Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się ze zjawiskiem polaryzacji światła, sprawdzenie prawa Malusa.

Wprowadzenie

              Światło jest falą poprzeczną, gdyż wektory natężenia pola elektrycznego E i magnetycznego H drgają w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali.  Płaszczyznę wyznaczoną przez wektory H i v (będącego kierunkiem rozchodzenia się fali) nazywamy płaszczyzną polaryzacji. W świetle naturalnym położenie płaszczyzny polaryzacji ulega ciągłym nieregularnym zmianom z częstotliwością 10-8 s, wskutek tego, że każdy atom źródła wysyła światło o innej polaryzacji. Polaryzacja zmienia się szybciej niż możemy ją wykryć a zmiany polaryzacji pochodzące od różnych atomów uśredniają się.

Mogą jednak zaistnieć takie warunki, że drgania poprzeczne wektorów natężenia pola elektrycznego i magnetycznego odbywały się w jednej, wyróżnionej płaszczyźnie. Światło takie nazywamy światłem całkowicie spolaryzowanym. Światło spolaryzowane możemy otrzymać przy odbiciu, na granicy dwu przezroczystych ośrodków, wiązki światła naturalnego. Brewster odkrył, że polaryzacja przy odbiciu jest całkowita wtedy, gdy promień odbity jest prostopadły do promienia załamanego. Kątem Brewstera nazywamy kąt padania f spełniający ten warunek, czyli :

              Innym sposobem otrzymywania światła spolaryzowanego jest przepuszczenie wiązki przez substancję dwójłomną np. kryształ kalcytu. W polaroidach polaryzacja światła naturalnego dokonuje się wskutek silnie asymetrycznej budowy cząsteczek. Polaroidy przepuszczają światło o określonej płaszczyźnie polaryzacji, a pochłaniają światło o polaryzacji prostopadłej do przepuszczanej.               Światło spolaryzowane może być również emitowane przez źródło. Przykładem takiego źródła jest laser, który przy odpowiedniej konstrukcji wysyła wiązkę całkowicie spolaryzowaną.

              Jeżeli przepuścimy wiązkę światła spolaryzowanego przez analizator, to natężenie światła przepuszczonego będzie zależeć od kąta f zawartego pomiędzy płaszczyzną polaryzacji polaryzatora (wiązki padającej) a płaszczyzną polaryzacji analizatora. Natężenie światła jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy wektora natężenia pola elektrycznego fali świetlnej.

              Polaryzator rozkłada amplitudę fali padającej E na składową równoległą do płaszczyzny polaryzacji E cosf  i prostopadłą, przy czym tylko składowa równoległa jest przepuszczana. Ponieważ natężenie światła jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy fali, więc natężenie światła przepuszczanego przez analizator jest proporcjonalne do cos2f.

Powyższa zależność nosi nazwę prawa Malusa.

Opracowanie wyników:

Na podstawie wykonanych pomiarów sporządzono wykres zależności względnego natężenia prądu Iśr / Imax od kąta między płaszczyznami polaryzacji polaryzatora i analizatora. Na wykresie wyznaczono również zależność teoretyczną wynikającą z prawa Malusa.