LABOLATORIUM Z FIZYKI OGÓLNEJ 2 DATA: 26.10.98

LASKOWSKI SŁAWOMIR

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY ROK 2 OCENA:

TEMAT ĆWICZENIA: Badanie wymuszonej aktywności optycznej

1. Wstęp teoretyczny

Skręcanie płaszczyzny polaryzacji światła w polu magnetycznym zostało zaobserwowane przez Michaela Faradaya. Obserwacje były prowadzone na próbce szkła typu flint umieszczonej w polu magnetycznym. Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji α jest wprost proporcjonalny do indukcji magnetycznej ''B'' od drogi światła w polu magnetycznym ''d '' oraz stałej Verdeta ''V''

α=BdV Wzór ma jednak tylko wtedy słuszność gdy światło biegnie równolegle do strumienia indukcji magnetycznej B. Jednostka stałej Verdeta wynika z jednostek pozostałych wartości i wynosi [rad/Tm]. Od nazwiska odkrywcy zjawisko skręcania płaszczyzny polaryzacji nazywamy zjawiskiem Faradaya. Zazwyczaj większość ciał ma małą stałą Verdeta. Wzrost tej stałej zauważamy u ciał posiadających dużą dyspersje np. szkło flintowe (używane przez nas w doświadczeniu). Duże skręcenie płaszczyzny polaryzacji obserwuje się także w bardzo cienkich warstwach metali ferromagnetycznych. Różne substancje skręcają światło w różnych kierunkach, prawoskrętne zgodnie ze wskazówkami zegara lewoskrętne odwrotnie.

Faraday odrazu po odkryciu zjawiska skręcania płaszczyzny polaryzacji był pewien że odkrył zależność pomiędzy polem elektromagnetycznym a promieniami świetlnymi. Obecnie już wiemy że pole magnetyczne nie ma wpływu na samo światło lecz na substancję przez którą to światło przechodzi.

W naszym ćwiczeniu kont skręcenia płaszczyzny α obliczamy z następującego wzoru: α=V μ₀ n_zwId

2.Spis przyrządów:

-polarymetr

-lampa sodowa

-badane próbki ze szkła SF1 i SF3

- źródło napięcia stałego o wydolności 5[A]- zasilacz stabilizowany ZT-980-1M.

-amperomierz prądu stałego.

3. Tabele pomiarowe

1. próbka SF1

I	α0	α1	αs	αr	V	SV	e/m
[A]	[°]	[°]	[°]	--> [Author:LS] [rad]	[rad/Tm]
0,5	177	176,50	- 0,5	-28,65	11,479	0,980	1,066•10^11
1,0	177	177,95	0,95	54,43	11,479	0,980	1,066•10^11
1,5	177	178,40	1,40	80,21	11,479	0,980	1,066•10^11
2,0	177	178,70	1,70	97,40	11,479	0,980	1,066•10^11
2,5	177	179,15	2,15	123,19	11,479	0,980	1,066•10^11
3,0	177	179,55	2,55	146,10	11,479	0,980	1,066•10^11
3,5	177	180	3,00	171,89	11,479	0,980	1,066•10^11
- 0,5	177	176,75	- 0,25	-14,32	11,479	0,980	1,066•10^11
- 1,0	177	176,20	- 0,8	-45,83	11,479	0,980	1,066•10^11
- 1,5	177	175,80	- 1,2	-68,75	11,479	0,980	1,066•10^11
- 2,0	177	175,35	- 1,65	-94,54	11,479	0,980	1,066•10^11
- 2,5	177	175,05	- 1,95	-111,73	11,479	0,980	1,066•10^11
-3,0	177	174,65	- 2,35	-143,65	11,479	0,980	1,066•10^11
- 3,5	177	174,10	- 2,9	-166,16	11,479	0,980	1,066•10^11

Obliczenia dla próbki SF1

μ₀=1,2566•10^-6 [H/m]

d=160.08 [mm] = 0,16008[m]

n_zw=1230/197[zw/mm] = 6243,65[zw/m]

a = 0,8261

c = 2,9979•10^-6[m/s]

