160, materiały PWr, LPF


LABORATORIUM FIZYKI OGÓLNEJ

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 89

TEMAT: BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ.

1. OPIS TEORETYCZNY.

W 1845 r. Michael Faraday zaobserwował, że płaszczyzna polaryzacji światła, które przechodzi przez próbkę szkła typu flint, umieszczoną w polu magnetycznym, ulega skręceniu. Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest proporcjonalny do indukcji magnetycznej B i do drogi światła w polu magnetycznym d :

= V B d

gdzie V - stała Verdeta.

Powyższy wzór jest słuszny w przypadku, gdy światło biegnie w kierunku równoległym do wektora indukcji B.

Zjawisko skręcenia płaszczyzny polaryzacji w polu magnetycznym nazywamy zjawiskiem Faradaya albo sztuczną (wymuszoną) aktywnością optyczną. Zjawisko Faradaya występuje w ciałach stałych, cieczach i gazach. Zwykle wartość stałej Verdeta jest niewielka. Dużą wartość stałej V mają substancje o dużej dyspersji, np. niektóre gatunki szkieł i niektóre ciecze. Bardzo duże skręcenie płaszczyzny polaryzacji obserwuje się w cienkich warstwach metali ferromagnetycznych.

Różne substancje skręcają płaszczyznę polaryzacji w różnym kierunku. Substancjami prawoskrętnymi nazywamy te substancje, które skręcają płaszczyznę polaryzacji zgodnie z ruchem wskazówek zegara w stosunku do obserwatora, patrzącego wzdłuż wektora B w kierunku źródła światła. Natomiast substancje, które skręcają płaszczyznę polaryzacji w kierunku przeciwnym, nazywamy substancjami lewoskrętnymi. Gdy więc światło przechodzi przez ośrodek dwukrotnie, kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji podwaja się. Cecha ta odróżnia zjawisko Faradaya od naturalnej aktywności optycznej.

2. PRZEBIEG ĆWICZENIA.

Wyznaczanie stałej Verdeta dla dwóch próbek ze szkła SF - 3 i SF - 10

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu.

3. UKŁAD POMIAROWY.

0x01 graphic

DANE UKŁADU POMIAROWEGO

Próbka

SF - 3

SF - 10

Długość fali świetlnej

589.3 nm

Liczba zwojów

N

1230

Długość solenoidu

l

197 mm

Długość próbki

d

154.8 mm

155.5 mm

4. TABELE POMIAROWE I OBLICZENIA.

POMIAR KĄTA SKRĘCENIA PŁASZCZYZNY POLARYZACJI

PRZY ODŁĄCZONYM ZASILACZU

PRÓBKA SF - 3

PRÓBKA SF - 10

L.p





1

176.20

0.10

179.20

0.10

2

176.30

0.00

179.30

0.00

3

176.40

0.20

179.20

0.10

4

176.30

0.00

179.50

0.20

5

176.20

0.10

179.30

0.00

Wartości

średnie

176.30

0.10

179.03

0.10

POMIAR KĄTA SKRĘCENIA PŁASZCZYZNY POLARYZACJI

PO DOŁĄCZENIU ZASILACZA

PRÓBKA SF - 3

L.p

I

' (+)

' (+)

' (+)

' (-)

' (-)

' (-)

[A]

[rad]

[rad]

1

0.5

175.5

0.8

0.0140

177.1

-0.8

-0.0140

2

1.0

174.7

1.6

0.0280

178.0

-1.7

-0.0297

3

1.5

173.8

2.5

0.0436

178.9

-2.6

-0.0454

4

2.0

172.8

3.5

0.0611

179.8

-3.5

-0.0611

5

2.5

172.1

4.2

0.0733

180.6

-4.3

-0.0750

6

3.0

171.2

5.1

0.0890

181.3

-5.0

-0.0873

7

3.5

170.5

5.8

0.1012

182.1

-5.8

-0.1012

Obliczając metodą najmniejszych kwadratów otrzymujemy parametry prostej:

a = 0.0293 [rad/A]

a = 0.0003 [rad/A]

b = 2.21 * 10-4

b = 7 * 10-4

PRÓBKA SF - 10

L.p

I

' (+)

