Sprawozdanie z ćwiczenia C4.

Badanie odbicia światła od powierzchni dielektryków

1.W jaki sposób można określić kierunek polaryzacji światła spolaryzowanego liniowo?

Światło rozchodzące się od źródła jest niespolaryzowane czyli drgania wektora świetlnego odbywają się we wszystkich możliwych płaszczyznach w których ten kierunek leży. Światło wychodzące z naturalnego źródła jest niespolaryzowane gdyż każdy atom(drgający dipol elektryczny)wysyła ciągi fal liniowo spolaryzowanych, tj. drgających w jednej płaszczyźnie. Ponieważ kierunki drgań tych źródeł atomowych (dipoli) są rozmieszczone chaotycznie, nie ma żadnej wyróżnionej płaszczyzny , w której drgania fal byłyby intensywniejsze. Polaryzator jest elementem który porządkuje chaotyczne drgania w jedną ściśle określoną płaszczyznę, którą nazywamy płaszczyzną polaryzacji. Drugi polaryzator pozwalający stwierdzić że drgania są spolaryzowane nazywamy analizatorem. Obracając analizator dookoła osi stanowiącej kierunek promienia stwierdzamy:

-zanik drgań gdy kierunki drgań polaryzatora i analizatora są do siebie prostopadłe

-silne drgania gdy kierunki drgań polaryzatora i analizatora są do siebie równoległe

-drgania są osłabione gdy kierunki drgań polaryzatora i analizatora tworzą kąt θ (przepuszczana jest część fali elektromagnetycznej określona przez rzut wektora natężenia fali elektromagnetycznej na kierunek osi polaryzatora).

W ten sposób można stwierdzić czy światło jest spolaryzowane liniowo oraz jaki jest kierunek polaryzacji.

Jaką ma postać prawo Malusa?

Rzut wektora natężenia pola elektrycznego na kierunek tworzący z nim kąt θ wynosi

E₀cosθ. Ponieważ natężenie światła jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy, wobec tego natężenie światła przechodzącego przez polaryzator wyniesie

I=I₀cos² θ

gdzie : I₀-natężenie światła spolaryzowanego liniowo padającego na polaryzator

Jest to tzw. prawo Malusa.

Wykonanie ćwiczenia:

1.Dokonujemy analizy wzrokowej stanu polaryzacji światła. W tym celu przepuszczamy wiązkę światła przez polaryzator P1 oraz naczynie z koloidalną zawiesiną. Zmieniając kierunek polaryzacji poprzez obracanie polaryzatora wokół osi wiązki obserwujemy smugę światła w naczyniu.

Smuga ta w zależności od obrotu polaryzatora zanika i znowu się pojawia, pozwala nam to wnioskować, że światło jest spolaryzowane liniowo i przechodzi przez polaryzator jedynie gdy jego oś pokrywa się z kierunkiem polaryzacji światła.

Dla sytuacji gdy oś polaryzatora jest prostopadła do kierunku polaryzacji światła, wiązka świetlna nie zostaje przepuszczona (smugi nie obserwuje się)

2.Sprawdzamy prawo Malusa, mierząc o jaki kąt należy obrócić jeden z polaryzatorów, aby natężenie światła przechodzącego przez oba polaryzatory spadło do połowy wartości maksymalnej. Ustawiamy więc polaryzatory tak aby natężenie światła było maksymalne (ich osie polaryzacji są wtedy ustawione równolegle), a następnie obracamy jeden z nich, sprawdzając wartość natężenia na fotodetektorze.

W naszym przypadku kąt ten wynosił θ=(45±3) °, a wartość natężenia światła wynikająca z prawa Malusa I=I_°cos²θ , I=(0,5±0,07)

3.Wykonujemy pomiar natężenia światła odbitego od powierzchni szklanej płytki dla różnych kątów padania. Oświetlamy płytkę światłem o polaryzacji Π i σ.

Tabela przedstawia wyniki pomiarów zależności natężenia fotoprądu od kąta padania α dla kierunków polaryzacji Π i σ.

Kąt padania	Polaryzacja σ	Polaryzacja Π
20	60	47
25	60	57
30	60	50
35	65	43
40	70	50
45	75	50
50	75	44
55	78	50
60	83	58
65	83	50
70	83	44
75	100	38
80	100	60
85	89	50
89	70	0

Legenda :

seria 1-polaryzacja σ

seria 2-polaryzacja Π

Z wykresu zależności fotoprądu od kąta padania α odczytujemy (dla minimum funkcji ) kąt Brewstera α_B, który wynosi (89±1) °. Znając ten kąt obliczyliśmy współczynnik załamania światła dla szkła

tgα_B=n₂/n₁

n₁-współczynnik załamania światła dla powietrza

n₂- współczynnik załamania światła dla szkła

Obliczony współczynnik wynosi n=(57,29±3283).

Niepewność n obliczono korzystając ze wzoru :

=dx, w tym przypadku przyjmuje on postać dn=1/cos²α_Bdα_B

Ze względu na błąd eksperymentatora współczynnik oraz jego niepewność mają nieprawdopodobną wartość.

Wnioski:

Otrzymane wyniki charakteryzują się wysoką niezgodnością z rzeczywistością, wynikającą z nadzwyczajnego błędu obserwatorów.

Justyna Frydrychewicz

3

---