SPRAWDZANIE PRAWA MALUSA

Podobne dokumenty
Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Fizyka elektryczność i magnetyzm

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 1 Badanie efektu Faraday a w monokryształach o strukturze granatu

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

Skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła w cieczach (PF13)

Metody Optyczne w Technice. Wykład 8 Polarymetria

Ćwiczenie 373. Wyznaczanie stężenia roztworu cukru za pomocą polarymetru. Długość rurki, l [dm] Zdolność skręcająca a. Stężenie roztworu II d.

Ćwiczenie Nr 6 Skręcenie płaszczyzny polaryzacji

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. DWÓJŁOMNOŚĆ MIKI

Ćwiczenie nr 13 POLARYZACJA ŚWIATŁA: SPRAWDZANIE PRAWA MALUSA

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Prawa optyki geometrycznej

Polaryzatory/analizatory

POLARYZACJA ŚWIATŁA. Uporządkowanie kierunku drgań pola elektrycznego E w poprzecznej fali elektromagnetycznej (E B). światło niespolaryzowane

Ćwiczenie nr 6. Zjawiska elektrooptyczne Sprawdzanie prawa Malusa, badanie komórki Pockelsa i Kerra

Podstawy fizyki wykład 8

ĆWICZENIE 41 POMIARY PRZY UŻYCIU GONIOMETRU KOŁOWEGO. Wprowadzenie teoretyczne

OPTYKA FALOWA. W zjawiskach takich jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja światło wykazuje naturę

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

ZJAWISKO SKRĘCENIA PŁASZCZYZNY POLARYZACJI ŚWIATŁA

E ω 2 p. dt a natężenie do czwartej potęgi częstości: I E 2

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ. Instrukcja wykonawcza

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Badanie właściwości optycznych roztworów.

Fala elektromagnetyczna o określonej częstotliwości ma inną długość fali w ośrodku niż w próżni. Jako przykłady policzmy:

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

ELEMENTY OPTYKI Fale elektromagnetyczne Promieniowanie świetlne Odbicie światła Załamanie światła Dyspersja światła Polaryzacja światła Dwójłomność

Interferencja jest to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

ĆWICZENIE 47 POLARYZACJA. Wstęp.

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Efekt Faradaya. Materiały przeznaczone dla studentów Inżynierii Materiałowej w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

WŁASNOŚCI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH: INTERFERENCJA, DYFRAKCJA, POLARYZACJA

Ć W I C Z E N I E N R O-11

Problemy optyki falowej. Teoretyczne podstawy zjawisk dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła.

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 19, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Zjawisko interferencji fal

Optyka. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat. Prawa odbicia i załamania. Uniwersytet Rzeszowski, 22 listopada 2017

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 19, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

18 K A T E D R A F I ZYKI STOSOWAN E J

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

Optyka falowa. dr inż. Ireneusz Owczarek CMF PŁ 2012/13

Polaryzacja chromatyczna

E12. Wyznaczanie parametrów użytkowych fotoogniwa

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

20. Na poniŝszym rysunku zaznaczono bieg promienia świetlnego 1. Podaj konstrukcję wyznaczającą kierunek padania promienia 2 na soczewkę.

Ćwiczenie Nr 11 Fotometria

Wykład 16: Optyka falowa

Zjawisko interferencji fal

Ćw. 20. Pomiary współczynnika załamania światła z pomiarów kąta załamania oraz kąta granicznego

Badanie własności hallotronu, wyznaczenie stałej Halla (E2)

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

EFEKT FOTOELEKTRYCZNY ZEWNĘTRZNY

Ćwiczenie Nr 455. Temat: Efekt Faradaya. I. Literatura. Problemy teoretyczne

Elementy optyki relatywistycznej

MODULATOR CIEKŁOKRYSTALICZNY

Fizyka dla Informatyki Stosowanej

Podstawy fizyki sezon 2 8. Fale elektromagnetyczne

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 02/08. PIOTR KURZYNOWSKI, Wrocław, PL JAN MASAJADA, Nadolice Wielkie, PL

Podstawy fizyki wykład 7

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA METODĄ SZPILEK I ZA POMOCĄ MIKROSKOPU

falowego widoczne w zmianach amplitudy i natęŝenia fal) w którym zachodzi

- Strumień mocy, który wpływa do obszaru ograniczonego powierzchnią A ( z minusem wpływa z plusem wypływa)

Pomiar właściwości ośrodka dwójłomnego poprzez wyznaczenie elementów macierzy Müllera-Ścierskiego

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Badanie efektu Faraday a w kryształach CdTe i CdMnTe

Efekt fotoelektryczny

POMIAR NATURALNEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ

Ćwiczenie nr 82: Efekt fotoelektryczny

Natura światła. W XVII wieku ścierały się dwa, poglądy na temat natury światła. Isaac Newton

Elektrodynamika Część 8 Fale elektromagnetyczne Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

OPTYKA FALOWA I (FTP2009L) Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła na szczelinach.

