30.1, PW Transport, Gadżety i pomoce PW CD2, płytki, ChujWieCo, fizyka, fizyka, od Marka, Fizyka ladorki, dużo


SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA C-4.

Paweł Kapusta.

Zespół nr 14.

Wydział Elektryczny

Ocena z przygotowania:

Czwartek 11.15 - 14.00

Ocena ze sprawozdania:

Data : 06-11-96

Zaliczenie:

Prowadzący: dr Rutkowski

Podpis:

Temat: Badanie odbicia światła od powierzchnie dielektryków.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest określenie wartości natężenia światła odbitego od powierzchni dielektryków dla różnych kątów padania, wyznaczenie wartości kątów Brewstera i granicznego oraz na podstawie ich znajomości określenie współczynnika załamania szkła.

Należy także zaobserwować zjawisko rozproszenia światła spolaryzowanego liniowo oraz sprawdzenie prawa Malusa.

Podstawy fizyczne:

Falą nazywamy zaburzenie ośrodka przemieszczające się w przestrzeni. Przykładem fali jest światło, gdzie wielkościami, które ulegają zmianie są natężenia pól: elektrycznego i magnetycznego. Oscylacje fali przemieszczają się ze stałą prędkością, zależną od rodzaju ośrodka w którym rozchodzi się fala.

Wektor natężenia pola elektrycznego monochromatycznej fali elektromagnetycznej rozchodzącej się w kierunku osi OX opisywany jest wzorem:

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic
- amplituda natężenia pola elektrycznego

t-kx - faza fali

k - liczba falowa 0x01 graphic

Dla fal elektromagnetycznych kierunki wektorów natężenia pola elektrycznego i magnetycznego są prostopadłe względem siebie oraz prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali. Jeżeli kierunki drgań wektorów natężeń pól zmieniają się w sposób przypadkowy to światło nie jest spolaryzowane. W przypadku światła spolaryzowanego kierunek ten jest stały lub zmienia się w sposób ściśle określony. Wyróżnia się następujące rodzaje polaryzacji:

1. liniowa - kierunki natężenia pól są prostopadłe do siebie i stałe;

a. 0x01 graphic
- wektor E leży w płaszczyźnie padania;

b. 0x01 graphic
- wektor E jest prostopadły do płaszczyzny podania;

2. kołowa (eliptyczna) - wektory natężeń pól obracają się wokół kierunku rozchodzenia się fali i zmieniają swą długość.

Otrzymane powyżej polaryzacje można uzyskać stosując odpowiednie polaryzatory np.: kryształ kalcytu, turmalin. Przepuszczają one światło tylko o określonym kierunku polaryzacji. Jeśli kierunek polaryzacji tworzy o osią polaryzatora kąt 0x01 graphic
to jest przepuszczana tylko część fali elektromagnetycznej określona przez rzut wektora E na kierunek osi polaryzatora. Natężenie światła jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy, zatem natężenia światła przechodzące przez polaryzator wyraża się wzorem:

0x01 graphic

Powyższa równość wyraża prawo Malusa.

Jeżeli światło przechodzi do ośrodka o innej gęstości to zmienia się kierunek rozchodzenia się fali. Wynika to różnych prędkości fali w każdym z ośrodków. Prawo załamania wyraża się wzorem:

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic
, 0x01 graphic
- współczynniki załamania światła

0x01 graphic
, 0x01 graphic
- kąty padania i załamania

Część światła padającego ulega odbiciu przy czym spełnione jest prawo odbicia (kąt padania równy kątowi odbicia). Aby określić jaka część natężenia padającego uległa odbiciu, a jaka załamaniu określamy współczynnik odbicia R. Jest to stosunek wartości natężeń światła odbitego do padającego. Wartość R zależy od kąta padania współczynników załamania i od polaryzacji fali padającej.

Kątem padania dla którego światło odbite ma tylko polaryzację 0x01 graphic
nazywamy kątem Brewstera.

Gdy światło przechodzi z ośrodka o większej gęstości do ośrodka o mniejszej gęstości i ulega załamaniu pod kątem 900x01 graphic
, to kąt padania nazywamy kątem granicznym. Dla kątów padania większych od kąta granicznego światło ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu.

Wykonanie ćwiczenia:

Ćwiczenie polegało na:

1. wzrokowej analizie stanu polaryzacji światła przepuszczonego przez naczynie koloidalną zawiesiną;

2. sprawdzeniu prawa Malusa przy użyciu dwóch polaryzatorów.

3. wyznaczeniu współczynnika załamania światła dla szkła na podstawie znajomości kąta Brewstera i kąta granicznego.

Opracowanie wyników:

powietrze - szkło szkło - powietrze

pol pi

pol sigma

pol pi

pol sigma

90

0,7

1,55

90

2,2

1,9

85

0,62

1

85

1,5

1,47

80

0,64

0,56

80

1,1

1,2

75

0,4

0,34

75

0,55

1,05

70

0,3

0,28

70

0,235

1

65

0,225

0,21

65

0,075

0,54

60

0,038

0,185

60

0,029

0,5

55

0,062

0,074

59

0,028

50

0,17

0,145

58

0,025

45

0,16

0,13

57

0,024

44

0,15

56

0,023

43

0,137

55

0,021

0,4

42

0,11

54

0,019

41

0,265

53

0,017

40

0,115

0,285

52

0,024

39

0,082

51

0,0245

38

0,06

50

0,027

0,34

37

0,052

49

0,028

36

0,05

0,115

48

0,03

30

0,044

0,06

47

0,032

0,215

25

0,02

0,042

40

0,049

0,175

20

0,023

0,0395

35

0,064

0,082

30

0,076

0,092

25

0,1

0,12

20

0,125

0,14

Na podstawie dokonanych pomiarów sporządziliśmy wykres zależności natężenia światła odbitego od kąta padania. Dla płytki szklanej i polaryzacji π z wykresu odczytaliśmy kąt Brewstera (dla minimum funkcji). Wynosi on 600x01 graphic
10x01 graphic
. Znając kąt Brewstera obliczyliśmy współczynnik załamania światła:

