Физика 2009 (F) / ОПТИКА / LR308a

Лабораторная работа 308(a)

ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ

Цель работы - изучить явление вращения плоскости поляризации света при его прохождении через вещество, на которое наложено магнитное поле.

Все вещества по способности вращать плоскость поляризации делятся на оптически активные и неактивные. Вещества, не обладающие естественной способностью вращать плоскость поляризации, приобретают такую способность под влиянием магнитного поля. Это явление, называемое эффектом Фарадея, наблюдается только при распространении света вдоль направления магнитного поля (точнее – вдоль вектора намагниченности).

Угол поворота  плоскости поляризации пропорционален пути l, проходимому светом в веществе и напряженности магнитного поля H:

(9)

Коэффициент V называется постоянной Верде или удельным магнитным вращением. Постоянная Верде зависит от длины волны  падающего света

, (10)

где А и В – некоторые постоянные, зависящие от свойств вещества, а также от температуры.

Направление вращения определяется по отношению к направлению магнитного поля. Вещества, поворачивающие плоскость поляризации вправо относительно направления силовых линий магнитного поля, называются правовращающими или положительными. Соответственно, вещества, поворачивающие плоскость поляризации влево, называются левовращающими или отрицательными. Причем знак угла вращения  не зависит от направления луча. Следовательно, если, отразив луч зеркалом, заставить его пройти через намагниченное вещество еще раз в обратном направлении, то поворот плоскости поляризации удвоится.

Вращение плоскости поляризации обусловлено возникающей под действием магнитного поля прецессией электронных орбит атомов вещества. Прецессия электронов приводит к тому, что скорость вторичных электромагнитных волн с различным направлением круговой поляризации становится неодинаковой, в результате плоскость поляризации поворачивается. В данной работе в качестве вещества, поворачивающего плоскость поляризации под воздействием магнитного поля, используется дистиллированная вода.

Описание прибора

Д ля наблюдения эффекта Фарадея используется поляриметр 1 типа СУ-2, принцип действия и оптическая схема которого описаны в работе 308. Поляриметр включается в сеть 220 В через понижающий трансформатор 7 (рис. 23). В камеру 3 поляриметра помещается поляриметрическая трубка 2 с намотанным на нее соленоидом, заполнена дистиллированной водой. При пропускании тока через соленоид создается продольное магнитное поле, под действием которого происходит вращение плоскости поляризации света, проходящего через дистиллированную воду. Блок питания 4 соленоида включается в сеть 220 В. Сила тока, проходящего через соленоид, регулируется вращением рукоятки 6 и регистрируется амперметром 5.

Порядок выполнения работы

1. Включить трансформатор 7 и блок питания 4 соленоида в сеть 220 В.

2. Перед началом измерений необходимо определить нулевое показание поляриметра ₀, следуя указаниям работы 308 на с. .

3. Включить тумблер «Сеть» блока питания 4 соленоида.

4. Измерить угол поворота плоскости поляризации  при различных значениях силы тока I соленоида, приведенных в табл. 4. Процедура измерения угла поворота  подробно описана в работе 308, с. . Она сводится к выравниванию освещенности поля зрения в зрительной трубе 8 (рис. 23). Измерения при относительно больших токах (2,5 и 3 А) следует произвести быстро, чтобы избежать перегрева соленоида.

5. По окончании измерений довести показание амперметра 5 с помощью рукоятки 6 до нулевого значения. Выключить тумблеры.

6. Для заданных величин силы тока I определить соответствующие значения напряженности H магнитного поля с помощью градуировочного графика, закрепленного на рабочем столе. Данные измерений занести в табл. 4.

Таблица 4

I, A	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
H, A/м
, град

7. Построить график (H) зависимости угла поворота  плоскости поляризации от напряженности магнитного поля H.

8. С помощью графика определить постоянную Верде V (см. формулу (9)). Длина трубки с раствором l = 0,40 м.

Контрольные вопросы

1. Естественный и поляризованный свет. Способы получения поляризованного света.

2. Эффект Фарадея.

3. Физический смысл постоянной Верде.

4. Принцип действия поляриметра.

5. Объяснить полученные результаты.