SPRAWDZENIE PRAWA MALUSA (23).docx

(63 KB) Pobierz

Ćwiczenie nr 23	Sprawdzenie prawa malusa	Data 09.03.2011
Wydział Budownictwa I	-

Uwagi:

I. Wstęp teoretyczny:

Światło jest falą elektromagnetyczną o długości z przedziału 400-800 nm. Fale elektromagnetyczne o długości większej od 800 nm nazywane są promieniowaniem podczerwonym, natomiast fale krótsze od 400 nm promieniowaniem ultrafioletowym. Fala elektromagnetyczna jest falą poprzeczną przy czym kierunek zmian pola elektrycznego jest prostopadły do kierunku zmian pola magnetycznego.

Podczas przejścia światła przez ośrodek anizotropowy (ośrodek anizotropowy charakteryzuje się tym, że jego własności fizyczne zależą od kierunku) światło może zostać spolaryzowane. Przyczyną polaryzacji jest oddziaływanie fali elektromagnetycznej z ośrodkiem, które to oddziaływanie w konsekwencji prowadzi do zależności prędkości rozchodzenia się fali od kierunku polaryzacji fali lub też zależności współczynnika pochłaniania od kierunku polaryzacji fali. Polaryzacja ma także miejsce podczas odbicia światła. Jeśli promień odbity tworzy z promieniem załamanym kąt prosty to promień odbity jest spolaryzowany całkowicie, natomiast promień załamany jest spolaryzowany tylko częściowo. Kąt padania dla którego spełniony jest wyżej wymieniony warunek nazywa się kątem Brewstera. Dla kątów padania różnych od kątów Brewstera promień odbity jest częściowo spolaryzowany.

Do przedstawienia prawa Malusa można posłużyć się światłem liniowo spolaryzowanym, które przechodzi przez doskonały analizator.

Załóżmy, że płaszczyzna polaryzacji wiązki tworzą kąt a z kierunkiem przepuszczania analizatora.(rys.)

(Rozkład wektorowy wynikający z położenia względnego płaszczyzn polaryzacji)

Przez E0 oznaczymy amplitudę zmian pola elektrycznego. Analizator przepuszcza tylko składową pola elektrycznego równoległą do kierunku transmisji. Tak więc amplituda zmian pola elektrycznego po przejściu przez analizator

E=E0∙cosα

Natężenie fali czyli energia przenoszona przez falę w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni jest proporcjonalna do kwadratu amplitydy.

Natężenie wiązki padającej wynosi

I0= b∙E02

gdzie:

b jest stałą, natomiast natężenie wiązki po przejściu przez analizator wynosi
I= b∙E2

Podstawiając do tego równania zależność E=E0.cosa otrzymujemy prawo Malusa

I= I0∙cos2α

Tak więc zależność pomiędzy natężeniem promienia padającego, a natężeniem promienia przechodzącego przez analizator powinna być przedstawiona na wykresie za pomocą funkcji cos2a.

II. Opis ćwiczenia:

Do sprawdzenia prawa Malusa można posłużyć się zestawem przedstawionym na rysunku, Zestaw składa się ze źródła światła Z, polaroidów P i A spełniających rolę polaryzatora i analizatora oraz fotooporu F użytego jako czujnik zmian natężenia światła przechodzącego przez polaryzator i analizator.

Rysunek schematyczny układu

Wszystkie elementy zostały połączone obudową aby światło zewnętrzne nie wpływało na wyniki pomiarów i umieszczone na ławie optycznej. Natężenie światła spolaryzowanego padającego na fotoopór będzie w sposób ciągły zmieniało się od wartości maksymalnej przy położeniu „równoległym” polaroidów, do minimalnej przy „skrzyżowanych” polaroidach.

III. Obliczenia:

1. Obliczenie błędu z jakim wyznaczono natężenie fotoprądu (∆I) wynikający z klasy użytego miernika.

∆I= klasa ∙zakres100+ wartośc jednej działki