Politechnika Krakowska Fizyka Techniczna II Rok	Marcin Bernady	Rok akad.: 1999/2000		Data: 16.11.1999
Grupa 2 Zespół 3		Nr ćwicz.: 39	Ocena:		Podpis:

Polaryzacja Liniowa i Kołowa Światła

Teoria elektromagnetyczna opisuje światło jako falę porzeczną periodycznie zmiennych pól elektrycznych i prostopadłych do nich pól magnetycznych. Wektor natężenia pola elektrycznego nazywamy często „wektorem świetlnym”. W świetle żarówki, świecy, lampy gazowej wektor świetlny zmienia ustawicznie w sposób nieregularny płaszczyznę drgania.

Światłem spolaryzowanym liniowo nazywamy światło, w którym wektor świetlny drga w jednej płaszczyźnie. najdogodniejszym sposobem uzyskania szerokich wiązek światła spolaryzowanego liniowo jest przepuszczenie światła zwykłego przez polaroid.

Polaroid jest to cienka warstwa zorientowanych zgodnie kryształów hepatytu (jednosiarczan chininy) umieszczona między dwiema płytkami przeźroczystego plastyku. Promień światła padający na polaroid dzieli się na dwa promienie: zwyczajny i nadzwyczajny, oba spolaryzowane liniowo wzdłuż dwóch osi do siebie prostopadłych, o tych samych amplitudach i częstościach, różniących się w fazie o

Światło spolaryzowane kołowo uzyskujemy przez przepuszczenie wiązki światła spolaryzowanego liniowo przez odpowiednio ustawioną „ćwierćfalówkę”. Ćwierćfalówka jest to cienka płytka krystaliczna (najczęściej mikowa), o grubości tak dobranej, aby różnica faz promieni zwyczajnego i nadzwyczajnego po przejściu przez ćwierćfalówkę wynosiła Π/2 lub 3 Π/2. Na ćwierćfalówce są zaznaczone dwa kierunki do siebie prostopadłe drgań promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego. Jeżeli światło spolaryzowane liniowo przez polaroid rzucimy prostopadle na ćwierćfalówkę ustawioną tak, by płaszczyzna drgań światła padającego tworzył kąty 45° z płaszczyznami wyróżnionymi ćwierćfalówki, otrzymamy światło spolaryzowane kołowe.

Ciałami optycznie czynnymi nazywamy ciała skręcające płaszczyznę polaryzacji światła liniowo spolaryzowanego. Kąt α skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest wprost proporcjonalny do długości l warstwy skręcającej i do stężenia c roztworu (dla roztworów).

Współczynnik proporcjonalności α_o zwany właściwą zdolnością skręcającą zależy od rodzaju ciała i długości fali użytego światła. Wyraża się w jednostkach :

Dwójłomnością wymuszoną nazywamy dwójłomność pojawiającą się w ciałach izotropowych mechanicznie i optycznie na skutek wzbudzonego w nich stanu naprężenia lub na skutek umieszczenia ich w silnych polach elektrycznych lub magnetycznych. Płyta materiału izotropowego poddana ściskaniu w jednym kierunku zachowuje się jak kryształ jednoosiowy o osi optycznej zgodnej z kierunkiem sił ściskających. Zjawisko to wyzyskuje się w elastooptyce - dziale techniki badającej stan naprężeń w częściach konstrukcji na przeźroczystych modelach.

Przyrząd polaryzacyjny :

Źródło światła stanowi żarówka Ż w blaszanej osłonie, przysłonięta matówką M i ewentualnie filtrem barwnym F. Polaroid P₁, zwany polaryzatorem, jest tak ustawiony, by dostarczał wiązki światła drgającej w płaszczyźnie pionowej. Polaroid P₂ zwany analizatorem jest obracalny wokół osi poziomej i zaopatrzony w podziałkę kątową. Dwie ćwierćfalówki C₁ i C₂ są obracalne wokół osi poziomej. Ogniwo selenowe O umieszczone na koniku jest połączone z czułym galwanometrem G.

Wykonanie ćwiczenia

1. Badanie zależności między natężeniem I światła przepuszczonego przez analizator a kątem ϕ zawartym między płaszczyznami drgań w polaryzatorze i analizatorze.

bez filtru			z filtrem
ϕ [ °]	x [dz]		ϕ [ °]	x [dz]
90	0	0	90	0	0
80	3	1,73	80	0,2	0,44
70	9,9	3,14	70	3	1,73
60	22	4,69	60	10	3,16
50	37	6,08	50	26	5,09
40	52,2	7,22	40	47	6,85
30	66,5	8,15	30	63	7,93
20	78	8,83	20	77	8,77
10	85	9,21	10	63	9,27
0	88,5	9,4	0	89	9,43

Na podstawie wyników powstał wykres zależności x jako funkcja kąta ϕ we współrzędnych biegunowych.

oraz

2. Wyznaczanie zdolności skręcającej α₀ dla roztworu cukru trzcinowego w wodzie. Źródło światła przesłoniliśmy filtrem barwnym. Między skrzyżowane polaroidy wstawiliśmy naczynie z roztworem wodnym cukru o stężeniu c = 0,20 g/cm³ i długości l = 10,05 cm. Obserwowaliśmy rozjaśnienie pola widzenia. Aby uzyskać ponowne zaćmienie, należało obrócić analizator o kąt α = α₀lc. Stąd

W naszym przypadku kąt α = 16,5°, zatem

Przyjmując błąd odczytu ±1° otrzymujemy

Zatem właściwa zdolność skręcająca wynosi α0 = (8,2 ± 0,5)

1

2

C₂ P₂

P₁ C₁

O

M F

---