Laborator de Fizica STUDIUL POLARIZARII LUMINII

Transcription

1 Laboraor de Fizica STUDUL POLARZAR LUMN

2 . Scopul lucrării. Măsurarea inensiăţii luminii care rece prinr-un sisem polarizor-analizor in funcţie de unghiul, dinre planele de polarizare ale polarizorului si respeciv analizorului. Reprezenarea grafica in coordonae polare a curbelor experimenala si eoreică, in funcţie de unghiul verificarea legii lui Malus. Consideraţii eoreice n concepţia ondulaorie lumina ese o undă elecromagneică cu lungimea de undă cuprinsă înre Å. Efecul de lumină se daorează componenei elecrice a câmpului elecromagneic. Vecorii inensiae a câmpului elecric, E, inensiae a câmpului magneic, H şi vieza de propagare a undei c, formează un riedru drep aşa cum se vede în figura 1. Vibraţiile vecorului E se efecuează înr-un plan perpendicular pe vieza de propagare, dar se po deosebi urmăoarele rei siuaţii disince: a) Vibraţiile vecorului E au aceeaşi ampliudine în oae Fig. 1 direcţiile din planul H, E (fig. a). n aces caz lumina ese numiă naurală sau nepolarizaă. Ese cazul luminii emise de soare sau ale surse obişnuie. Fig. b) Ampliudinile de vibraţie sun mai mari pe o anumiă direcţie din planul ( H, E ) decâ pe celelale (fig.b). Ese cazul luminii parţial polarizae. O asfel de lumină se obţine din lumina naurală prin fenomene opice ca reflexie, refracţie ec. c) Vibraţiile se efecuează doar pe o singură direcţie din planul ( H, E ) aşa cum e reprezena in figura c. Aceasă lumină se numeşe oal polarizaă, sau plan polarizaă, sau liniar polarizaă. Planul deermina de direcţia de vibraţie a vecorului E şi direcţia de propagare se numeşe plan de vibraţie. 1

3 Lumina polarizaă poae fi obţinuă prin fenomene de: reflexie, refracţie (parţial sau oal polarizaă) sau prin fenomenul de birefringenţă (oal polarizaă). Fenomenul de birefringenţă a fos observa penru prima daă de Fresnel. El a consaa fapul că la recerea unui fascicul de lumină prinr-un crisal de calci (CaCO 3 ), acesa se separă în două fascicule care sun incapabile să producă inerferenţă. Young a sugera o explicaţie penru aces fenomen, şi anume a presupus fapul că lumina, ese o undă ransversală, cele două componene obţinue în urma recerii prin crisalul de calci având plane de oscilaţie reciproc perpendiculare. El a numi aces efec ca polarizare plană, iar fenomenul obţinerii celor două componene dublă refracţie. Una dinre cele două componene raversează crisalul cu aceeaşi vieză v o în oae direcţiile, se numeşe undă ordinară şi corespunzăor indicele de refracţie al crisalului ese n o = c/v o, iar cealală componenă raversează crisalul cu o vieză v e mai mare decâ v o şi se numeşe undă exraordinară. ndicele de refracţie corespunzăor undei exraordinare ese n e = c/v e fiind mai mic decâ n o. Exisă şi ale crisale care manifesă dublă refracţie ca: würziul (ZnS), cuarţul (SiO ), dolomiul (CaO.MgO.CO ), ec. Obţinerea luminii oal polarizae (liniar polarizae) prin fenomenul de birefringenţă, s-a realiza penru prima daă uilizând crisalul de calci (numi şi spa de slanda), ăia inr-un plan corespunzăor, după anumie reguli crisalografice, în două părţi, lipie apoi cu balsam de Canada (fig.3). Un asfel de dispoziiv se cheamă nicol. Dacă unda luminoasă naurală cade pe una dinre feţele mici ale nicolului sub un unghi mai mic de 33 o, se desface în două părţi, o undă ordinară şi una exraordinară ambele oal polarizae. Fig. 3 Unda exraordinară (u e Fig.3) rece pracic nedeviaă prin crisal în imp ce unda ordinară (u o Fig.3) ese eliminaă ca urmare a reflexiei oale care are loc pe sraul de balsam de Canada. Asfel nicolul lasă să reacă o singură rază oal polarizaă. Planul de vibraţie al aceseia coincide cu aşa numia secţiune principală (crisalografic deerminaă) a crisalului. Roind nicolul în jurul razei incidene, planul secţiunii principale si odaă cu el cel de vibraţie se roesc de asemenea. Dispoziivele care prin fenomene de reflexie, refracţie, birefringenă ec. duc la polarizarea luminii se numesc polarizori. Dacă în asemenea dispoziive inră lumină naurală, la ieşire se obţine lumină polarizaă asfel că odaă cu roirea dispoziivului planul de vibraţie se roeşe dar inensiaea fasciculului rămâne consană. Dacă însă lumina incidenă ese polarizaă, la ieşirea din dispoziiv se obţine o lumină polarizaă dar a cărei inensiae variază în funcţie de unghiul dinre planul de vibraţie inciden şi emergen (variază deci odaă cu roirea dispoziivului). Ca urmare, acese dispoziive po fi folosie şi penru analizarea luminii, numindu-se în aces caz analizori.

