Жазық поляризацияланған жарықтың қасиетін зерттеу Малюс заңын тексеру

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 5 бет
Таңдаулыға:

Жұмыстың мақсаты: Жазық поляризацияланған жарықтың қасиетін зерттеу Малюс заңын тексеру.

Шартты белгілер:

$\mathbf{\alpha}$ - анализатор мен поляризатордың басты бағыттары арасындағы бұрыш

I -жарық интенсивтігі

i -фотондық күш

$\mathbf{i}_{\mathbf{ф}}$ - фототок күшінің фондық мәні

S- жарық көзі

Д- диафрагма

K- конденсор

П1 -поляризатор

П2 -анализатор

ДП -деполяризатор

ФЭ -фотоэлемент

G -гальванометр

Теориялық мағлұматтар

Жарық толқыны - бұл электр өрісінің кернеулігі E мен магнит өрісінің Е кернеулігі H өзара перпендикуляр және толқынның таралу жылдамдығының векторына перпендикуляр тербелетін электромагниттік толқын. Сондықтан барлық тұжырымдар жарық векторы болатын электр өрісінің кернеулігіне E қатысты жүргізіледі, өйткені электр өрісі заттың атомдарындағы электрондарына әсер етеді. E векторының тербелісі болатын жазықтықты поляризация жазықтығы деп атайды. Жарық көптеген атомдардың электромагниттік сәулеленуінің қосындысы. Ал атомдар болса өздері бір-біріне тәуелсіз жарық толқынын сәулелендіреді, сондықтан денемен сәулеленетін жарық толқыны жарық векторының мүмкін болатын тең ықтималды тербелісімен сипатталады. (сурет 1а) .

а) б)

Бұл табиғи жарық. Е векторы белгілі бір жазықтықта тербелетін жарықты жазық поляризацияланған жарық деп атайды. (сурет 1б) . Табиғи жарықты жазық поляризацияланған жарыққа белігілі бір бағытқа ие болатын тербелістерді ғана өткізетін және осы жазықтыққа перпендикуляр бағыттағы тербелістерді толығымен тежейтін поляризаторларды қолдана отырып айналдыруға болады. Табиғи кристалдардың ішінде поляризатор ретінде турмалин пайдаланылады. Турмалинмен жасалған классикалық тәжірибелерді қарастырайық.

Табиғи жарықты ОО’ оптикалық осіне параллель қиып алынған Т ₁ турмалин пластинасына перпендикуляр етіп түсірейік. Т ₁ кристалын сәуленің таралу бағытын айналдыра қозғалтатын болсақ, осы турмалин арқылы өткен жарық екпінділігінің ешқандай өзгерісін байқамаймыз. Егер сәуленің жолына екінші Т ₂ турмалин пластинасын қоятын болсақ және оны сәуленің таралу бағытын айнала қозғалтсақ, осы пластиналар арқылы өткен жарықтың J екпінділігі кристалдардың оптикалық өстерінің арасындағы  бұрышқа байланысты

Малюс заңына сәйкес өзгереді I =I ₀ cos ² $\varphi$ , (1)

I-жарық екпінділігі деп түсетін жарыққа перпендикуляр жазықтықтың бірлік ауданынан бірлік уақыт ішінде жарық толқыны тасымалдайтын орташа энергияға тең шаманы айтады. Екпінділік түсетін толқынның амплитудасының квадратына пропорционал.

Құрылғының сипаттамасы және өлшеу әдістері

Эксперименттік құрылғы 2 суретте көрсетілген.

Осы жұмыста S - қарапайым жарық көзі, Р-поляризатор қолданылады. Осы поляризатор арқылы жарық өткенде екпінділігі J ₀ болатын жазық поляризацияланған жарыққа айналады. Поляризацияланған жарықтың жолына тағы бір поляроид орналасқан, оны анализатор деп атайды.

А анализтор оптикалық өсті айналады, анализатордан шыққан жарықтың J екпінділігі  бұрышына байланысты. Анализатордан шыққан жарық Ф фотоэлементтің фотокатодына түседі. мА микроамперметрмен өлшенетін І фототоктың шамасы анализатор арқылы өтетін жарықтың екпінділігіне пропорционал. Анализатор айналған кезде ол Малюс заңына сәйкес өзгеру керек

I=I ₀ cos ² $\alpha$

Фотоэлемент арқылы алынған максимал фототок I ₀ $\alpha$ =0 бұрышына сәйкес келеді, минимал фототок $\alpha$ =20 ⁰ бұрышта байқалады. Егер фотоэлементке сырттан шашыраған жарық түспейтін болса, минимал фототок нөлге тең болады.

