Wprowadzenie
- Fale świetlne - to fale elektromagnetyczne o określonych długościach, związane z rozchodzeniem się w przestrzeni okresowo zmiennych pól: elektrycznego o natężeniu E i magnetycznego o natężeniu H.
- Światło niespolaryzowane - to światło, które dają klasyczne źródła światła. Ponieważ składają się one z bardzo dużej liczby atomów wysyłających ciągi fal elektromagnetycznych.
- Płaszczyzna polaryzacji - płaszczyzna zawierająca wypadkowy wektor E i k oraz jest prostopadła do płaszczyzny drgań wektora świetlnego.
- Kryształy jednoosiowe -kryształy, w których istnieje tylko jeden kierunek i promień biegnący wzdłuż tego kierunku ma całkowita swobodę wykonywania drgań.
- Kryształy dwuosiowe - kryształy, w których mamy dwa wyróżnione kierunki.
- Promień zwyczajny z - podlega dwóm prawom załamania światła
- Promień nadzwyczajny z - nie podlega prawom załamania światła
- Polaroidy ( filtry polaryzujące ) - płytki celuloidowe, w których zatapia się dużą ilość jednakowo zorientowanych kryształów herapatytu.
- Analizator - przyrząd do określania stopnia polaryzacji światła
- Prawo Malusa - światło przechodzące przez układ dwu pryzmatów Nikola, zestawiony tak, że dwie płaszczyzny w których polaryzują światło oba pryzmaty Nikola są do siebie równoległe, podlega zjawisku fizycznemu opisanemu przez prawo Malusa. W przypadku, gdy światłość pomiędzy Nikolami wynosi I0, to jeżeli zaniedbać pochłanianie swiatła w analizatorze, to światłość wychodząca z analizatora będzie wynosiła również I0.
I=Er2
E(α)=E(0)cos2α
Gdzie:
E(α) - natężenie oświetlenia przy 0°<α<90°
E(0) -natężenie oświetlenia przy równoległych kierunkach drgań polaryzatora i analizatora
α - kąt pomiędzy polaryzatorem a analizatorem
- Dypresja obrotawa D - jest to różnica kątów skręcania płaszczyzny polaryzacji dla światła fioletowego i czerwonego w przypadku gdy przechodzi ono przez ośrodek optycznie czynny o grubości 1 mm.
D=Kf-Kc
Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego
Celem ćwiczenia jest:
Doświadczalne sprawdzenie prawa Malusa
Wyznaczenie kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez kryształy optycznie czynne
Wyznaczenie depresji obrotowej
Metodyka badań
Przyrządy:
Ława optyczna
Oświetlacz
Dwa polaroidy w oprawkach z podziałką kątową
Kryształy kwarcu i miki w oprawach
Filtry barwne
DOŚWIADCZALNE SPRAWDZANIE PRAWA MALUSA
Wykonanie ćwiczenia:
Włączamy luksomierz
Zasłaniamy wejście strumienia świetlnego do fotoogniwa i zerujemy wskazania luksomierza
Podłączmy oświetlacz do sieci zasilającej
Zerujemy analizator i polaryzator
Notujemy wskazania luksomierza
Skręcamy analizator co 5° i zapisujemy wskazania luksomierza
Wyłączmy zasilanie oświetlacza i luksomierza
WYZNACZANIE KĄTA SKRĘCENIA PŁSZCZYZNY POLARYZACJI PRZEZ KRYSZTAŁY OPTYCZNIE CZYNNE
Wykonanie ćwiczenia:
Ustawić na ławie optycznej dwa polaroidy i oświetlacz