WYZNACZANIE KĄTA BREWSTERA 72

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

STOLIK OPTYCZNY 1 V Przyrząd jest przeznaczony do wykonywania ćwiczeń uczniowskich z optyki geometrycznej.

Wykład 16: Optyka falowa

Sprawdzanie prawa Ohma i wyznaczanie wykładnika w prawie Stefana-Boltzmanna

Ć W I C Z E N I E N R O-1

POMIAR APERTURY NUMERYCZNEJ

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

Skręcenie wektora polaryzacji w ośrodku optycznie czynnym

Widmo fal elektromagnetycznych

Wyznaczanie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi za pomocą busoli stycznych

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 3 Temat: Wyznaczenie ogniskowej soczewek za pomocą ławy optycznej.

Falowa natura światła

XL OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP I Zadanie doświadczalne

SCENARIUSZ LEKCJI Z WYKORZYSTANIEM TIK

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Transkrypt:

Ćwiczenie O-0 SPRWDZNI PRW MLUS I. Cel ćwiczenia: wyznaczenie natężenia światła I przechodzącego przez układ dwóch polaryzatorów w funkcji kąta θ między płaszczyznami polaryzacji tych polaryzatorów: I = I(θ) II. Przyrządy: układ dwu polaryzatorów, z których jeden jest ruchomy, ogniwo selenowe, źródło światła (żarówka 6V, 5W), zasilacz stabilizowany 980-M lub 980- M, multimetr cyfrowy VC0T. III. Literatura:. F. C. Crawford, Fale PWN, W-wa, 974,. W.. Shurcliff, S. S. allard, Światło spolaryzowane, 3. J. R. Meyer- rendt, Wstęp do optyki. 4. ncyklopedia fizyki t., PWN, W-wa 973 Światło jest płaską falą elektromagnetyczną. Falę taką opisujemy drganiami dwóch wektorów: wektora natężenia pola elektrycznego r ( x, y,z, t) i indukcji magnetycznej r ( x, y,z,t). Obydwa wektory drgają w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych z tymi samymi fazami (rys.). Drgania wektora magnetycznego r nie wywierają jednak bezpośredniego działania optycznego i dlatego w dalszych rozważaniach zajmować się będziemy tylko wektorem elektrycznym r. x z y v Rys. IV. Opis polaryzacji. IV.. Polaryzacja liniowa. W przypadku poprzecznych fal elektromagnetycznych, jeżeli wektor elektryczny r wykonuje drgania wzdłuż ustalonej prostej prostopadłej w stosunku do ẑ ( ẑ wersor wyznaczający kierunek osi z ), to mówimy, że fale są spolaryzowane liniowo. Mamy dwa niezależne kierunki prostopadłe, które możemy oznaczyć przez xˆ i ŷ. Weźmy pod uwagę ustaloną wartość z. Wówczas drgania odpowiadające liniowo spolaryzowanej fali płaskiej mogą mieć jedną z dwu postaci: lub t ( ) = xˆ cosωt ( ) t ( ) = yˆ cosωt ( )

