O2. POMIARY KĄTA BREWSTERA

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "O2. POMIARY KĄTA BREWSTERA"

Teresa Marcinkowska
6 lat temu
Przeglądów:

1 O. POMIARY KĄTA BREWSTERA tekst opracowała: Bożea Jaowska-Dmoch Polaryzacja światła jest zjawiskiem, które potwierdza falową aturę światła. Światło jest falą elektromagetyczą, w której cyklicze zmiay pól elektryczego i magetyczego, opisae przez wektory atężeia pola elektryczego E i idukcji magetyczej B, rozchodzą się ze stałą prędkością. Drgaia wektorów E i B są w każdej chwili prostopadłe do siebie i jedocześie prostopadłe do kieruku rozchodzeia się fali. Orietacja przestrzea tych wektorów może się jedak zmieiać wzdłuż kieruku rozchodzeia się fali w sposób zupełie przypadkowy, chaotyczy. Taką falę azywamy falą ie spolaryzowaą. Możliwość uporządkowaia drgań wektorów E i B, tak by zachodziły w sposób przewidywaly, azywamy polaryzacją. Gdy drgaia wektora E zachodzą tylko w jedej płaszczyźie (a wektora B też w jedej płaszczyźie, ale prostopadłej do płaszczyzy drgań wektora E ), to fala jest spolaryzowaa liiowo. Gdy drgaia wektora E (i odpowiedio B ) są takie, że koiec wektora zatacza w czasie okrąg lub elipsę, to fala jest spolaryzowaa kołowo lub eliptyczie. Zjawisko polaryzacji światła jest dowodem a to, że światło jest falą poprzeczą. Światło moża spolaryzować poprzez odbicie, selektywą absorpcję (dichroizm), podwóje załamaie lub rozpraszaie światła. Gdy wiązka światła ie spolaryzowaego pada a graicę dwóch ośrodków od stroy ośrodka optyczie rzadszego pod kątem ewstera, to promień odbity jest całkowicie spolaryzoway. Kąt ewstera charakteryzuje oba ośrodki, zależy bowiem od prędkości z jaką rozchodzi się światło zarówo w pierwszym, jak i w drugim ośrodku. Cel Celem pomiarów jest wyzaczeie współczyików załamaia szkła i różych mierałów z pomiarów kąta ewstera. Wymagaia Defiicja fali, rodzaje fal, atura światła, światło, jako fala elektromagetycza, polaryzacja liiowa, kołowa i eliptycza, prawa odbicia i załamaia światła a graicy dwóch ośrodków, współczyik załamaia światła, zasada Huygesa, kąt ewstera. Literatura R. Resick, D. Halliday, Fizyka, tom II, PWN F.S. Crawford, Fale, Kurs berkelejowski tom III, PWN D. Halliday, R. Resick, J. Walker, Podstawy fizyki, tom IV, PWN Opis przyrządu Wiązka lasera He-Ne jest skierowaa przez układ luster a oś obrotu stolika z podziałką kątową. W środku stolika umieszcza się badae płytki. Wiązka światła przechodzi przez polaryzator umieszczoy w ramieiu zamocowaym do osi stolika. Następie światło pada a

2 środek płytki pokrywający się z osią obrotu stolika i odbija się pod kątem zależym od ustawieia stolika. Obrót stolika powoduje zmiay kąta padaia wiązki a płytkę. W drugim, ruchomym ramieiu przyrządu umieszczoa jest fotodioda. Obrót tego ramieia pozwala acelować fotodiodę a wiązkę odbitą od płytki. Natężeie prądu płyącego w układzie zasilającym fotokomórkę wskazuje mikroamperomierz. fotodioda płytka polaryzator Wyprowadzeie wzoru Niech wiązka światła ie spolaryzowaego pada a graicę dwóch ośrodków dielektryczych od stroy ośrodka optyczie rzadszego. Wiązkę tę moża opisać dwoma składowymi pola elektryczego, jedą rówoległą do płaszczyzy padaia (strzałki) i drugą prostopadłą do tej płaszczyzy (kropki). Zmiee pole elektrycze padającej fali świetlej wzbudza drgaia elektroów w drugim ośrodku. Powstają drgające dipole, które emitują fale elektromagetycze w stroę pierwszego ośrodka (fala odbita) i w stroę drugiego ośrodka (fala załamaa). Rozważmy oddzielie odbicie światła dla obu składowych pola elektryczego wiązki padającej. Składowa prostopadła do płaszczyzy padaia (kropki) spowoduje drgaia dipoli w kieruku prostopadłym do płaszczyzy padaia. Drgający dipol elektryczy emituje promieiowaie ajsiliej w kieruku prostopadłym do własej osi, czyli składowa prostopadła odbije się ajsiliej. > składowa drgań pola elektryczego prostopadła do płaszczyzy padaia Drgaia elektroów drugiego ośrodka wywołae składową rówoległą do płaszczyzy padaia będą prawie prostopadłe do kieruku wiązki załamaej. W sytuacji przedstawioej a rysuku obok, dipole będą drgały rówolegle do kieruku reprezetowaego przez liię przerywaą. Promieiowaie wysyłae w kieruku wiązki odbitej będzie więc tym słabsze, im kąt między promieiem odbitym a osią dipoli drgających będzie miejszy. > składowa drgań pola elektryczego rówoległa do płaszczyzy padaia

