Ćwiczenie nr 83
(Badanie wymuszonej aktywności optycznej)
1.WSTĘP TEORETYCZNY.
Zjawisko skręcania płaszczyzny polaryzacji w polu magnetycznym nazywam zjawiskiem Faradaya lub wymuszoną aktywnością optyczną.Zjawisko to występuje w ciałach stałych , cieczach i gazach.Kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji α jest proporcjonalny do indukcji magnetycznej B i do drogi światła w polu magnetycznym d.
α=V B d
V-stała Verdeta
Wzór jest słuszny gdy światło biegnie w kierunku równoległym do wektora indukcji B. Różne substancje skręcają płaszczyznę polaryzacji w różnym kierunku.Tak więc są substancje prawo- i lewoskrętne.Substancjami prawoskrętnymi nazywamy te , które skręcają płaszczyznę polaryzacji zgodnie z ruchem wzkazówek zegara w stosunku do obserwatora , patrzącego wzdłuż wektora B w kierunku *ródła światła.Substancje skręcające płaszczyznę polaryzacji w stronę przeciwną nazywamy lewoskrętnymi .
Równanie , które określa stałą Verdeta jest to tzw. klasyczne wyrażenie Becqerela :
V= - (e/m) (λ/2c) dn/dλ
dn/dλ - dyspersja ośrodka
λ - długość fali światła w próżni
c - prętkość światła w próżni
W poniższym ćwiczeniu bada się zależność kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji α od indukcji magnetycznej B . Następnie wyznacza się wartość stałej Verdeta na podstawie wzoru
V = α/(Bd) B =μ0 . n . I
Znajomość stałej Verdeta pozwala określić stosunek e/m :
e/m = -V (2c/λ) (dn/dλ)-1
Dyspersję dn/dλ można obliczyć ze wzoru przybliżonego :
dn/dλ = (n-n1)/(λ-λ1)
λ = 589,3 nm (dł. fali światła sodowego używanego w ćwiczeniu)
λ - dł. fali bliska λ
n1,n - współczynniki załamania dla λ,λ1
2.PRZEBIEG POMIARÓW.
-schemat układu pomiarowego
pr-próbka
W-wyłącznik
-spis przyrządów : P-przwłącznik
kierunku prądu
polarymetr 2E 155
lampa sodowa
solenoid (S)
zasilacz DC (5A)
zasilacz ZT 980 L (Z)
amperomierz DC LM-3 kl. 0,5 (A)
-dane próbek
szkło SF 3 n=1.73976 n1=1.73643
szkło SF 10 n=1.72802 n1=1.72672
λ=589.3 nm λ1=600.0 nm
a)wyznaczanie α0 (bez próbki)
l.p. |
α0 |
l.p. |
α0 |
1. |
177.1 |
6. |
177.2 |
2. |
177.2 |
7. |
177.2 |
3. |
177.3 |
8. |
177.1 |
4. |
177.1 |
9. |
177.2 |
5. |
177.2 |
10. |
177.2 |
α0 śr.= 177.2 0 Δα = + 0.10
b) tabele pomiarowe dla solenoidu ze szkłem SF3 .
