SPRAWDZANIE PRAWA MALUSA

Transkrypt

1 INSTYTUT ELEKTRONIKI I SYSTEMÓW STEROWANIA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA LABORATORIUM FIZYKI ĆWICZENIE NR O- SPRAWDZANIE PRAWA MALUSA

2 I. Zagadnena do przestudowana 1. Fala elektromagnetyczna, pole elektryczne magnetyczne fal. Polaryzacja, polaryzator, analzator 3. Sposoby polaryzowana fal 4. Natężene śwatła 5. Prawo Brewstera 6. Prawo Malusa II. Cel ćwczena 1. Wyznaczane zależnośc pomędzy wartoścą prądu płynącego przez fotoelement, proporcjonalnego do natężena śwatła przepuszczonego przez fltr polaryzacyjny, dla różnych kątów pomędzy płaszczyzną polaryzacj wązk padającej płaszczyzną polaryzacj fltru.. Sprawdzene prawa Malusa. III. Zasada pomaru Spolaryzowana lnowo wązka śwatła otrzymywana z lasera przepuszczana jest przez polaryzator lnowy. Merzony jest prąd fotoelementu proporcjonalny do natężena śwatła przechodzącego przez fltr polaryzacyjny. Pomar wykonywany dla różnych kątów pomędzy płaszczyzną polaryzacj śwatła padającego płaszczyzną przepuszczana fltru pozwala na sprawdzene prawa Malusa, określającego natężene przechodzącego śwatła w funkcj tego kąta. Wyznaczana jest płaszczyzna polaryzacj wązk laserowej. IV. Wprowadzene teoretyczne Płaszczyzna polaryzacj analzatora AA tworzy z polaryzacją PP (kerunek drgań ustawony za pomocą polaryzatora) padającej wązk śwatła kąt ϕ. Rys. 1. Wzajemna orentacja płaszczyzn polaryzacj padającego śwatła analzatora

3 Z Rys. 1. stosunek ampltud wązek śwetlnych wynos: E A E0 = cosϕ (1) Przez analzator przejdze tylko część wązk E A wyrażona zależnoścą: EA = E0 cos ϕ () Natężene rejestrowane za analzatorem można wyrazć ogólne: I = ke (3) Zatem stosunek natężena śwatła wychodzącego z analzatora I A do natężena śwatła padającego I 0 wynos: IA kea E0 cos ϕ = = = cos ϕ I (4) 0 ke0 E0 Natężene I fal śwetlnej jest wprost proporcjonalne do kwadratu natężena pola elektrycznego, zatem zależność tę można zapsać jako prawo Malusa: A = (5) I I0 cos ϕ Na Rys.. Natężene prądu fotokomórk w funkcj kąta obrotu płaszczyzny polaryzacj fltru względem płaszczyzny ponowej polaryzacj. Rys.. Natężene prądu fotokomórk w funkcj kąta obrotu płaszczyzny polaryzacj fltru względem płaszczyzny ponowej polaryzacj 3

4 Na Rys. 3 przedstawono znormalzowany skorygowany prąd fotokomórk w funkcj kąta obrotu płaszczyzny analzatora. Prawo Malusa jest weryfkowane poprzez uzyskane prostej nachylonej do os wybranego układu pod kątem 45. Rys. 3. Znormalzowany prąd fotokomórk w funkcj cos (ϕ - ϕ 0 ) V. Zestaw pomarowy Rys.4. Pomar prądu płynącego przez fotokomórkę proporcjonalnego do natężena śwatła przy sprawdzanu prawa Malusa. 4

5 Uwaga: ne kerować wązk śwatła laserowego w stronę oczu. VI. Przebeg ćwczena 1. Połączyć układ według schematu na rysunku 4, a następne włączyć laser przełącznkem,,on umejscowonym na ławe optycznej.. Połączyć fotokomórkę z mernkem pracującym w zakrese μa. 3. Upewnć sę czy wązka śwatła lasera przechodząca przez fltr polaryzacyjny trafa całkowce do fotokomórk. Wązka śwatła pownna bec równolegle do ławy optycznej padając prostopadle na płytkę fltru. Połączyć fotokomórkę z mernkem pracującym w zakrese μa. 4. Ustawć kąt 0º na tarczy obrotowej fltru polaryzacyjnego (analzatora) skerować wązkę laserową na fotokomórkę w tak sposób, aby mernk wskazywał maksymalną wartość natężena prądu (powyżej 50 μa). Ne dotykać lasera an zaslającego go przewodu do zakończena pomarów! 5. Jeśl pomeszczene ne jest całkowce zacemnone, to mernk może rejestrować wpadające do fotokomórk śwatło przy zasłonętej wązce śwatła lasera odczytać wartość odpowadającego mu prądu fotokomórk jako Ustawć tarczę obrotową fltru polaryzacyjnego (analzatora) w pozycj kąta φ = - 90º odczytać z mernka perwszą warność natężena prądu fotokomórk. Powtórzyć odczyty natężena prądu dla kolejnych wartośc kąta φ aż do + 90º z krokem 5º. 7. Wynk zapsać w tabel. V. Tabela pomarowa Lp. ϕ [º] 0 [μa] [μa] = [ μ A] 0 max 0 0 ϕ [º] ( ) cos ϕ ϕ VI. Opracowane wynków 1. W oparcu o otrzymane wynk pomarów sporządzć wykres zależnośc (ϕ) w funkcj kąta ϕ jak na Rys.. Na podstawe wykresu oszacować wartość maksymalną max oraz wartość kąta ϕ 0 dla którego występuje ta wartość maksymalna.. Na tym samym wykrese naneść wartośc funkcj ( ϕ) = max cos ( ϕ ϕ0 ). 3. Przedstawć zależność znormalzowanej ntensywnośc śwatła przechodzącego przez analzator jako od cos ( ϕ ϕ ) 0 jak na Rys. 3. max 0 5

6 4. Przeanalzować zależność przedstawoną na Rys. 3 pod kątem sprawdzena prawa Malusa. 5. Stosując metodę najmnejszych kwadratów dla prostej y = ax + b wylczyć nachylene prostej a, dla y = x = cos ( ϕ ϕ0 ). max 0 6. Oblczyć nepewność pomarową dla nachylena a prostej. 7. Zapsać wartość a z uwzględnenem nepewnośc pomarowej. Δa 8. Oblczyć błąd względny wartośc a jako δ = 100%. a 9. Napsać wnosk. a Lteratura 1. H. Szydłowsk Pracowna Fzyczna, PWN Warszawa 1973 późn.. J. Orear Fzyka, T.1, WNT Warszawa S. Szczenowsk, Fzyka dośwadczalna cz. 4, PWN R.Resnck, D.Hallday, J.Walker Podstawy fzyk. 5. J. Lech Opracowane wynków pomarów w laboratorum podstaw fzyk, Wydawnctwo Poltechnk Częstochowskej, Wydzał Inżyner Procesowej, Materałowej Fzyk Stosowanej, Częstochowa