plik


ÿþZ. Kkol-Notatki do WykBadu z Fizyki WykBad 31 31. Polaryzacja Teoria przewiduje, |e [wiatBo podobnie jak ka|da fala elektromagnetyczna jest fal poprzeczn. Kierunki drgaD wektorów E i B s prostopadBe do kierunku rozchodzenia si fali. Na rysunku poni|ej przedstawione fal elektromagnetyczn, która ma jeszcze dodatkowo pewn charakterystyczn wBasno[: wektory E s do siebie równolegBe we wszystkich punktach fali. Podobnie wektory B. Mówimy, |e ta fala jest pBasko spolaryzowana (spolaryzowana liniowo). E B Drgajcy wektor E tworzy z kierunkiem ruchu fali pBaszczyzn zwan pBaszczyzn drgaD. W fali spolaryzowanej liniowo wszystkie takie pBaszczyzny s równolegBe. Z dotychczas opisanych do[wiadczeD z interferencj i dyfrakcj nie mo|na wydeduko- wa poprzecznej natury fal [wietlnych poniewa| fale podBu|ne te| interferuj i ulegaj dyfrakcji. Podstawy do[wiadczalne przyniosBo nastpujce do[wiadczenie. " W wyniku o[wietlenia krysztaBu kalcytu (CaCO3) z wizki padajcej mo|na uzyska dwie oddzielne wizki (omówione w dalszej cz[ci wykBadu). " Wizki te chocia| oczywi[cie s spójne nie daj pr|ków interferencyjnych ale równomierne o[wietlenie ekranu. Young wywnioskowaB z tego faktu, |e [wiatBo jest fal poprzeczn i |e pBaszczyzny drgaD w tych falach s prostopadBe wzgldem siebie. Zauwa|my, |e chcemy doda dwa zaburzenia falowe takie jak w do[wiadczeniu Youn- ga tj. ale prostopadBe do siebie. E1 E2 31-1 Z. Kkol-Notatki do WykBadu z Fizyki Mo|na udowodni, |e fale [wietlne spolaryzowane liniowo o równych amplitudach i prostopadBych kierunkach drgaD nie interferuj ze sob dajc jednakowe (niezale|nie od ró|nicy faz) nat|enie [wiatBa na ekranie. Tu tylko zauwa|my, |e te dwie fale nigdy si nie wygaszaj. W fali poprzecznej, spolaryzowanej liniowo, nale|y okre[li dwa kierunki: " kierunek drgania (np. wektora E), " kierunek rozchodzenia si fali. (Zauwa|my, |e w fali podBu|nej te dwa kierunki si pokrywaj.) PrzykBadem fal spolaryzowanych liniowo s fale elektromagnetyczne radiowe (oraz mi- krofale) emitowane przez anten dipolow. W antenie takiej fale wytwarzane s przez Badunek elektryczny drgajcy w gór i w dóB anteny. Taka fala w du|ej odlegBo[ci od dipola, na osi prostopadBej, ma wektor pola elektrycznego równolegBy do osi dipola (anteny) jest wic spolaryzowana liniowo. Kie- dy taka fala pada na drugi dipol wówczas zmienne pole elektryczne (zmienny wektor E fali) wywoBuje w antenie odbiorczej drgania elektronów do góry i w dóB (prd zmien- ny). Je|eli jednak obrócimy anten o 90° wokóB kierunku padania fali, to wektor E b- dzie prostopadBy do anteny i nie wywoBa ruchu elektronów (antena nie odbiera sygnaBu). yródBa [wiatBa widzialnego ró|ni si od zródeB fal radiowych i mikrofal min. tym, |e atomy (czsteczki) emitujce [wiatBo dziaBaj niezale|nie. W konsekwencji [wiatBo rozchodzce si w danym kierunku skBada si z niezale|nych cigów fal, których pBaszczyzny drgaD zorientowane s przypadkowo wokóB kierunku ruchu fali (rysunek poni|ej). Takie [wiatBo chocia| jest fal poprzeczn jest niespolary- zowane. Rysunek poni|ej pokazuje ró|nic midzy fal poprzeczn spolaryzowan liniowo (a) i fal poprzeczn niespolaryzowan (b). Rysunek (c) przedstawia inny równowa|ny opis niespolaryzowanej fali poprzecznej; tutaj traktujemy j jako zBo|enie dwóch spola- ryzowanych liniowo fal o przypadkowo zmiennej ró|nicy faz. a) b) c) Orientacja kierunków drgaD pól E wzgldem kierunku rozchodzenia si fali jest te| przypadkowa (ale prostopadBa). Dla zbadania fal [wietlnych niespolaryzowanych potrzeba znalez metod, która po- zwoliBaby rozdzieli fale o ró|nych pBaszczyznach drgaD. 