Физика / ФИЗИКА / shpory / физика / физика_1 / физика о / Fizika / Лабы / 5 (2) Определить степень поляризации различных источников

Цель работы:

1) Определить степень поляризации различных источников.

2) Проверить закон Малюса.

Приборы и принадлежности:

Источник света, поляризатор, анализатор, ячейка жидкого кристалла, фотоприёмник, стопа Столетова, источник электрического тока.

Теоретическая часть.

Световые лучи – это электромагнитные волны. Как известно, электромагнитные волны – это распространяющееся электромагнитное поле. В каждой своей точке такое поле характеризуется векторами напряженностей электрического и магнитного полей и , которые изменяются со временем, но всегда перпендикулярны друг другу.

Электромагнитные волны поперечны, причем вектора и образуют с вектором скорости правостороннюю тройку. Всем поперечным волнам свойственно явление поляризации. Световой луч, в котором вектор колеблется только в одной не изменяющей со временем своего положения плоскости, называется плоско поляризованным. Световой луч, в котором представлены колебания всех направлений, но имеется какое-то преимущественное направление, называется частично поляризованным. Свет поляризуется, проходя сквозь кристаллы некоторых веществ, а также при отражении и преломлении на границе диэлектриков. Приборы поляризирующие свет называются поляризаторами. Ось поляризатора – такое направление при совпадении, с которым вектор проходит через поляризатор без изменения. Если вектор не совпадает с осью поляризатора, то проходит та компонента вектора , которая совпадает с осью поляризатора : .

Составляющая вектора , которая перпендикулярна к оси поляризатора, не проходит. В зависимости от типа поляризатора она или поглощается, или преломляется, или отражается. Если на поляризатор падает свет неполяризованный, то пройдут только те компоненты векторов, которые совпадают с осью поляризатора.

Следовательно, на выходе получаем поляризованный свет.

Известно, что интенсивность света прямо пропорциональна квадрату напряженности электрического поля : , где а – коэффициент пропорциональности. Возводя левую и правую части равенства в квадрат и переходя к интенсивности, получим . Это соотношение называют законом Малюса.

Среды, имеющие по всем направления одинаковые свойства, называются изотропными. Под действием внешних механических или электрических сил в изотропной среде может появиться определенный порядок в расположении диполей или возникает анизотропия механических свойств.

Анизотропию, вызванную электрическим полем, наблюдал Керр. При воздействии электрического поля на жидкость, диполи ориентируются в направлении вектора напряженности электрического поля, что приводит к возникновению искусственной анизотропии:

где Е – напряженность электрического поля

В – постоянная Керра.

Разность фаз, приобретаемая обыкновенным и необыкновенным лучами на пути l, равна:

Пусть свет падает на систему, состоящую из двух поляризаторов. После прохождения первого поляризатора, свет станет линейно поляризованным. Причем векторбудет совпадать с осью поляризатора. Затем этот свет будет проходить через второй поляризатор, который в дальнейшем будем называть анализатором. Тогда через анализатор пройдет компонента . Переходя к интенсивности, получим:,

где – интенсивность света, вышедшего из анализатора;

– интенсивность света, вышедшего из поляризатора;

– угол между осью поляризатора и анализатора.

Поляризация света характеризуется величиной, названной степенью поляризации Р. Если на пути света поставить поляризатор, то при вращении поляризатора, интенсивность света может изменяться.

Пусть интенсивность света, соответствующая максимальному значению. – интенсивность света при отклонении поляризатора от наибольшего значения на . Тогда

Для плоско поляризованного света =0, а Р=1

Для неполяризованного света =, а Р=0

Для частично поляризованного света Р принимает промежуточные значения.

Ход работы.

1. Между источником света и фотоприемником установили анализатор света. Вращая анализатор сняли зависимость силы тока от угла поворота анализатора. Результаты занес в таблицу.

2. Поместил между источником света и анализатором поляризатор и повторил измерение. Результаты занес в таблицу. Затем повторил опыт заменив поляризатор стопой Столетова.

По формуле определил степень поляризации света.

Для источника света

Для стопы Столетова

Для поляризатора

0	22,80	6,0	6,0
10	22,80	4,8	5,8
20	22,78	3,8	5,6
30	22,77	2,7	5,2
40	22,75	2,1	4,5
50	22,74	1,9	3,8
60	22,73	2,1	2,5
70	22,72	2,7	1,8
80	22,71	3,9	1,0
90	22,70	5,0	0,5
100	22,72	6,2	0,2
110	22,75	7,2	0,5
120	22,78	8,2	1,0
130	22,80	8,8	1,8
140	22,83	9,0	2,5
150	22,85	8,9	3,8
160	22,87	9,5	4,3
170	22,88	7,7	4,8
180	22,90	6,3	5,0
190	22,88	5,2	5,0
200	22,86	4,0	4,7
210	22,84	3,0	4,2
220	22,82	2,2	3,8
230	22,80	2,0	2,8
240	22,78	2,1	2,0
250	22,75	2,8	1,7
260	22,73	4,0	0,9
270	22,70	5,0	0,2
280	22,71	6,3	0,2
290	22,73	7,8	0,3
300	22,74	8,5	1,0
310	22,75	9,0	1,9
320	22,76	9,2	2,5
330	22,77	8,9	2,8
340	22,78	8,2	4,7
350	22,79	7,0	5,5
360	22,80	6,0	6,0

Для осветителя: , .

Для поляризатора: , .

Для стопы Столетова: , .

3. На графике зависимости тока от угла поворота для поляризатора построил теоретическую зависимость тока от угла поворота (закон Малюса):

Вывод: Определили степени поляризации различных источников (для анализатора света Р=0,004386; для стопы Столетова Р=0,6667; для поляризатора Р=0,9355). Проверили закон Малюса (на графике зависимости тока от угла поворота для поляризатора построили теоретическую зависимость тока от угла поворота).