Ćwiczenie O-0 gdzie z pominęliśmy, a stałą fazową ϕ w argumencie cosinusa przyjęliśmy równą 0 (dla t = 0, ϕ = 0). W dalszych rozważaniach pominiemy również zapis r jako funkcji czasu t. Ogólniej, możemy mieć liniowo spolaryzowane drganie wzdłuż prostej, która nie leży ani w kierunku xˆ, ani ŷ. Drgania takie można zawsze przedstawić jako superpozycję dwu niezależnych liniowo spolaryzowanych drgań, danych równaniami () i (), gdzie składowe x i y superpozycji mają tę samą stałą fazę (albo stałe fazowe różniące się o π): t t = (ˆ x + yˆ )cos ( ) = xˆ cosωt + yˆ cosωt ( 3 ) ( ) ωt ( 4 ) Wektor x ˆ + yˆ ma wartość bezwzględną i kierunek niezależne od czasu. Dlatego r z równania (4) przedstawia drgania wzdłuż ustalonej prostej. mplituda drgania dana jest wzorem = + Drganie wektora r pola elektrycznego dla liniowo spolaryzowanej fali (przy ustalonym z ) pokazuje rys.. y x płaszczyzna polaryzacji Rys. Polaryzacja liniowa. Wektor r dla ustalonego z, wyrażony równaniem (4) oscyluje harmonicznie wzdłuż prostej oznaczonej strzałkami. Na rysunku zaznaczono również płaszczyznę polaryzacji, która jest prostopadła do płaszczyzny drgań. by opisać biegnącą falę rozchodzącą się np. w kierunku +z, zastępujemy, przy ustalonym z argument ωt przez ωt kz w liniowo spolaryzowanym drganiu: ( t) = (ˆ x + yˆ )cos(ωt kz) z, - ( 5 ) gdzie k jest liczbą falową. Oprócz polaryzacji liniowej fale świetlne mogą mieć polaryzację kołową lub eliptyczną. IV.. Sposoby polaryzacji światła. Urządzenie, które dzieli światło niespolaryzowane na dwie składowe i eliminuje jedną z nich nazywamy polaryzatorem. Światło spolaryzowane otrzymać możemy przez odbicie, załamanie, rozproszenie, selektywną absorpcję i podwójne załamanie. Każde z tych zjawisk pozwala rozdzielić wiązkę na spolaryzowane składowe. Korzysta się przy tym zawsze z jakiejś asymetrii np. asymetrii wewnętrznej budowy polaryzatora, asymetrii jego ustawienia lub asymetrii kierunku obserwacji względem padającej wiązki. IV... Przyrządy wykazujące asymetrię załamania (dwójłomne) Pryzmat Nicola nikol Rys.3 schematycznie przedstawia budowę i ogólną zasadę działania nikola. Wszystkie jego powierzchnie są ukośne, oś optyczna jest nachylona pod pewnym kątem względem każdej z tych powierzchni.

Ćwiczenie O-0 F Q Q H D Kierunek drgań wektora elektrycznego w liniowo spolaryzowanym promieniu wychodzącym z nikola. G C o promień o 90 o 4 o promień e H C oś optyczna D D Rys.3 Polaryzator Nicola. Kryształ szpatu islandzkiego jest przecięty na dwie części wzdłuż płaszczyzny Q CQ, a następnie ponownie sklejony za pomocą balsamu kanadyjskiego. Cztery ścianki boczne polaryzatora są poczernione. Otrzymany układ dzieli wiązkę padającą na dwie wiązki załamane, powoduje całkowite wewnętrzne odbicie jednej z nich (na pierwszej powierzchni między szpatem i materiałem sklejającym) oraz przepuszcza drugą. Współczynnik załamania szpatu jest dla promienia zwyczajnego o większy niż dla nadzwyczajnego e : n o =,66, n e =,49. Wobec tego promień zwyczajny pada na warstwę balsamu kanadyjskiego pod kątem większym niż nadzwyczajny. Współczynnik załamania balsamu kanadyjskiego wynosi,549. Jak wykazuje rachunek, na powierzchni styku szpatu z balsamem kanadyjskim promień zwyczajny ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu, ponieważ pada na tę powierzchnię pod kątem większym od granicznego. Promień nadzwyczajny nie ulega całkowitemu odbiciu i przechodzi przez warstwę balsamu ulegając tylko nieznacznemu osłabieniu. Pryzmat Glazebrooka Pryzmat ten wykonany jest również z kryształu szpatu islandzkiego, a różni się od pryzmatu Nicola tym, że ma kształt prostopadłościanu. Składa się on z dwóch jednakowych pryzmatów prostokątnych sklejonych np. balsamem kanadyjskim. Pryzmaty wycięte są w ten sposób, że oś optyczna kryształu jest równoległa do krawędzi dwuściennego kąta α. α o e Rys.4 Pryzmat Glazebrooka: płaszczyzna sklejenia pryzmatów, o promień zwyczajny, e promień nadzwyczajny. Kierunek osi optycznej kryształu jest prostopadły do płaszczyzny rysunku (dla obu pryzmatów). 3

