1. 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=K_f-K_c

2. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego

Celem ćwiczenia jest:

• Doświadczalne sprawdzenie prawa Malusa

• Wyznaczenie kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez kryształy optycznie czynne

• Wyznaczenie depresji obrotowej

3. 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

4. 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

5. 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:

1. FILTR FIOLETOWY

• mika

• kwarc

2. FILTR ZIELONY

• mika

• kwarc

3. FILTR CZERWONY

• mika

• kwarc

6. Wnioski

W doświadczalnym sprawdzeniu prawa Malusa wykres obrazuje teoretyczną zależność, natomiast prostokąty - praktyczną. Wykres zawiera się w polach prostokątów.

4

---