Bartosz Szmidt 14.06.2008
SKP
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 89:
Badanie wymuszonej aktywności optycznej.
Wiadomości teoretyczne:
Zjawiskiem Faradaya (lub wymuszoną aktywnością optyczną) nazywamy zjawisko skręcenia płaszczyzny polaryzacji w polu magnetycznym. Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest proporcjonalny do indukcji magnetycznej B i do drogi d światła w polu magnetycznym:
=VBd gdzie:
V - sta³a Verdeta.
Wzór ten jest słuszny gdy światło biegnie w kierunku równoległym do wektora indukcji B.
Zjawisko Zeemana polega na tym, że linie spektralne źródła światła umieszczonego w polu magnetycznym ulegają rozszczepieniu na składowe różniące się częstotliwością:
eB/2m
eB/2m
e - ładunek elektronu
m - masa elektronu
- częstotliwość bez pola
Prędkość światła w ośrodkach materialnych zależy od jego częstotliwości (a więc od długości fali). Ponieważ składowe i mają różne częstotliwości, będą się rozchodzić z różnymi prędkościami v1 i v3, a zatem po przejściu przez próbkę, wystąpi opóźnienie jednej ze składowych w stosunku do drugiej oraz różne też będą współczynniki załamania.
Zmiana współczynnika załamania δn wynosi:
δn = -(e/m)(B(dnd
Zmiana fazy δ między składowymi wyniesie:
δ = -(e/m)(Bd/c)(dn/d)
Kąt obrotu płaszczyzny polaryzacji światła po przejściu przez próbkę umieszczona w polu magnetycznym wynosi:
= δ/2
Podstawiając do tego wzoru oraz δ możemy określić stosunek e/m:
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem Faradaya, wyznaczenie stałej Verdera dla dajen próbki oraz wyznaczenie wartości ładunku elektronu e/m.
Wyniki:
Tabele pomiarowe:
Nr. próbki |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SF3 |
0,50 |
0,01 |
69,00 |
67,97 |
0,15 |
68,20 |
68,83 |
0,35 |
0,0075 |
0,0021 |
|
|
|
67,50 |
|
|
69,25 |
|
|
|
|
|
|
|
67,40 |
|
|
69,05 |
|
|
|
|
|
1,00 |
0,01 |
73,20 |
73,28 |
0,11 |
74,85 |
74,47 |
0,28 |
0,0131 |
0,0026 |
|
|
|
72,80 |
|
|
74,60 |
|
|
|
|
|
|
|
73,85 |
|
|
73,95 |
|
|
|
|
|
1,50 |
0,01 |
78,05 |
78,08 |
0,19 |
79,05 |
78,82 |
0,24 |
0,0180 |
0,0031 |
|
|
|
77,90 |
|
|
78,50 |
|
|
|
|
|
|
|
78,30 |
|
|
78,90 |
|
|
|
|
|
2,00 |
0,01 |
84,90 |
84,57 |
0,07 |
84,60 |
84,58 |
0,21 |
0,0225 |
0,0025 |
|
|
|
84,50 |
|
|
84,20 |
|
|
|
|
|
|
|
84,30 |
|
|
84,95 |
|
|
|
|
|
2,50 |
0,02 |
89,30 |
89,13 |
0,21 |
90,40 |
90,42 |
0,33 |
0,0265 |
0,0029 |
|
|
|
88,90 |
|
|
90,80 |
|
|
|
|
|
|
|
89,20 |
|
|
90,05 |
|
|
|
|
|
3,00 |
0,02 |
94,45 |
95,10 |
0,33 |
95,00 |
94,97 |
0,29 |
0,0289 |
0,0046 |
|
|
|
95,50 |
|
|
94,80 |
|
|
|
|
|
|
|
95,35 |
|
|
95,10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% |
|
|
% |
6,9 |
0,4 |
5,8 |
-3,5 |
0,2 |
5,7 |
Wykres:
Parametr a wyznaczony metodą regresji liniowej a=0,0087
Dane do obliczeń
Długość fali |
|||
Próbka |
589,3 |
600,0 |
632,8 |
Współczynniki załamania |
|||
SF3 |
1,73976 |
1,73843 |
1,73471 |
Przykładowe obliczenia:
Błąd wartości średnich obliczony metodą studenta Fishera dla n =3
t(n,p)=t(0,95)=4,304
Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji
:
Błąd danej wartośći
Wyznaczenie stałej Verdera :
Współczynnik kierunkowy prostej z metody regresji liniowej a=0,0087
n=1230 zwojów/197nm
d=160,04nm
Błąd wartości stałej Verdeta
:
Stosunek ładunku elektronu do jego masy
:
Niepewność danej wartości
:
Wnioski:
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.