prąd dodatni
l.p. |
I |
|
αn |
|
α śr |
Δαśr |
α |
|
[A] |
1 |
2 |
3 |
[stopnie] |
|
[rad.10-3] |
1. |
0.5 |
179.0 |
178.7 |
178.9 |
178.9 |
0.2 |
-29.1 |
2. |
1.0 |
178.3 |
178.3 |
178.4 |
178.3 |
0.1 |
-19.8 |
3. |
1.5 |
177.6 |
177.5 |
177.6 |
177.6 |
0.1 |
-6.4 |
4. |
2.0 |
177.1 |
176.9 |
177.0 |
177.0 |
0.1 |
3.5 |
5. |
2.5 |
176.6 |
176.7 |
176.5 |
176.6 |
0.1 |
10.5 |
6. |
3.0 |
176.0 |
175.8 |
175.9 |
175.9 |
0.1 |
22.7 |
7. |
3.5 |
175.3 |
175.4 |
175.4 |
175.4 |
0.1 |
93.7 |
prąd ujemny
l.p. |
I |
|
αn |
|
α śr |
Δαśr |
α |
|
[A] |
1 |
2 |
3 |
[stopnie] |
|
[rad.10-3] |
1. |
-0.5 |
179.9 |
179.9 |
179.7 |
179.8 |
0.1 |
-31.4 |
2. |
-1.0 |
180.5 |
180.4 |
180.3 |
180.4 |
0.1 |
-41.8 |
3. |
-1.5 |
180.9 |
181.0 |
181.0 |
181.0 |
0.1 |
-54.1 |
4. |
-2.0 |
181.7 |
181.6 |
181.6 |
181.6 |
0.1 |
-65.2 |
5. |
-2.5 |
182.0 |
182.1 |
182.3 |
182.1 |
0.2 |
-76.8 |
6. |
-3.0 |
183.5 |
182.5 |
182.5 |
182.5 |
0.05 |
-82.0 |
7. |
-3.5 |
183.2 |
182.9 |
183.1 |
183.1 |
0.2 |
-93.7 |
c)tabele pomiarowe dla solenoidu ze szkłem SF10.
prąd dodatni
l.p. |
I |
|
αn |
|
α śr |
Δαśr |
α |
|
[A] |
1 |
2 |
3 |
[stopnie] |
|
[rad.10-3] |
1. |
0.5 |
175.4 |
175.3 |
175.5 |
175.4 |
0.1 |
45.9 |
2. |
1.0 |
174.9 |
174.7 |
174.8 |
174.8 |
0.1 |
55.8 |
3. |
1.5 |
174.2 |
174.1 |
174.0 |
174.1 |
0.1 |
65.7 |
4. |
2.0 |
173.5 |
173.5 |
173.3 |
173.5 |
0.2 |
77.4 |
5. |
2.5 |
172.8 |
172.7 |
172.7 |
172.8 |
0.1 |
86.1 |
6. |
3.0 |
172.5 |
172.4 |
172.6 |
172.5 |
0.1 |
92.5 |
7. |
3.5 |
172.0 |
171.8 |
171.7 |
171.8 |
0.2 |
102.0 |
prąd ujemny
l.p. |
I |
|
αn |
|
α śr |
Δαśr |
α |
|
[A] |
1 |
2 |
3 |
[stopnie] |
|
[rad.10-3] |
1. |
-0.5 |
176.6 |
176.7 |
176.8 |
176.7 |
0.1 |
8.7 |
2. |
-1.0 |
176.9 |
176.8 |
176.8 |
176.8 |
0.1 |
6.4 |
3. |
-1.5 |
177.1 |
177.3 |
177.5 |
177.3 |
0.2 |
-1.7 |
4. |
-2.0 |
178.0 |
178.0 |
178.1 |
178.0 |
0.1 |
-14.5 |
5. |
-2.5 |
178.5 |
178.6 |
178.5 |
178.5 |
0.1 |
-23.3 |
6. |
-3.0 |
179.0 |
179.2 |
179.2 |
179.1 |
0.1 |
-33.7 |
7. |
-3.5 |
180.0 |
179.8 |
179.6 |
179.8 |
0.2 |
-45.4 |
Stałą Verdeta wyznaczono wykorzystując metodę najmniejszych kwadratów.Ponieważ obliczenia są skomplikowane , nie zostały one tutaj przytoczone.
a - współczynnik nachylenia prostej α = f ( I )
szkło |
kierunek prądu |
a |
b |
V |
σa |
e/m |
|
dodatni |
0.0204 |
-0.035 |
17 |
0.003 |
-1.2.1010 |
SF 3 |
ujemny |
0.0207 |
0.0223 |
17 |
0.005 |
-1.2.1010 |
|
dodatni |
0.188 |
-0.0376 |
15 |
0.003 |
-1.3.1011 |
SF 10 |
ujemny |
0.0189 |
0.023 |
16 |
0.0005 |
-1.3.1011 |
3.WNIOSKI .
Z pomiarów wynika , że wielkość kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest proporcjonalna do wielkości indukcji magnetycznej B , oraz do długości drogi , jaką światło przebywa w badanej substancji .
1