Fizyka- Zjawisko Faradaya, Cel �wiczenia:

Cel wiczenia:

Celem wiczenia byo zapoznanie si z charakterem zjawiska Faraday'a, a take wyznaczenie staej Verdeta i stosunku e/m dla pojedynczego elektronu.

Opis teoretyczny:

W XIX wieku znany uczony Faraday zauway, e niekt�re materiay, jak np. szko poddane dziaaniu pola magnetycznego powoduj skrcenie paszczyzny polaryzacji wiata przechodzcego przez pr�bk tego materiau. Dodatkowo zauway, e kt, o kt�ry skrcana jest ta paszczyzna jest proporcjonalna do wartoci indukcji pola magnetycznego w materiale i do dugoci drogi wiata w tym materiale. Wsp�czynnikiem proporcjonalnoci jest w tym wypadku tzw. staa Verdeta. Zjawisko skrcania paszczyzny polaryzacji wiata nazwano sztuczn (wymuszon) aktywnoci optyczn.
Do pomiaru kta skrcenia uywa si polarymetru, kt�ry jest zwyczajnym polaryskopem, lecz w przeciwiestwie do niego - zamiast zwykego analizatora - posiada analizator z podzielon na trzy czci powierzchni, zwany analizatorem p�cieniowym. Paszczyzna polaryzacji w rodkowej czci koa jest skrcona o 2.5^o w stosunku do paszczyzny czci bocznych. Dziki temu pomiar waciwego kta skrcania jest znacznie dokadniejszy, poniewa polega na por�wnaniu natenia wiata z powierzchni o r�nej polaryzacji. Wygld analizatora p�cieniowego przedstawiono poniej.
Strzaki oznaczaj kierunek polaryzacji.
Ma to takie uzasadnienie, e czuo oka ludzkiego na r�nic owietlenia jest o wiele wiksza ni zdolno oceny owietlenia. Doprowadzajc do sytuacji, e wszystkie trzy czci analizatora wiec jednakowo odczytujemy ze skali kt skrcenia. Dwusieczna kta, kt�ry w ten spos�b zosta odczytany, jest prostopady do paszczyzny polaryzacji wiata padajcego na analizator.
Wyznaczenie staej Verdeta dla danej pr�bki sprowadza si do podstawienia do poniszego wzoru odpowiednich wartoci. Wz�r ten jest przeksztaceniem prostej zalenoci kta skrcenia paszczyzny polaryzacji o wartoci indukcji magnetycznej i dugoci drogi promienia wietlnego przez badan pr�bk.
gdzie:
B - indukcja magnetyczna
d - dugo pr�bki
- kt skrcenia paszczyzny polaryzacji
Wyznaczenie stosunku e/m dla elektronu to po prostu wyznaczenie zalenoci:
gdzie:
dn/d - dyspersja wyznaczona w przyblieniu z podanych wartoci n i .
V - staa Verdeta
m - masa elektronu
e - adunek elektronu
- dugo fali

Przebieg wiczenia:

Po zmontowaniu ukadu pomiarowego dokonano pomiaru kta skrcenia paszczyzny polaryzacji w badanej pr�bce z indukcj r�wn zero. Pomiar powt�rzono dziesiciokrotnie, co umoliwio wyznaczenie wartoci redniej obarczonej mniejszym bdem. Nastpnie zmierzono kt skrcenia dla r�nych wartoci prdu, a co za tym idzie - r�wnie indukcji. Kady pomiar powt�rzono trzy razy w celu zwikszenia dokadnoci. Badano dwie pr�bki szka: SF 3 i SF 10.

Dane techniczne zastosowanego sprztu pomiarowego i pr�bek:

Dane techniczne badanych pr�bek:

Parametr	Pr�bka SF 3	Pr�bka SF 10
liczba zwoj�w [zw]	1230	1230
dugo [mm]	154.8	155.5
wsp�czynnik zaamania dla =589.3 [nm]	1.73976	1.72802
wsp�czynnik zaamania dla =600.0 [nm]	1.73843	1.72672

Inne dane:

dugo fali lampy sodowej	589.3 [nm]
l-ba zwoj�w solenoidu	1230 [zw]
dugo solenoidu	197 [mm]
l-ba zwoj�w na jednostk dugoci solenoidu	6243.7 [zw/m]
przenikalno magnetyczna. pr�bek	1.256637061 x 10^-6

