Вивчення закону Малюса

 

Мета роботи: експериментально дослідити явище поляризації та перевірити закон Малюса.

Прилади і матеріали: поляроїди, джерело світла, фотоелемент, гальванометр, деполяризатор.

 

 

Будь – яке джерело світла є сукупністю дуже великого числа окремих незалежних випромінювачів світла (атомів, молекул або тих і інших одночасно). Згідно електромагнітної теорії Максвелла світло є поперечною електромагнітною хвилею.

Результати експериментів по вивченню розповсюдження світла в різних середовищах дозволили встановити існування двох станів світла: природного та поляризованого.

Поляризоване світло не очно зображують за допомогою проекційної картини – проекції вектора   на площину, перпендикулярну до променю (рис. 1). Якщо коливання вектора   відбуваються в деякій площині, то світло називається плоскополяризованим або лінійно – поляризованим (рис. 1а).

Лінійно – поляризоване світло має нескінченну множину форм з різними азимутами α. Якщо величина вектора   постійна в часі і його напрям змінюється так, що опису коло, то світло називається циркулярно – поляризованим (рис. 2б). Цей тип поляризації має дві форми, що відрізняються напрямком обертання вектора  .

Якщо величина вектора   змінюється за часом і кінець цього вектора описує еліпс, то світло називається еліптично – поляризованим (рис. 1в). Воно має нескінченну множину форм, що відрізняються азимутом α, ексцентриситетом і напрямком обертання.

Монохроматичне світло є поляризованим. Однак будь – який реальний промінь світла завжди має помітний діапазон частот. Умовно прийнято зображати природне світло у вигляді зірочки з великим числом векторів  , але це зображення не відбуває найбільш важливих властивостей природного світла (рис. 2). Площина, в якій відбуваються коливання вектора  , називається площиною коливань. Площина, перпендикулярна до площини коливань, називається площиною поляризації.

Розглянемо установку (рис. 3), що складається з джерела світла S, поляризатора П, аналізатора А, фотоелемента Ф, гальванометра G і деполяризатора D. Після проходження через поляризатор П світло стає плоскополяризованим. Аналізатор може пропускати тільки ті коливання  , які співпадають з його головним напрямом АА. Якщо головні напрями поляризатора ПП і аналізатора АА співпадають, то інтенсивність світла, що проходить через аналізатор А, будуть максимальною. Таке положення поляризатора і аналізатора називається схрещеним.

На рис. 4 вказані позначення: ПП – головний напрям поляризатора, АА – головний напрямок аналізатора, Еn – амплітуда електричного вектора напруженості, що пропускається поляризатором.

Розкладемо амплітуду Еn на дві складові ЕА і Е, одна з яких співпадає з головним напрямком АА аналізатора, а друга перпендикулярна до нього. Коливання, перпендикулярні до напрямку АА, не проходять через аналізатор. Отже, інтенсивність світла що проходить, визначається складовою амплітуди ЕА.

З рис. 4 видно, що

Враховуючи, що інтенсивність коливань пропорційна квадрату амплітуди, маємо:

Це співвідношення виражає закон Малюса.

 

 

Завдання. Дослідити залежність i = f (φ).

Повертаючи аналізатор, домогтися максимального відхилення стрілки гальванометра. Записати поділки на лімбі аналізатора φ і показання гальванометра i.

Повернути аналізатор на 100 і записати покази гальванометра. Вимірювання провести через кожні 100 до 3600.

Дані вимірювань занести в таблицю.

 

 

 

На міліметровому параметрі побудувати графік залежності сили фотоструму, пропорційного інтенсивності І світла, що проходить від квадрата косинуса кута повороту:

Дослідне завдання. Запропонувати методику експерименту, який дав би можливість безпосередньо спостерігати залежність .

 

 

1. Яке світло називається поляризованим? Дати характеристику видів поляризованого світла.
2. Яке призначення деполяризатора у цій роботі?
3. Що таке призма Ніколя?
4. Що таке поляроїди?
5. У чому полягає суть явища подвійного променезаломлення, дихроїзму?