3 3 W szczególym przypadku, gdy = tz. kąt między wiązką załamaą a wiązką odbitą jest rówy, składowa pola elektryczego rówoległa do płaszczyzy padaia zika zupełie. Wtedy z ie spolaryzowaej wiązki padającej odbija się tylko składowa spolaryzowaa prostopadle do płaszczyzy padaia. Taki kąt padaia, gdy wiązka odbita jest całkowicie spolaryzowaa jest azyway kątem ewstera lub kątem polaryzacji. Stosując prawo załamaia światła zapiszemy poieważ to si si si si si cos, lub, tg. Wzór powyższy wyraża prawo ewstera. Gdy wiązka padająca i odbita rozchodzą się w powietrzu, to możemy przyjąć, że, ozaczyć przez, a wtedy prawo ewstera zapiszemy tg. Aby wyzaczyć współczyik załamaia badaej substacji, musimy zaleźć właściwy dla tej substacji kąt ewstera. Wykoaie ćwiczeia Wyiki wszystkich pomiarów muszą być zapisae w sprawozdaiu, opatrzoe odpowiedimi jedostkami i podpisae przez asysteta. a) Na stoliku obrotowym umieszczamy badaą płytkę. b) Sprawdzamy, czy wiązka światła przechodząc przez polaryzator (typu polaroid), pada a płytkę w pukcie pokrywającym się z osią obrotu stolika. Oś trasmisji polaryzatora jest pozioma. c) Obracamy stolik tak, by wiązkę odbitą od płytki zawrócić z powrotem do lasera. W takim ustawieiu wiązka pada prostopadle a płytkę i wyzacza położeie ormalej. d) Na podziałce kątowej stolika, zaopatrzoej w oiusz, odczytujemy położeie ormalej, ozaczmy je p.. e) Na podziałce kątowej stolika ustawiamy kąt 45. Ruchome ramię z fotodiodą ustawiamy tak, by wiązka odbita trafiała a fotodiodę. Po włączeiu przez asysteta układu pomiarowego ustawiamy wzmocieie zasilaia fotodiody, tak by wychyleie mikroamperomierza wyosiło podz. > składowa drgań pola elektryczego rówoległa do płaszczyzy padaia składowa drgań pola elektryczego prostopadła do płaszczyzy padaia

4 4 f) Zwiększamy kolejo kąt ustawieia stolika o za każdym razem ustawiając ruchome ramię tak, by wiązka odbita trafiała a fotodiodę (maksymala wartość fotoprądu dla daego położeia płytki mierzoa przy zgaszoej lampce) i zapisujemy wskazaia mikroamperomierza. Pomiary prowadzimy do mometu, gdy fotoprąd, który początkowo maleje, wzrośie poowie do ok. podz. W okolicy miimum atężeia prądu fotodiody zwiększamy dokładość odczytu atężeia prądu zmieiając ustawieia stolika co, a awet co,5, aby jak ajdokładiej wyzaczyć położeie miimum fotoprądu. g) Pomiary powtarzamy odbijając światło po drugiej stroie ormalej. Na podziałce kątowej stolika ustawiamy kąt 45. Ruchome ramię z fotodiodą ustawiamy tak, by wiązka odbita trafiała a fotodiodę. Ustawiamy wzmocieie zasilaia fotodiody, tak by wychyleie mikroamperomierza wyosiło podz. h) Zmiejszamy kolejo kąt ustawieia stolika o za każdym razem ustawiając ruchome ramię tak, by wiązka odbita trafiała a fotodiodę (maksymala wartość fotoprądu) i zapisujemy wskazaia mikroamperomierza. Poowie w okolicy miimum atężeia prądu fotodiody zwiększamy dokładość odczytu atężeia prądu zmieiając ustawieia stolika co, a awet co,5. Propozycja zapisu wyików: Rodzaj płytki... Położeie ormalej... Położeie Natężeie fotoprądu I Położeie Natężeie fotoprądu I [jedostka] [jedostka] [jedostka] [jedostka] =... I =... gdzie i I są błędami systematyczymi wyikającymi z dokładości przyrządów. Opracowaie wyików Dla każdej z badaych płytek: a) obliczamy, dla obu ustawień stolika, kąty padaia wiązki a płytkę oraz. Błędy i obliczamy metodą propagacji iepewości pomiarowych. b) a papierze milimetrowym sporządzamy wykres atężeia fotoprądu w zależości od kąta padaia wiązki a płytkę. Na jedym wykresie zazaczamy pomiary I( ) oraz I( ). Na wykres aosimy błędy pomiarów. Wykres moża sporządzić wykorzystując programy komputerowe. c) a tym samym wykresie zazaczamy wartości średie atężeia fotoprądu I I I, obliczoe dla takich samych kątów padaia ( ). d) z położeia miimum fukcji I odczytujemy kąt ewstera. e) korzystając z prawa ewstera obliczamy współczyik załamaia badaej płytki. Błąd obliczamy metodą propagacji iepewości pomiarowych.

5 5 We wioskach spróbujmy oceić jak zmieia się kształt wykresu I dla różych płytek; czy otrzymae wartości współczyików załamaia są zgode w graicach błędów doświadczalych z wartościami tablicowymi.

Podobne dokumenty

O2. POMIARY KĄTA BREWSTERA

O2. POMIARY KĄTA BREWSTERA O. POMIARY KĄTA BREWSTERA tekst opracowały: Bożea Jaowska-Dmoch i Jadwiga Szydłowska Polaryzacja światła jest zjawiskiem, które potwierdza falową aturę światła. Światło jest falą elektromagetyczą, w której