Zestaw przyrzd�w:

Polarymetr firmy ZEISS

Zasilacz ZT-980-1

Lampa sodowa z dawikiem

Amperomierz

Solenoid

Pr�bki

Tabele pomiarowe:

Pomiary kta skrcenia paszczyzny polaryzacji dla B=0

	Pr�bka SF3			Pr�bka SF10
	Odczyt	a	Da	Odczyt	a	Da
Numer pomiaru	[^o]	[rad]	[rad]	[^o]	[rad]	[rad]
1	175.10	3.0561	0.0038	178.50	3.1154	0.0012
2	175.00	3.0543	0.0055	178.75	3.1198	0.0031
3	175.45	3.0622	0.0024	178.30	3.1119	0.0047
4	175.15	3.0569	0.0029	178.50	3.1154	0.0012
5	175.20	3.0578	0.0020	178.75	3.1198	0.0031
6	175.35	3.0604	0.0006	178.45	3.1145	0.0021
7	175.50	3.0631	0.0032	178.65	3.1180	0.0014
8	175.40	3.0613	0.0015	178.50	3.1154	0.0012
9	175.45	3.0622	0.0024	178.80	3.1206	0.0040
10	175.55	3.0639	0.0041	178.50	3.1154	0.0012
Wartoci rednie:	175.315	3.060	0.003	178.570	3.117	0.002

Uwagi:

oznacza bezwzgldny bd danego pomiaru bdcy r�nic pomidzy tym pomiarem, a wyliczon wartoci redni.

Pomiary kta skrcenia paszczyzny polaryzacji dla r�nych wartoci prdu pyncego przez cewka

		Pr�bka SF 3					Pr�bka SF 10
	I	DI	a1	a2	a3	a rednie	a rednie	a1	a2	a3	a rednie	a rednie
Lp	[A]	[mA]	[^o]	[^o]	[^o]	[^o]	[rad]	[^o]	[^o]	[^o]	[^o]	[rad]
1	-3.5	100	181.15	181.25	181.20	181.2000	3.1625	181.95	182.20	182.40	182.1833	3.1797
2	-3.0	50	180.70	180.65	180.50	180.6167	3.1524	181.95	181.50	181.95	181.8000	3.1730
3	-2.5	50	179.95	180.00	180.00	179.9833	3.1413	181.15	181.25	181.35	181.2500	3.1634
4	-2.0	50	179.45	179.30	179.40	179.3833	3.1308	180.85	180.75	180.90	180.8333	3.1561
5	-1.5	25	178.90	178.85	178.75	178.8333	3.1212	180.30	180.35	180.40	180.3500	3.1477
6	-1.0	25	178.30	178.25	178.25	178.2667	3.1113	179.70	179.90	178.80	179.4667	3.1323
7	-0.5	10	177.65	177.65	177.60	177.6333	3.1003	179.35	179.05	179.15	179.1833	3.1273
8	0	---	---	---	---	---	3.0914	---	-- -	---	---	3.1166
9	0.5	10	176.70	176.60	176.55	176.6167	3.0825	178.10	178.05	177.90	178.0167	3.1070
10	1.0	25	175.80	176.00	175.95	175.9167	3.0703	177.55	177.30	177.35	177.4000	3.0962
11	1.5	25	175.35	175.45	175.40	175.4000	3.0613	176.90	176.80	176.85	176.8500	3.0866
12	2.0	50	175.00	174.85	174.90	174.9167	3.0529	175.50	175.85	176.00	175.7833	3.0680
13	2.5	50	174.50	174.30	174.45	174.4167	3.0441	175.70	175.70	175.85	175.7500	3.0674
14	3.0	50	173.80	173.70	173.80	173.7667	3.0328	174.80	175.15	175.20	175.0500	3.0552
15	3.5	100	173.85	173.50	173.40	173.5833	3.0296	174.30	174.50	174.40	174.4000	3.0439

Uwagi:

Pomiar nr 8 faktycznie zosta przeprowadzony 10 razy, co uwidoczniono w poprzedniej tabeli.

Dla pr�bki SF3 warto kta skrtu przy prdzie zerowym faktycznie wyznaczono z pomiar�w dla r�nych wartoci prdu. Wynika to z tego, e w trakcie pomiar�w pr�bka SF3 zmienia pooenie i kt skrtu take si zmieni. Z uwagi na to, e zaleno kta skrtu od prdu jest w przyblieniu funkcj liniow mona byo domylnie przyj warto redni pomiar�w poprzedniego i nastpnego (obszar zacieniowany).

