Paweł Laskoś
II rok fizyki teoretycznej
wtorek, 13:45-16:00
31 października 2005
prowadzący: mgr Jan Jamiński
Ćwiczenie 62
Sprawdzenie prawa Malusa
1
Przebieg doświadczenia
1.1
Przyrządy pomiarowe
• Podziałka kątowa oprawki polaroidu, działka minimalna δθ = 5[◦ ].
• Mikroamperomierz, działka minimalna δI = 0,1[µA].
1.2
Wyniki pomiarów
W tabeli 1 na stronie 2 zamieszczono wyniki pomiarów natężenia światła w zależności od
obrotów polaroidu, wyniki obliczeń F (θ) oraz wyniki pomiarów stabilności Imax . Zaparafowana oryginalna tabela pomiarów – załączona.
1.3
Wyniki doświadczenia
Wykresy zależności F (θ) i cos2 θ zamieszczono na stronie 5.
2
2.1
Opis doświadczenia
Opis teoretyczny
Światło jest falą elektromagnetyczną, tj. falowym zaburzeniem pola elektrycznego i magnetycznego w przestrzeni. Jednym z jego źródeł są atomy, drgające przy przechodzeniu
ze stanu wzbudzonego do podstawowego. W takim przypadku pole zaburzone jest tylko
w kierunku drgnięcia, zatem pojedynczy tak wyemitowany kwant światła jest spolaryzowana liniowo. Jednak wiązka światła pochodząca od wielu atomów drgających w losowych
kierunkach jest niespolaryzowana.
Polaryzacja światła jest to zjawisko polegające na ograniczeniu kierunków zaburzeń
pola elektromagnetycznego. Najczęściej spotykana jest polaryzacja liniowa, polegająca na
tym, że zaburzenie zachodzi tylko w jednym, wyróżnionym kierunku. Wyróżnia się też
polaryzację kołową, taką, że maksymalne zaburzenie zatacza w przestrzeni spiralę wokół
promienia świetlnego, która jest szczególnym przypadkiem polaryzacji eliptycznej.
Światło spolaryzowane liniowo uzyskać można na kilka sposobów. Dwa najważniejsze, wykorzystywane w doświadczeniu, to ukierunkowana emisja i ukierunowana absorpcja. Pierwszy z nich zachodzi w laserze: zasada jego działania wymusza na drgających
atomach zgodność kierunku drgań. W laserze światło emitowane jest przez ośrodek czynny
(tu: mieszanina helu i neonu), w którym tłumi się emisję spontaniczną (tj. o losowym
Paweł Laskoś, II rok fizyki teoretycznej
–2–
wtorek, 31 października 2005, 13:45-16:00
θ[◦ ]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
–
t[s]
0
20
40
60
I↑ [µA]
91,5
91,0
89,0
86,0
81,5
76,0
70,0
62,5
55,0
47,0
38,5
30,5
23,5
16,5
11,0
6,0
2,7
0,7
0,0
0,7
2,9
6,4
11,1
17,0
24,1
31,5
39,0
47,5
55,5
63,5
70,0
76,5
83,0
86,5
90,0
91,5
–
Imax [µA]
92,2
90,4
92,7
91,7
F
0,987
0,982
0,964
0,932
0,883
0,823
0,755
0,674
0,594
0,501
0,415
0,328
0,250
0,177
0,120
0,066
0,029
0,007
0,000
0,008
0,032
0,070
0,119
0,182
0,259
0,339
0,423
0,512
0,600
0,684
0,759
0,829
0,894
0,941
0,978
1,000
–
θ[◦ ]
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
305
310
315
320
325
330
335
340
345
350
355
360
I↑ [µA]
92,0
91,5
88,5
84,5
79,0
72,5
68,0
60,0
52,0
44,5
36,5
28,5
21,5
15,0
9,9
5,5
2,5
0,6
0,0
0,7
2,8
6,1
10,6
16,0
22,2
29,2
36,5
45,5
52,9
61,5
68,5
74,8
81,0
85,0
89,5
(…)
…), czyli
doprowadzenie do niego energii tak, by zaszła inwersja obsadzeń – czyli sytuacja, gdy
więcej atomów jest w stanie wzbudzonym, niż w stanie podstawowym. Gdy zainicjuje
się lawinowy proces emisji wymuszonej, układ optyczny (tu: para luster, w jednego półprzepuszczalnego) spełnia rolę rezonatora dla fal świetlnych poruszających się wewnątrz
niego. Sprawia to, że zanikają fale o częstości i kierunku polaryzacji…
… się w polaroidzie w mikroprąd, którego
energia jest rozproszona jako ciepło. Można jeszcze wspomnieć o polaryzacji przez odbicie,
która zachodzi, gdy promień odbity jest prostopadły do promienia załamanego. Z prawa
Snella łatwo wywnioskować, że ten szczególny kąt padania (zwany kątem Brewstera), przy
którym zachodzi to zjawisko, spełnia
tg θB =
n2
,
n1
(1)
gdzie n1 < n2 to współczynniki załamania ośrodków. Promień załamany jest spolaryzowany w płaszczyznie, w której zaszło zjawisko, promień odbity – prostopadle do niej.
Prawo Malusa określa stosunek natężenia światła spolaryzowanego przed i po przejściu przez polaryzator. Jeśli θ to kąt pomiędzy płaszczyzną polaryzacji światła i płaszczyzną polaryzacji polaryzatora, to zachodzi
E = E0 cos θ
(2)
gdzie E0 , E to natężenie pola odpowiednio przed i po przejściu przez polaryzator. Skoro
natężenie fali I zmienia się z kwadratem amplitudy drgań, to ostatecznie
I = I0 cos2 θ.
2.2
(3)
Opis układu doświadczalnego
Układ pomiarowy składa się z szyny, na której samocowano laser helowo-neonowy, polaroid
w obrotowej, wyskalowanej oprawce, i fotodiodę połączoną z mikroamperomierzem. Po
sprawdzeniu, że dla ustawień polaroidu θ = 90◦ , 270◦ natężenie fotoprądu spada do zera,
a dla θ…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)