Wyzerować polaroidy
Pomiędzy polaroidy wstawić kryształ optycznie czynny
Obracając analizator ustawić go w pozycji maksymalnego rozjaśnienia
Zanotować kąt ϕ skręcenia płaszczyzny polaryzacji
Doświadczenie powtórzyć kilkakrotnie dla dwóch kryształów
Wyznaczyć zdolność właściwą skręcania płaszczyzny polaryzacji dla żółtej linii sodu z zależności:
ϕ - kąt skręcenia płaszczyzny polaroidów
h - grubość kryształu
WYZNACZANIE DYPRESJI OBROTOWEJ
Wykonanie ćwiczenia:
Źródło światła przesłonić filtrem
Pomiędzy polaroidy wstawić kryształ
Obracając analizator ustawić go w pozycji maksymalnego rozjaśnienia
Zanotować kąt ϕ
Doświadczenie powtórzyć dla dwóch kryształów
Zmienić barwne filtry i powtórzyć całe doświadczenie dla obu kryształów
Tabelka z pomiarami
TABELA POMIARÓW DLA DOŚWIADCZALNEGO SPRAWDZANIA PRAWA MALUSA
Kąt α skręcania analizatora |
0° |
5° |
10° |
15° |
20° |
25° |
30° |
35° |
40° |
45° |
50° |
55° |
60° |
65° |
70° |
75° |
80° |
85° |
90° |
Wskazania E(α) [lx] |
4,2 |
4,1 |
4,0 |
3,9 |
3,7 |
3,5 |
3,2 |
2,9 |
2,6 |
2,2 |
1,9 |
1,5 |
1,2 |
0,9 |
0,9 |
0,4 |
0,2 |
0,1 |
0 |
|
1 |
0,99 |
0,96 |
0,94 |
0,88 |
0,84 |
0,77 |
0,70 |
0,62 |
0,53 |
0,46 |
0,36 |
0,29 |
0,22 |
0,15 |
0,09 |
0,005 |
0,002 |
0 |
cosα |
1 |
0,99 |
0,98 |
0,97 |
0,94 |
0,92 |
0,88 |
0,84 |
0,79 |
0,73 |
0,68 |
0,60 |
0,54 |
0,47 |
0,39 |
0,31 |
0,23 |
0,16 |
0 |
TABELA POMIARÓW DLA WYZNACZANIA KĄTA SKRĘCENIA PŁSZCZYZNY POLARYZACJI PRZEZ KRYSZTAŁY OPTYCZNIE CZYNNE
Kryształ |
Grubość kryształu h |
Kąt skręcania płaszczyzny polaroidów ϕ |
Zdolność właściwa Ks |
|||||||||
|
|
Pomiary |
|
|||||||||
|
|
ϕ1 |
ϕ2 |
ϕ3 |
ϕ4 |
ϕ5 |
ϕśr |
|
||||
Mikka |
0,2 mm |
53° |
56° |
54° |
52° |
51° |
53°12' |
266 |
||||
Kwarc |
5 mm |
18° |
17° |
19° |
21° |
15° |
18° |
3,6 |
Filtr |
Kąt ϕ |
Zdolność właściwa K |
||||||||
|
Kwarc |
Mika |
|
|||||||
|
Pomiary |
Kwarc |
Mika |
|||||||
|
ϕ1 |
ϕ2 |
ϕ3 |
ϕśr |
ϕ1 |
ϕ2 |
ϕ3 |
ϕśr |
|
|
Fioletowy |
42° |
45° |
39° |
42° |
11° |
14° |
13° |
12°67' |
8,4 |
63,35 |
Czerwony |
33° |
37° |
34° |
34°67' |
8° |
13° |
11° |
10°67' |
6,93 |
53,35 |
Zielony |
54° |
55° |
52° |
53°67' |
49° |
45° |
42° |
43°47' |
10,73 |
216,4 |
Rachunek błędu
RACHUNEK BŁĘDU DLA DOŚWIADCZALNEGO SPRAWDZANIA PRAWA MALUSA
0° Δ=0,153
5° Δ=0,148
10° Δ=0,144
15° Δ=0,140
20° Δ=0,134
25° Δ=0,123
30° Δ=0,110
35° Δ=0,098
40° Δ=0,085
45° Δ=0,068
50° Δ=0,056
55° Δ=0,039
60° Δ=0,027
65° Δ=0,019
70° Δ=0,020
75° Δ=0,022
80° Δ=0,023
85° Δ=0,023
90° Δ=0,024
RACHUNEK BŁEDU DLA ZDOLNOŚCI WŁAŚCIWEJ BEZ FILTRU:
Δϕ=0,1
kwarc:
mika:
RACHUNEK BŁEDU DLA ZDOLNOŚCI WŁAŚCIWEJ Z FILTREM:
FILTR FIOLETOWY
mika
kwarc
FILTR ZIELONY
mika
kwarc
FILTR CZERWONY
mika
kwarc
Wnioski
W doświadczalnym sprawdzeniu prawa Malusa wykres obrazuje teoretyczną zależność, natomiast prostokąty - praktyczną. Wykres zawiera się w polach prostokątów.
4