Temat ćwiczenia : Badanie odbicia światła od powierzchni dielektryków.

1. Wstęp teoretyczny

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia wykonanego dnia 27.04.2009r. w laboratorium fizycznym było przeprowadzenie obserwacji nad odbiciem światła od dielektryków. Doświadczenia, które przeprowadzaliśmy miały na celu wykazanie słuszności prawa Malusa, jak również wyznaczenie wartości kąta Brewstera i kąta granicznego. Otrzymane wyniki pozwoliły nam określić współczynnik załamania szkła.

Wiadomości teoretyczne

Polaryzacja światła jest uzależniona od kierunków wektorów pola elektrycznego i magnetycznego fali elektromagnetycznej. Jeżeli kierunek drgań tych wektorów jest przypadkowy w danym punkcie, to nie możemy powiedzieć, że światło będzie spolaryzowane. Światło będzie spolaryzowane wówczas, gdy kierunek tych wektorów jest stały, lub zmienia się, lecz w ściśle określony sposób. Możemy wyróżnić polaryzację liniową – zachodzi gdy kierunek rozchodzenia się wektorów pola elektrycznego i magnetycznego jest stały, polaryzację kołową – zachodzi kiedy wektory pola elektromagnetycznego obracają się wokół kierunku rozchodzenia się fali, oraz polaryzację eliptyczną – zachodzi wówczas, gdy podczas obrotu wektory zmieniają swoja długość. Przyrządem optycznym służącym do otrzymywania światła spolaryzowanego jest Polaryzator. Natężenie światła przechodzącego przez polaryzator wyniesie zgodnie z prawem Malusa:

I=I₀cos²α

Całkowite wewnętrzne odbicie to zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla światła) występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu.

Na mocy prawa załamania:

dla Kąt graniczny - P - promień padający pod kątem αgr, Z - promień załamany pod kątem β=90°, N - normalna padania.

Kąt graniczny - maksymalny kąt, pod jakim promień świetlny może padać na granicę ośrodków, ulegając przy tym załamaniu. Przy wzroście kąta padania promienia powyżej wartości kąta granicznego, promień nie załamuje się i pojawia się efekt całkowitego wewnętrznego odbicia. Wartość kąta granicznego można obliczyć ze wzoru Snelliusa, podstawiając za kąt załamania 90°

1. Schemat układu pomiarowego i wykaz przyrządów

Do przeprowadzenia obserwacji nad odbiciem światła od dielektryków posłużyły nam następujące przyrządy:

• źródło światła

• 2 polaryzatory

• stolik goniometryczny(znajduje się pomiędzy polaryzatorami)

• płytki szklane

• fotodetektor z miernikiem fotoprądu

1. Prezentacja wyników

Wyznaczenie współczynnika załamania światła przy pomocy Prawa Snelliusa.

2α ± Δ [°]	α± Δ [°]	β± Δ [°]	sinα± Δ	sinβ± Δ	n2± Δ
10,0 ± 0,5	5,0 ± 0,5	1,0 ± 0,5	0,087 ± 0,004	0,018 ± 0,008	4,97 ± 0,01
20,0 ± 0,5	10,00 ± 0,25	3,0 ± 0,5	0,174 ± 0,004	0,078 ± 0,008	2,21 ± 0,01
30,0 ± 0,5	15,00 ± 0,25	5,0 ± 0,5	0,259± 0,004	0,096 ± 0,008	2,70 ± 0,01
40,0 ± 0,5	20,00 ± 0,25	7,0 ± 0,5	0,342 ± 0,004	0,122 ± 0,007	2,81 ± 0,01
50,0 ± 0,5	25,00 ± 0,25	8,0± 0,5	0,423 ± 0,003	0,148 ± 0,006	2,86 ± 0,01
60,0± 0,5	30,00 ± 0,25	10,0 ± 0,5	0,500 ± 0,003	0,182 ± 0,004	2,74 ± 0,01
70,0 ± 0,5	35,00 ± 0,25	12,0 ± 0,5	0,574 ± 0,002	0,216 ± 0,003	2,65 ± 0,004
80,0 ± 0,5	40,00 ± 0,25	14,0 ± 0,5	0,643 ± 0,001	0,259 ± 0,002	2,48± 0,002
90,0 ± 0,5	45,00 ± 0,25	16,0 ± 0,5	0,707 ± 0,001	0,309 ± 0,002	2,29 ± 0,002
100,0 ± 0,5	50,00 ± 0,25	18,0 ± 0,5	0,766 ± 0,001	0,342 ± 0,002	2,24 ± 0,002
110,0 ± 0,5	55,00 ± 0,25	21,0 ± 0,5	0,819 ± 0,001	0,391 ± 0,003	2,10± 0,004
120,0 ± 0,5	60,00 ± 0,25	24,0 ± 0,5	0,866 ± 0,002	0,454 ± 0,004	1,91 ± 0,007
130,0 ± 0,5	65,00 ± 0,25	27,0 ± 0,5	0,906 ± 0,003	0,500 ± 0,006	1,81 ± 0,008
140,0 ± 0,5	70,00 ± 0,25	30,0 ± 0,5	0,940 ± 0,003	0,552 ± 0,007	1,70 ± 0,01
150,0 ± 0,5	75,00 ± 0,25	33,0 ± 0,5	0,967 ± 0,004	0,602 ± 0,008	1,60 ± 0,01
160,0 ± 0,5	80,00 ± 0,25	37,0 ± 0,5	0,985 ± 0,004	0,663 ± 0,008	1,49 ± 0,01

Zamiana kąta o mierze stopniowej (stopnie) na miarę łukową (radiany):

n_2śr=2,24 błąd pomiarowy n_2śr to Δ =0,001

http://pl.wikipedia.org/wiki/Całkowite_wewnętrzne_odbicie

http://pl.wikipedia.org/wiki/Kąt_graniczny