Wydział Fizyki i Techniki Jądrowej	Wykonali: 1 Grzegorz Kamiński 2. Sergiusz Osuchowski		Rok II		Grupa Fizyka Komputerowa		Zespół 6
Pracownia fizyczna II	Temat: Prawo Malusa						Numer ćwiczenia 73
Data wykonania:	Data oddania:	Zwrot do poprawy:		Data oddania:		Data zaliczenia:		Ocena:

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się ze zjawiskiem polaryzacji światła, sprawdzenie prawa Malusa.

Wprowadzenie

Światło jest falą poprzeczną, gdyż wektory natężenia pola elektrycznego E i magnetycznego H drgają w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali. Płaszczyznę wyznaczoną przez wektory H i v (będącego kierunkiem rozchodzenia się fali) nazywamy płaszczyzną polaryzacji. W świetle naturalnym położenie płaszczyzny polaryzacji ulega ciągłym nieregularnym zmianom z częstotliwością 10^-8 s, wskutek tego, że każdy atom źródła wysyła światło o innej polaryzacji. Polaryzacja zmienia się szybciej niż możemy ją wykryć a zmiany polaryzacji pochodzące od różnych atomów uśredniają się.

Mogą jednak zaistnieć takie warunki, że drgania poprzeczne wektorów natężenia pola elektrycznego i magnetycznego odbywały się w jednej, wyróżnionej płaszczyźnie. Światło takie nazywamy światłem całkowicie spolaryzowanym. Światło spolaryzowane możemy otrzymać przy odbiciu, na granicy dwu przezroczystych ośrodków, wiązki światła naturalnego. Brewster odkrył, że polaryzacja przy odbiciu jest całkowita wtedy, gdy promień odbity jest prostopadły do promienia załamanego. Kątem Brewstera nazywamy kąt padania  spełniający ten warunek, czyli :

Innym sposobem otrzymywania światła spolaryzowanego jest przepuszczenie wiązki przez substancję dwójłomną np. kryształ kalcytu. W polaroidach polaryzacja światła naturalnego dokonuje się wskutek silnie asymetrycznej budowy cząsteczek. Polaroidy przepuszczają światło o określonej płaszczyźnie polaryzacji, a pochłaniają światło o polaryzacji prostopadłej do przepuszczanej. Światło spolaryzowane może być również emitowane przez źródło. Przykładem takiego źródła jest laser, który przy odpowiedniej konstrukcji wysyła wiązkę całkowicie spolaryzowaną.

Jeżeli przepuścimy wiązkę światła spolaryzowanego przez analizator, to natężenie światła przepuszczonego będzie zależeć od kąta  zawartego pomiędzy płaszczyzną polaryzacji polaryzatora (wiązki padającej) a płaszczyzną polaryzacji analizatora. Natężenie światła jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy wektora natężenia pola elektrycznego fali świetlnej.

Polaryzator rozkłada amplitudę fali padającej E na składową równoległą do płaszczyzny polaryzacji E cos i prostopadłą, przy czym tylko składowa równoległa jest przepuszczana. Ponieważ natężenie światła jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy fali, więc natężenie światła przepuszczanego przez analizator jest proporcjonalne do cos².

Powyższa zależność nosi nazwę prawa Malusa.

Opracowanie wyników:

Na podstawie wykonanych pomiarów sporządzono wykres zależności względnego natężenia prądu I_śr / I_max od kąta między płaszczyznami polaryzacji polaryzatora i analizatora. Na wykresie wyznaczono również zależność teoretyczną wynikającą z prawa Malusa.

Kąt [°]	I [μA]	I [μA]	cos ^2	I śr [ μA]	Iśr / Imax	d(I/Imax)
0	24,1	24	1,00	24,05	1,00	0,04
10	23,6	23,6	0,97	23,6	0,98	0,03
20	21,8	21,7	0,88	21,75	0,90	0,03
30	18,9	18,7	0,75	18,8	0,78	0,03
40	14,8	14,8	0,59	14,8	0,62	0,03
50	10,7	10,5	0,41	10,6	0,44	0,03
60	6,7	6,6	0,25	6,65	0,28	0,03
70	3,4	3,4	0,12	3,4	0,14	0,03
80	1,3	1,3	0,03	1,3	0,05	0,02
90	0,6	0,6	0,00	0,6	0,02	0,02
100	1,3	1,3	0,03	1,3	0,05	0,02
110	3,3	3,3	0,12	3,3	0,14	0,03
120	6,3	6,3	0,25	6,3	0,26	0,03
130	9,9	10	0,41	9,95	0,41	0,03
140	13,8	14	0,59	13,9	0,58	0,03
150	17,5	17,9	0,75	17,7	0,74	0,03
160	20,7	20,9	0,88	20,8	0,86	0,03
170	22,7	23,1	0,97	22,9	0,95	0,03
180	24	24	1,00	24	1,00	0,04

Za błąd pomiaru kąta przyjęliśmy wartość 1°, a błąd względnego natężenia prądu obliczyliśmy z prawa przenoszenia błędu.

Za dI przyjęliśmy wartość 0,6 μA wynikającą z nie zerowania się natężenia prądu I dla kąta 90°. Błędy te zaznaczyliśmy na wykresie.

Wnioski:

Wykres zależności względnego natężenia prądu I_śr / I_max od kąta przekonuje nas o słuszności prawa Malusa. Wszystkie pomiary pokrywają się w granicy błędu z zależnością teoretyczną. Nie zerowanie się natężenia prądu dla kąta 90° może świadczyć o nie prostopadłym ustawieniu polaryzatora i analizatora.

---