Жұмысты орындау тәртібі

Жарық көзін қосу.
Поляризатор жазықтығын айналдыра отырып, максимал фототоктыалу. Осы кездеα=\alpha =0 .
Анализатор жазықтығын 00-тан 3600-қа дейін әр 20 градус сайын айналдыра отырып, фототокты өлшеу және оның мәнін кестеге енгізу.
Анализатор жазықтығын 00-тан 3600-қа дейін әрі қарай айналдыра отырып, әр он градус сайын фототокты өлшеу. Осы кезде 900градуста ток ең төменгі, ал 00пен 3600градуста ең жоғары болу керек.
Кесте бойынша 00-тан 3600-қа дейін cosα\alphaмәнін тауып, оларды квадраттау.
Барлық алынған өлшеулер мен есептеулерді кестеге енгізу.
Өлшеу нәтиежелерін өңдеу

Фототоктың өзгерісі бойынша анализатор арқылы өткен жарық интенсивтілігінің өзгерісі туралы айтуға болады. Анализаторды айналдырғанда анализатордан өткен интенсивтілігі Малюс заңы бойынша өзгеруі тиіс, демек, фототок анализатор және поляризатордың негізгі бағыттары арасындағы бұрыштың косинусының квадратына тәуелді қандай да бір функция болуы тиіс:

i = ƒ( cos ² α ) (2)

\[\frac{i}{i_{\mathrm{mx}}}\]
$\frac{i}{i\max}$ =cos ² α , (3)

мұндағы i _max ~ I ₀ .

Кесте 1

Құрал

Құрал тегі

Өлшеу шегі

Бөлік құны

Дәлдік класы

Құрал қателігі

Құрал: Гальванометр

Құрал тегі: Электромагниттік

Өлшеу шегі: 25 мкА

Бөлік құны: 0, 5 мкА

Дәлдік класы: 10

Құрал қателігі:

Құрал: Анализатордың айналу бұрышын өлшегіш

Құрал тегі:

Өлшеу шегі: 360˚

Бөлік құны: 1˚

Дәлдік класы:

Құрал қателігі: 0, 5˚

Өлшеу нәтиежелерін өңдеу

Бұрыштың әр мәні үшін фонды шегеріп, гальвонаметр көрсеткіштерін анықтау. i=i. −iфi = i^{. } - i_{ф}
Бұрыштың әр мәні үшінi/imaxi/i_{\max}қатынасын есептеу, мұндағыimax=imax⁡. −iфi_{\max} = i_{\max}^{. } - i_{ф}
I/I0I/I_{0}Қатынасына пропорционал болатын, анализатордың айналу бұрышын тәулді болатынi/imaxi/i_{\max}қатынасының тәуелділік графигін, функцияны тұрғызу
Графикте әр нүкте үшінΔ\mathrm{\Delta}(i/imaxi/i_{\max}) жәнеΔα\mathrm{\Delta}\alphaөлшеу қателіктерін көрсету.
Сол графиктеcos⁡2α=α\cos^{2}\alpha = \alphaтеориялық қисығын тұрғызу. Эксперименттік және теориялық қисықтарды салыстыру және қорытынды жасау.
Imax−imaxImin−imin⁡, imin=imin⁡. −iфI_{\max} - i_{\max}\ I_{\min} - i_{\min, }\ i_{\min} = i_{\min}^{. } - i_{ф}Екенін ескере отырып, формула бойынша жарық поляризациясы дәрежесін анықтау.

Кесте 2 Өлшеулер мен есептеулер кестесі

Теориялық және эксперименттік графиктер

Сурет 3 $cos^{2}\alpha$ теориялық графигі

Сурет 4 $i/i_{\max}$ мәнінің $\alpha$ бұрышымен салыстырмалы эксперименттік графигі

Қорытынды

Біз бұл жұмыста Малюс заңын тексеру үшін табиғи жарық көзінен, поляризатордан, анализатордан тұратын қондырғыны қолдандық. Қондырғы мынандай бөліктерден тұрды: Диафрагма(Д), Конденсор(К), Поляризатор(П1) Анализатор(П2), Фотоэлемент(ФЭ), Гальвонометр(Г) . Поляризация тек көлденең толқындарда ғана болады, болық (қума) толқындарда мұндай құбылыс байқалмайтыны белгілі болды. Осы жұмыста сызықты поляризацияланған жарықты алу және зерттеу үшін поляризатор және анализатор ретінде поляроидтар қолдандық. Олар турмалин немесе герапатиттің өте ұсақ кристалдарымен сақталған целлуойдты жұқа қабықшасынан жасалған. Барлық кристалдардың оптикалық оьстерін арнайы тәсілмен бір бағытқа бағдарлайды. Герапатиттің кристалдардың оптикалық оське перпендикуляр болатын жарық тербелісін толығымен жұтты, ал оптикалық оське параллель тербелісті толығымен өткізді. Осылайша поляроид арқылы өткен табиғи жарық сызықты поляризацияланған жарық болып көрінді. Өлшеуді 0°-тан 360°-қа дейін, 20°-сайын анализаторды айналдырып отырдық. Жарықтың жұтылуы 20°-тан 80°-қа дейін байқалды. 80°-та оптикалық оське перпендикуляр, яғни жарық толығымен жұтылды. 80°-тан 140°- қа дейін жарық өткізілді, 140°-та жарықтың толығымен өткізілгенін графиктен байқауға болады. Жарық оптикалық оське параллель түскен. Осылайша гальвонометр арқылы сан мәндерін анықтап алдық. Бұрыштың әр мәні үшін фонды шегеріп, гальвонаметр көрсеткіштерін анықтадық. $i = i^{. } - i_{ф}$