' (+)

' (+)

' (-)

' (-)

' (-)

[A]

[rad]

[rad]

1

0.5

178.5

0.8

0.0140

180.0

-0.7

-0.0122

2

1.0

177.8

1.5

0.0262

180.7

-1.4

-0.0244

3

1.5

176.9

2.4

0.0419

181.6

-2.3

-0.0401

4

2.0

176.2

3.1

0.0541

182.5

-3.2

-0.0559

5

2.5

175.4

3.9

0.0681

183.3

-4.0

-0.0699

6

3.0

174.8

4.5

0.0785

183.9

-4.6

-0.0803

7

3.5

174.1

5.2

0.0908

184.4

-5.1

-0.0890

Obliczając parametry prostej metodą najmniejszych kwadratów otrzymujemy :

a = 0.0263 [rad /A]

a = 0.0005 [rad /A]

b = 6.42 * 10-4

b = 0.0011

Obliczanie stałej Verdeta:

V= /I * l / 0 N d

( /I ) = 3a

V = ( /I ) + l + 0 + N + d

Dla próbki SF - 3

V= 0.0293 * 823 = 24.1 [rad /Tm]

( /I ) = 0.0009 [rad /A]

( /I ) = 3.1 %

d = 0.06 %

V = 3.7 %

V = 0.0011 [rad /Tm]

Dla próbki SF - 10

V= 0.0263 * 823 = 21.6 [rad /Tm]

( /I ) = 0.0015 [rad /A]

( /I ) = 5.7 %

d = 0.06 %

V = 6.3 %

V = 0.0017 [rad /Tm]

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu.

e/m = -V 2c/ (dn/d)-1

Dla próbki SF - 3

dn/d = (n - n1)/(  1) = -124300 [1/m]

e/m = 1.97 * 1011 [C/kg]

(e/m) = (1.57 * 1011 - 1.7588 * 1011) = 0.21 *1011 [C/kg]

(e/m) = 11.9 %

Dla próbki SF - 10

dn/d = (n - n1)/(  1) = -138300 [1/m]

e/m = 1.59 * 1011 [C/kg]

(e/m) = (1.7588 * 1011 - 1.59 * 1011) = 0.17 * 1011 [C/kg]

(e/m) = 9.7 %

5. UWAGI I WNIOSKI.

Wykonane ćwiczenie potwierdziło założenia teoretyczne. Można było zaobserwować skręcenie płaszczyzny polaryzacji pod wpływem pola magnetycznego wywołanego przepływem prądu. Na podstawie pomiarów wyznaczono zależność kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji od prądu płynącego przez solenoid. Z zależności tej obliczono stałą Verdeta dla dwóch próbek szkła.

Wyznaczenie stałej Verdeta umożliwiło obliczenie stosunku ładunku do masy elektronu (e/m). W wyniku tych obliczeń uzyskano wynik zbliżony do rzeczywistego (odczytanego z tablic e/m = 1.7588 * 1011 C/kg). Różnice między tymi wartościami są rzędu 10 %.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
9465, materiały PWr, LPF
2588, materiały PWr, LPF
4263, materiały PWr, LPF
1794, materiały PWr, LPF
5262, materiały PWr, LPF
1866, materiały PWr, LPF
4731, materiały PWr, LPF
8606, materiały PWr, LPF
549, materiały PWr, LPF
3093, materiały PWr, LPF
6413, materiały PWr, LPF
6721, materiały PWr, LPF
6341, materiały PWr, LPF
1317, materiały PWr, LPF
5036, materiały PWr, LPF
2583, materiały PWr, LPF

więcej podobnych podstron