λ= 589,3[nm] = 589,3•10^-9[m]

dn/dλ = -109557,10 [1/m]

b) próbka SF3

I	α0	α1	αs	αr	V	Sv	e/m
[A]	[°]	[°]	[°]	[rad]	[rad/Tm]
0,5	177,25	176,80	- 0,45	-25,78	-13,02	0,985	1,125•10^11
1,0	177,25	176,25	- 1,00	-57,29	-13,02	0,985	1,125•10^11
1,5	177,25	175,65	- 1,60	-91,67	-13,02	0,985	1,125•10^11
2,0	177,25	175,10	- 2,15	-123,19	-13,02	0,985	1,125•10^11
2,5	177,25	174,90	- 2,35	-134,64	-13,02	0,985	1,125•10^11
3,0	177,25	174,40	- 2,85	-163,29	-13,02	0,985	1,125•10^11
3,5	177,25	173,95	- 3,30	-189,08	-13,02	0,985	1,125•10^11
- 0,5	177,25	176,70	- 0,55	-31,51	-13,02	0,985	1,125•10^11
- 1,0	177,25	178,10	0,85	48,70	-13,02	0,985	1,125•10^11
- 1,5	177,25	178,60	1,35	77,35	-13,02	0,985	1,125•10^11
- 2,0	177,25	179,05	1,80	103,13	-13,02	0,985	1,125•10^11
- 2,5	177,25	179,50	2,25	128,92	-13,02	0,985	1,125•10^11
-3,0	177,25	180	2,75	157,56	-13,02	0,985	1,125•10^11
- 3,5	177,25	180,55	3,30	189,08	-13,02	0,985	1,125•10^11

Obliczenia dla próbki SF3

μ₀=1,2566•10^-6 [H/m]

d=160 [mm] = 0,160[m]

n_zw=1230/197[zw/mm] = 6243,65[zw/m]

a = -0,9361

c = 2,9979•10⁸[m/s]

λ= 589,3[nm] = 589,3•10^-9[m]

dn/dλ = -117715,19[1/m]

4.Omówienie błędów.

Błędy pomiaru współczynnika Verdeta wynikają przede wszystkim z błędu pomiaru prądu oraz błędu wynikającego z pomiaru kąta skręcenia który był uzależniony od dokładności noniusza w polarymetrze. Wszystkie inne wartości możemy przyjąć jako bezbłędne ponieważ w instrukcji nie zostały podane ich odchylenia. Średnie odchylenie punktów od prostej zostało podane na wykresie jako wartość R². Wartość błędu iloczynu e/m jest taka sama jak błąd współczynnika Verdeta

Wartość iloczynu dn/dα obliczamy z warunku dn/dα = (n_i-n_j)/(α_i-α_j)

5.Wnioski.

W ćwiczeniu mogliśmy zaobserwować zjawisko zakrzywienia płaszczyzny polaryzacji pod wpływem pola elektrycznego. Z wykresu widzimy że wartość kąta zakrzywienia jest wprost proporcjonalny do natężenia prądu płynącego przez selenoid podczas doświadczenia. Widzimy na obu wykresach że jeden punkt widocznie odbiega od prostej. Moglibyśmy go zakwalifikować do błędu grubego jeżeli wystąpił by on w jednym tylko doświadczeniu niestety z dwóch doświadczeń widzimy tutaj pewną prawidłowość. Prawdopodobnie to odchylenie może być spowodowane tym iż pierwsze pomiary były wykonywane na nie rozgrzanej próbce która dzięki przepływowi prądu w dalszej części doświadczenia nagrzała się do wyższej temperatury. Lub możemy również wywnioskować z tego pewną prawidłowość dla zjawiska Faradaya, że przy małym prądzie magnesowania światło jest najpierw odchylane odwrotnie odwrotnie do kierunku skręcenia płaszczyzny polaryzacji. Policzenie iloczynu energii elektronu do jego masy spoczynkowej daje nam obraz olbrzymiej energii elektronu w stosunku do jego masy.

---