora dla fal świetlnych poruszających się wewnątrz niego. Sprawia to, że zanikają fale o częstości i kierunku polaryzacji innym niż pewien szczególny dla danego lasera (tu: λ = 632,8nm), te zaś są wzmacniane i wypromieniowywane. Absorpcja ukierunkowana zachodzi w niektórych tworzywach – najczęściej sztucznych, o strukturze długich włókien polimerowych, ułożonych – dzięki procesom produkcji – w równoległe pasma. Materiał taki, zwany polaroidem, pochłania drgania pola zgodne

z kierunkiem włókien: zaburzenie pola zamienia sie w polaroidzie w mikroprąd, którego energia jest rozproszona jako ciepło. Można jeszcze wspomnieć o polaryzacji przez odbicie, która zachodzi, gdy promień odbity jest prostopadły do promienia załamanego. Z prawa Shella łatwo wywnioskować, ze ten szczególny kat padania (zwany katem Brewstera), przy którym zachodzi to zjawisko, spełnia

gdzie n1 < n2 to współczynniki załamania ośrodków. Promień załamany jest spolaryzowany w płaszczyźnie, w której zaszło zjawisko, promień odbity – prostopadle do niej.

Prawo Malusa określa stosunek natężenia światła spolaryzowanego przed i po przejściu przez polaryzator. Jeśli θ to kat pomiędzy płaszczyzna polaryzacji światła i płaszczyzna polaryzacji polaryzatora, to zachodzi

gdzie E0,E to natężenia pola odpowiednio przed i po przejściu przez polaryzator. Skoro natężenie fali I zmienia sie z kwadratem amplitudy drgań, to ostatecznie

Opis układu doświadczalnego:

Układ pomiarowy składa sie z szyny, na której zamocowano laser helowo-neonowy, polaroid w obrotowej, wyskalowanej oprawce, i fotodiodę połączoną z mikroamperomierzem. Po sprawdzeniu, ze dla ustawień polaroidu α = 90˚, 270˚ natężenie fotoprądu spada niemalże do zera (0,1μA), a dla α= 0˚, 180˚ osiąga wartości maksymalne, zmierzono natężenie fotoprądu I dla kątów z zakresu 0˚, 360˚ co 5˚. Następnie przez 5min mierzono natężenie fotoprądu dla α= 0˚, zapisując wyniki co 20s. Na końcu powtórzono pomiary przy zmniejszanym α.

Opracowanie wyników pomiarów:

Maksymalne natężenie fotoprądu- średnia arytmetyczna 16 pomiarów (zestawionych w tabeli nr 1):

Imax=87,6μA

Minimalne natężenie fotoprądu- średnia arytmetyczna pomiarów dla kątów 90˚ i 270˚ (wyniki wszystkich pomiarów wynosiły 0,1μA)

Imin=0,1 μA

Obliczenie F(α) dla każdego kąta ze wzoru wspólnego:


$$F = \frac{I - \ I_{\max}}{I_{\max} - I_{\min}}$$


$$I = \frac{I_{\uparrow} + I_{\downarrow}}{2}$$

Zarówno średnie pomiary I, jak i zależność F(α) zostały zamieszczone w tabeli nr 2 (obliczenia w programie Excel).

Wykres zależności F(α):

Niepewność pomiarowa:

Ze wzoru u(Imax)=$\sqrt{\frac{1}{n(n - 1)}\sum_{i = 1}^{n}{(x_{i}{- \overset{\overline{}}{\text{x\ }}\ )}^{2}}}$

u(Imax)=0,1657μA

$\frac{u(I\max)}{\text{Imax}}$=$\frac{0,1657}{87,6}*100\% = 0,2\%$

Wnioski:

Wynik doświadczenia jest bardzo dobry (punkty pomiarowe leżą bardzo blisko teoretycznej krzywej cos2x), mimo ze odczyty mikroamperomierza (przy wysokich wskazaniach) były utrudnione przez niestabilność wskazów. Przy kątach 900 i 2700 nie udało się uzyskać wartości zerowych, gdyż w sali było zapalone światło, najmniejsza osiągnięta wartość to 0,1μA.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
ei 03 2002 s 62
61 62
62
60 62
62 fora i katalogi
62 029
DSC62
62 008
Śpiewnik 62
plik (62)
62
10 (62)
62 63 407 pol ed02 2005
pod sztandarem niepokalanej nr 62
abc 62 63 Satin
62 MT 01 Fale elektromagnetyczne
201(62) nowy zalacznik V
62
Karabinek granatnik wz 1960 kalibru 7,62 mm

więcej podobnych podstron