Przykadowe obliczenia:

Obliczenia wartoci redniej wielkoci i redniego bdu. Przeprowadzono je bazujc na poniszych wzorach:

gdzie:

n - liczba pomiar�w

_n - n-ty pomiar kta

Np.

Wyznaczenie staej Verdeta. Przeprowadzono je bazujc na poniszym wzorze. Za kt skrtu przyjto r�nic pomidzy odczytem kta dla +3.5A i kta dla -3.5A. Z uwagi na to, e indukcja zaley liniowo od prdu, a skrt paszczyzny polaryzacji zalezy liniowo od indukcji - operacja taka bya moliwa. Pozbyto si w ten spos�b wpywu bdu przy wyznaczeniu skrtu dla prdu zerowego. Za warto prdu podstawiono wic 7A.

dla pr�bki SF10:

0x01 graphic

dla pr�bki SF3:

0x01 graphic

Uwagi:

Powysze przeliczenia odpowiadaj pomiarowi nr 1 i 15 dla pr�bki SF 10 i SF 3, tzn. dla prdu przepywajcego r�wnego +3.5A i -3.5A ampera. Z tych pomiar�w wyznaczono sta Verdeta dla badanych pr�bek.

Wyznaczenie stosunku e/m dla elektronu. Najpierw naleao wyznaczy dyspersj dn/d, kt�r w przyblieniu wyznaczono z poniszego wzoru. Wartoci n i podane byy w instrukcji wiczenia.

Obliczona dyspersja dotyczy pr�bki SF 10, gdy dla niej zdecydowano si liczy e/m. Tak obliczon dyspersj podstawiamy do poniszego wzoru.

0x01 graphic

Warto e/m nazywa si te adunkiem waciwym elektronu.

Dyskusja bd�w:

1. Przy obliczaniu wartoci redniej kta, bd oblicze zost wyznaczony ze wzoru:

2. Przy wyznaczaniu staej Verdeta miay sw�j udzia nastpujce bdy:

Bd pomiaru kta skrcenia . Wyznaczono go dla 3 pomiar�w, przy przeplywajcym prdzie r�wnym 3,5A oraz -3,5A. Bezwzgldny redni bd pomiaru wyznaczono jako redni odchyek kadego pomiaru od wartoci redniej:

Pr�bka SF 3:

L.p.	a[st.]	a[rad]	Da[rad]	L.p.	a[st.]	a[rad]	Da[rad]
1	181.15	3.1617	0.0008	1	173.85	3.0343	0.0047
2	181.25	3.1634	0.0009	2	173.50	3.0281	0.0015
3	181.20	3.1625	0	3	173.40	3.0264	0.0032
rednia:		3.1625	0.0006	rednia:		3.0296	0.0031
Bd wzgldny [%]:			0.02	Bd wzgldny [%]:			0.102

Pr�bka SF 10:

L.p.	a[st.]	a[rad]	Da[rad]	L.p.	a[st.]	a[rad]	Da[rad]
1	181.95	3.1756	0.0004	1	174.30	3.0421	0.0018
2	182.20	3.1800	0.0003	2	174.50	3.0456	0.0017
3	182.40	3.1835	0.0038	3	174.40	3.0439	0
rednia:		3.1797	0.0015	rednia:		3.0439	0.0011
Bd wzgldny [%]:			0.05%	Bd wzgldny [%]:				0.47%

Bd pomiaru prdu pyncego w cewce solenoidu I. Wyznaczony zosta przy wykorzystaniu klasy i zakresu amperomierza. Klasa amperomierza = 0.5%, a zakres przy pomiarze prdu 3.5 [A] (bo dla tego pomiaru liczono sta Verdeta) by ustawiony na 7.5 [A]. W zwizku z tym bezwzgldny bd pomiaru wyni�s 37.5 [mA], a bezwzgldny:

Bd zliczenia iloci zwoj�w w cewce L (=1zw) bd wzgldny wyni�s wic 0.0813%. W zwizku z tym w obu przypadkach n jest sum bd�w iloci zwoj�w i dugo solenoidu i wynosi n=0.5913%.