Ćwiczenie O-0 Promień nadzwyczajny e przechodzi przez pryzmat bez zmiany kierunku, promień zwyczajny o doznaje całkowitego wewnętrznego odbicia na warstwie kleju i zostaje skierowany w bok. Zaletą tych pryzmatów jest dobre i równomierne wygaszanie światła w układzie skrzyżowanych pryzmatów w całym polu widzenia. Nie powstaje też w nim przesunięcie boczne wiązki świetlnej. IV.. Polaryzatory z asymetrią pochłaniania - dichroiczne Obecnie najczęściej stosowanym typem polaryzatora jest polaroid H pomysłu. H. Landa z 938 roku. W trakcie procesu prefabrykacji polaroidu rozciąga się bardzo silnie w jednym kierunku folię plastykową, która jest zbudowana z długich łańcuchów węglowodorowych. Powoduje to ustawienie się cząsteczek szeregami. Następnie zanurza się folię w roztworze zawierającym jod. Jod przyczepia się do długich łańcuchów węglowodorowych i dostarcza elektronów przewodzących, które mogą poruszać się wzdłuż łańcuchów a prostopadle do nich nie. Otrzymuje się w ten sposób jakby druty wzdłuż łańcuchów węglowodorowych. Składowa pola elektromagnetycznego wzdłuż drutów zostaje zaabsorbowana, a prostopadła do nich zostaje przepuszczona z bardzo niewielkim wygaszeniem. Płytka polaroidu ma więc oś (leżącą wewnątrz niej ), zwaną osią łatwego przepuszczania. Jeśli r ma kierunek tej osi, światło przechodzi z bardzo małą absorpcją. Oś łatwego przepuszczania jest prostopadła do łańcuchów węglowodorowych. IV.3 Prawo Malusa Weźmy pod uwagę doskonały polaryzator. Zaniedbajmy w nim całą stratę energii spowodowaną przez odbicia na powierzchniach. Przyjmujemy, że niepożądana składowa jest całkowicie ê ê Rys.5 zaabsorbowana, a składowa pożądana (ta z wektorem r równoległym do osi łatwego przepuszczania) jest całkowicie przepuszczana. Jeśli światło spolaryzowane liniowo przez polaryzator pada wzdłuż osi z prostopadle do powierzchni polaryzatora, to tylko składowa r ll zostanie przepuszczona ll cosθ, ( 6 ) = gdzie θ kąt między osiami łatwego przepuszczania ê i ê polaryzatorów. 4

Ćwiczenie O-0 Uwzględniając, że strumień energii świetlnej I jest proporcjonalny do kwadratu wektora elektrycznego r oraz, że ludzkie oko i każdy przyrząd rejestrujący światło reagują na średnią wartość wyrażenia (6), otrzymamy I = cos θ, ( 7 ) gdzie I o strumień świetlny padający na polaroid (analizator). Zależność (7) nosi nazwę prawa Malusa. I o V. Układ pomiarowy. Wiązka światła po wyjściu ze źródła światła pada na nieruchomy filtr polaryzacyjny (polaryzator) a następnie na ruchomy 3 (analizator) ze skalą kątową, po czym jej natężenie jest rejestrowane fotoogniwem selenowym 4 (patrz instrukcja do ćwiczenia O ). Soczewki formują wiązkę światła. Prąd w obwodzie fotoogniwa pracującego w stanie zwarcia pokazuje mikroamperomierz (multimetr VC0T). Wartość tego prądu jest proporcjonalna do wartości strumienia świetlnego padającego na powierzchnię fotoogniwa. źródło światła zasilacz stabilizowany niskiego napięcia polaryzator soczewka 3 4 analizator fotoogniwo selenowe µ Rys.6 Schemat układu pomiarowego. VI. Wykonanie pomiarów. Włączyć multimetr; zakres pomiarowy 0,m.. Ustawić polaryzator i analizator w położeniu równoległym (0 o lub 80 o ). Ustawić na zasilaczu niskiego napięcia właściwe parametry pracy źródła światła (dla żarówki z oświetlacza mikroskopowego jest to 6V i ok.,0). Włączyć źródło światła i obserwując wskazania miliamperomierza zwiększać strumień światła ( potencjometrem regulacji natężenia prądu ) do momentu, gdy wskazania miliamperomierza wyniosą ok. 0,05 0,06m. Zasilacz powinien pracować jako stabilizator prądu żarówki, co sygnalizuje palenie się czerwonej lampki zasilacza. 3. Obracając analizator np. co 0 o w zakresie kątów 0 360 o dokonać odczytu natężenia prądu na miliamperomierzu. Pomiary rozpocząć po 5 0 minutach licząc od momentu włączenia zasilania i oświetlenia światłem fotoogniwa. 5

Ćwiczenie O-0 VII. Opracowanie wyników.. Sporządzić wykres zależności I/I o = f(θ) we współrzędnych biegunowych (I o wartość natężenia prądu wskazywanego przez amperomierz cyfrowy dla θ = 0 o lub 80 o ). W tym celu na każdym promieniu wychodzącym z punktu 0 pod kątem θ, w wybranej skali odłożyć wartości I/I o, odpowiadające danemu kątowi θ. Końce połączyć linią ciągłą.. Na tym samym wykresie sporządzić ( innym kolorem ) teoretyczną zależność. 3. Dla kątów 0 o 90 o sporządzić w skali liniowej wykres I I = f (cos o θ). UWG! Żarówka (lampka mikroskopowa) powinna być zasilana ze źródła napięcia umożliwiającego stabilizację prądową. Do tego celu nadają się zasilacze typu 535, 980-M, 980-M. Wartość natężenia prądu pobieranego przez tę żarówkę wynosi ok. przy napięciu zasilającym 6V. 6