4 Dacă un fascicul de lumină naurală rece prinr-un polarizor, iar apoi prinr-un analizor, inensiaea a fasciculului emergen ese daă de legea lui Malus: cos (1) o unde ese unghiul dinre planele de vibraţie ale luminii înaine si după analizor, iar o inensiaea fasciculului ce inră în analizor. n lucrarea de faţă, lumina naurală provenind de la un bec ese recuă prinr-un nicol având rolul de polarizor, apoi cade pe o placă reflecană cu rol de analizor. Unghiul din relaţia (1) va fi unghiul făcu de direcţia secţiunii principale a nicolului cu perpendiculara pe planul de incidenţă al oglinzii (aceasa fiind direcţia preferenţială la polarizarea prin reflexie). n impul lucrării oglinda si direcţia razei incidene pe ea rămân fixe. Nicolul ese mona înr-un ub si roi odaă cu acesa. Din aceasă cauză unghiul variază si se creează posibiliaea verificării legii lui Malus.. Meodica experimenală a) Dispoziivul experimenal Dispoziivul folosi ese schiţa în figura 4. De la becul S lumina ajunge la nicolul N (polarizor). Trecând prin nicol lumina devine oal polarizaă. Nicolul ese mona înr-un dispoziiv ce poae fi roi, având posibiliaea de a măsura unghiul de roaţie cu ajuorul unui sisem goniomeric G. Fasciculul ce părăseşe Fig. 4 nicolul ajunge pe placa reflecană P. nensiaea razei reflecae ese măsuraă cu o foocelulă F. Aceasa, funcţionând pe baza efecului fooelecric, generează curenţi proporţionali cu inensiaea fluxului luminos ce cade pe caodul ei. Foocelula ese aşezaă în focarul unei lenile L, iar curenul genera se măsoară cu un microampermeru A. b) Modul de lucru 1. Se idenifică părţile componene ale dispoziivului experimenal conform schemei din figura 4.. Se alimenează sursa de lumină. 3. Se roeşe ubul cu nicol cu câe 30 o de la 0 o la 360 o si se măsoară inensiaea curenului corespunzăoare fiecărei poziţii a nicolului, recând rezulaele în abelul de mai jos. Tabelul 1. (grade) e (A) (A) 3

5 V. Prelucrarea daelor experimenale a. Deerminarea mărimilor fizice si rasarea graficelor 1. Cu daele obţinue se va rasa variaţia f în coordonae polare.. Valoarea maximă a curenului obţinuă noându-se cu max, se vor calcula conform legii lui Malus valorile eoreice. penru fiecare unghi considera experimenal. max cos () 3. Se reprezină alăuri de curba experimenală, curba eoreică f( ). b. Calculul erorilor 1. Privind graficul se alege direcţia pe care diferenţa ese maximă si se cieşe valoarea abaerii maxime. Se deermină eroarea relaivă maximă (3) 100 % (4) 4