Bd przyjcia wartoci przenikalnoci magnetycznej jest do pominicia, poniewa w obliczeniach wzito pod uwag cyfry do dwunastego miejsca po przecinku.

Bd wyznaczenia dugoci pr�bki d obliczono z tego samego wzoru, co bd wyznaczenia prdu i w przypadku pr�bki SF 3 wyni�s on 0.0646 %, a pr�bki SF 10 - 0.0643 %. Przyjto t sam ich warto - 0.06%.

Obliczajc bd przy wyznaczaniu staej Verdeta korzystano z metody r�niczki zupenej i otrzymano nastpujcy rezultat. Po zr�niczkowaniu zalenoci na V i podstawieniu wartoci bd�w bezwzgldnych poszczeg�lnych wielkoci cakowity bd wzgldny wyznaczenia staej Verdeta nie przekracza 2.2% (dla najgorszego przypadku).

0x01 graphic

Wnioski:

Przypadkowo pomidzy pomiarem kta polaryzacji dla B=0 a pozostaymi pomiarami pr�bka SF 3 zmienia pooenie i w zwizku z tym odczyty dla B=0 i dla B<>0 s nieco przesunite. Funkcja zalenoci (I) jest zbliona do liniowej, jednak w przypadku pr�bki SF 3 ma ona wyranie przesunicie dla B=0. W zwizki z tym nie mona tego pomiaru uzna. Na wykresie nie zosta on uwzgldniony, a szukana warto zostaa wyznaczona jako rednia poprzedniej i nastpnej wartoci. Wniosek jest taki, e zmiana pooenia pr�bki (przekrcenie) zmienia r�wnie kt skrtu paszczyzny polaryzacji wiata.

Jak wida na zaczonym wykresie kt skrcenia paszczyzny polaryzacji jest proporcjonalny do prdu, a wic do indukcji magnetycznej w pr�bce szka. Potwierdza to tylko r�wnanie =VBd, gdzie wsp�czynnikiem proporcjonalnoci jest iloczyn Vd.

Kty skrtu paszczyzny polaryzacji w badanych pr�bkach s bardzo mae. Mona wic zaoy, e zjawisko Faraday'a nie ma praktycznego zastosowania w przemyle. Znane jest jednak bardzo szerokie zastosowanie nieco innego, ale jednak podobnego zjawiska. Zjawisko to polega na skrceniu paszczyzny polaryzacji nawet o 90 stopni pod wpywem pola elektrycznego. Waciwoc tak posiadaj substancje zwane ciekymi krysztaami . Cieke krysztay s stosowane w tzw. wywietlaczach LCD. Takie wywietlacze s stosowane w zegarkach, kalkulatorach, monitorach i innych.

Fizyka- Napięcia powierzchniowe, ? Cel ?wiczenia:

Badanie wlasciwosci materiałów ferromagnetychnych, Fizyka- Ferromagnetyki, ? Cel ?wiczenia:

LAB92, Cel ?wiczenia:

fizyka zjawisko halla C6OP2ML3JN4TT5SLVTCOIH3QSB2SAA2GPGYK7HI

Lab 13 - Przewodzenie ciepła, laborka 13, Cel ?wiczenia

Drgania mechaniczne, Składanie drgań okresowych . Krzywe Lissajou .Składanie drgań harmonicznych, Ce

Fizyka - Zjawiska akustyczne, szkoła

BADANIE SKRĘCANIA PŁASZCZYZNY POLARYZACJI ŚWIATŁA, Nauka, Fizyka, Zjawisko skręcenia płaszczyzny

fizyka zjawisko?radaya SQUKQTROSPVW7LPCAAECMXWLDIDZHTFWBHNU4ZA

Fizyka- Zjawiska widmowe itp, Przydatne

fizyka, Zjawisko Fotoelektryczne i inne, Zjawisko Fotoelektryczne i inne

Janowski II 6, _Cel ?wiczenia

Janowski II 6 prot, _Cel ?wiczenia

28 Badanie zjawiska skręcenia płaszczyzny polaryzacji przy pomocy polarymetru półcieniowego Badanie

Zjawisko Faradaya wyznaczenie sta ej Verdeta i stosunku em dla pojedynczego elektronu

Zjawiska transportu, Studia, Fizyka, ćwiczenia

Energia wokół nas i Zjawiska w atmosferze ziemskiej, fizyka

faradaj, Szkoła, Fizyka

więcej podobnych podstron