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic
- współczynnik załamania światła dla powietrza

0x01 graphic
- współczynnik załamania światła dla szkła

Obliczony współczynnik wynosi: n=1,730x01 graphic
0,24 dla0x01 graphic
=( 600x01 graphic
2)0x01 graphic

Ten sam współczynnik można także wyznaczyć znając kąt graniczny:

0x01 graphic

Obliczony w ten sposób współczynnik wynosi: n=1,310x01 graphic
0,73 dla0x01 graphic
=( 500x01 graphic
5)0x01 graphic

Badanie Prawa Malusa

kąt

I[mA]

0

1,65

10

1,6

20

1,4

30

1,25

40

1

50

0,72

60

0,44

70

0,19

80

0,064

90

0,054

100

0,18

110

0,4

120

0,7

130

1

140

1,25

150

1,4

160

1,6

170

1,7

180

1,7

Na podstawie uzyskanych w doświadczeni wyników Prawo Malusa jest spełnione w granicach błędu dla kąta 40° i 50°. Wartość prądu I=1 mA oraz I=1 mA przy wartościach Io równym odpowiednio 1,65 mA i 1,7 mA.

Dyskusja błędów:

W ćwiczeniu uwzględniliśmy tylko błędy systematyczne wynikające z niedokładności przyrządów. Przy mierzeniu kąta Brewstera niedokładność odczytu kąta wynosiła 20x01 graphic
, natomiast przy pomiarze kąta granicznego kąt odczytaliśmy z dokładnością 50x01 graphic
. Tak duża niedokładność wynika z faktu, że przy obserwowaniu natężenia światła przechodzącego przez próbkę nie posługiwaliśmy się mikroamperomierzem). Błędy wynikały także z tego, że nie były idealne i przepuszczały częściowo światło w kierunku polaryzacji innym niż określonym przez oś polaryzatora.

Wnioski:

W ćwiczeniu wyznaczyliśmy dwoma sposobami współczynnik załamania światła dla szkła. Otrzymane wyniki nieznacznie różnią się między sobą jednak uzyskane wartości, mieszczą się w granicach oszacowanego błędu. Obliczone współczynniki są porównywalne z analogicznymi wartościami odczytanymi w tablicach (np: szkło kwarcowe - 1,46). Drugą częścią ćwiczenia było sprawdzenie prawa Malusa: 0x01 graphic
. Kąt 0x01 graphic
jest kątem o jaki trzeba obrócić polaryzator, aby wartość natężenia światła spadła o połowę. Wynika z tego, że: cos0x01 graphic
=0x01 graphic
, czyli otrzymany kąt powinien wynosić 450x01 graphic
. Uzyskana przez nas wartość 400x01 graphic
oraz 50° jest zbliżona do rzeczywistej

.

Dokonaliśmy także wzrokowej analizy światła spolaryzowanego. Dla polaryzacji 0x01 graphic
wiązka światła przepuszczona przez zawiesinę była widzialna w płaszczyźnie padania. Dla polaryzacji 0x01 graphic
wiązkę tą można było widzieć z góry, czyli prostopadła do tej płaszczyzny. Ze sporządzonych wykresów widzimy, że kąt Brewstera można wyznaczyć tylko przy odbiciu wiązki światła od szkła, gdyż tylko ten wykres ma minimum.

W doświadczeniu sprawdziliśmy także stan polaryzacji światła odbitego dla kątów nieznacznie różniących się od kąt Brewstera. Stwierdziliśmy, że światło ma taką samą polaryzację, jak światło padające.

Sprawozdanie z ćwicznia C-4 strona 7



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
spraw 30, PW Transport, Gadżety i pomoce PW CD2, płytki, ChujWieCo, fizyka, fizyka, od Marka, Fizyka
Badanie odbicia światła od powierzchni dielektryków, PW Transport, Gadżety i pomoce PW CD2, płytki,
sprawo 24, PW Transport, Gadżety i pomoce PW CD2, płytki, ChujWieCo, fizyka, fizyka, od Marka, Fizyk
Cwiczenie 1 lab fiz, PW Transport, Gadżety i pomoce PW CD2, płytki, ChujWieCo, fizyka, fizyka, spraw
POLITECHNIKA WARSZAWSKA, PW Transport, Gadżety i pomoce PW CD2, płytki, ChujWieCo, fizyka, fizyka
01 Śrubka, PW Transport, Gadżety i pomoce PW CD2, płytki, ChujWieCo, fizyka, fizyka, od Marka, Fizyk
dobre30.1, PW Transport, Gadżety i pomoce PW CD2, płytki, ChujWieCo, fizyka, fizyka, od Marka, Fizyk
ferromagnetyki, PW Transport, Gadżety i pomoce PW CD2, płytki, ChujWieCo, fizyka, fizyka, od Marka,
cw. 1mm, PW Transport, Gadżety i pomoce PW CD2, płytki, ChujWieCo, fizyka, fizyka, sprawozdanie 1

więcej podobnych podstron