31.1 PBytki polaryzujce Na rysunku (poni|ej) [wiatBo niespolaryzowane pada na pBytk z materiaBu polary- zujcego, zwanego polaroidem. 31-2 Z. Kkol-Notatki do WykBadu z Fizyki W pBytce istnieje pewien charakterystyczny kierunek polaryzacji zaznaczony liniami równolegBymi. PBytka przepuszcza tylko te fale, dla których kierunki drgaD wektora elektrycznego s równolegBe do kierunku polaryzacji, a pochBania te fale, w których s one prostopadBe. pBytka polaryzujca Kierunek polaryzacji ustala si w procesie produkcji: " czsteczki o strukturze BaDcuchowej osadza si na elastycznej warstwie plastycznej, " warstw rozciga si co powoduje równolegBe uBo|enie czsteczek. {eby zanalizowa nat|enie [wiatBa przechodzcego przez polaryzator rozpatrzmy cig fal padajcy na polaroid tak, |e wektor E wyznaczajcy pBaszczyzn drgaD tworzy kt ¸ z kierunkiem polaryzacji pBytki (rysunek). Ey E ¸ Ex Ten cig fal jest równowa|ny cigom fal o skBadowych Ex i Ey (skBadowe wektora E). SkBadowa równolegBa Ey = Ecos¸ jest przepuszczana podczas gdy skBadowa prostopadBa Ex = Esin¸ jest pochBaniana. Postawmy teraz na drodze [wiatBa drug pBytk polaryzujc (tak zastosowan pBytk nazywamy analizatorem). Je|eli pBytk drug (analizator) bdziemy obraca wokóB kie- runku padania [wiatBa to nat|enie [wiatBa przechodzcego przez obie pBytki bdzie si zmienia osigajc minimum dla poBo|eD ró|nicych si o 180° tj. przy prostopadBych kierunkach polaryzacji obu pBytek. 31-3 Z. Kkol-Notatki do WykBadu z Fizyki pBytka polaryzujca Je|eli amplituda pola elektrycznego fali padajcej na analizator jest równa Em to ampli- tuda fali wychodzcej z analizatora wynosi Emcos¸, gdzie ¸ jest ktem pomidzy kie- runkami polaryzacji obu pBytek. Poniewa| nat|enie [wiatBa jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy wic otrzymujemy I = Imcos2¸ (30.1) Zauwa|my, |e I ma maksimum dla ¸ = 0° lub ¸ = 180° a minimum dla ¸ = 90° lub ¸ = 270°. Powy|sze równanie zwane jest prawem Malusa. Znane s jeszcze inne sposoby otrzymywania [wiatBa spolaryzowanego. Niektóre omó- wione s poni|ej. 31.2 Polaryzacja przez odbicie W 1809 r. Malus odkryB, |e [wiatBo mo|e by cz[ciowo lub caBkowicie spolaryzo- wane przez odbicie. Rysunek przedstawia wizk niespolaryzowan padajc na po- wierzchni szkBa. padajce [wiatBo fala odbita niespolaryzowane ± ± powietrze szkBo n = 1.5 ² fala zaBamana skBadowa à skBadowa À Wektor E mo|na rozBo|y na dwie skBadowe: 31-4 Z. Kkol-Notatki do WykBadu z Fizyki " skBadow à prostopadB do pBaszczyzny padania (pBaszczyzna rysunku), " skBadow À le|c w pBaszczyznie padania. Dla [wiatBa caBkowicie niespolaryzowanego obie skBadowe maja jednakowe amplitudy. Stwierdzono do[wiadczalnie, |e dla szkBa (i innych materiaBów dielektrycznych) istnieje pewien kt padania, nazywany ktem caBkowitej polaryzacji ±p, dla którego wspóBczyn- nik odbicia skBadowej À jest równy zero. Wtedy wizka odbita jest spolaryzowana li- niowo prostopadle do pBaszczyzny padania. Wizka przechodzca jest tylko cz[ciowo spolaryzowana (skBadowa À jest caBkowicie zaBamana, a skBadowa à tylko cz[ciowo). Zwrómy uwag, |e wizka zaBamana ma wiksze nat|enie od wizki odbitej. Do[wiadczalnie stwierdzono, |e gdy kt padania jest równy ktowi caBkowitej polary- zacji to wówczas wizka odbita i zaBamana tworz kt prosty co oznacza |e ± + ² = 90° Natomiast z prawa zaBamania mamy n1 sin± = n2 sin ² Z obu tych równaD otrzymujemy n1 sin± = n2 sin(90o -±) = n2 cos± albo n2 tg± = = n (30.2) n1 przy czym promieD pada z o[rodka 1 i zaBamuje si w o[rodku 2. To ostatnie równanie jest nazywane prawem Brewstera. Prawo to zostaBo znalezione do[wiadczalnie ale oczywi[cie mo|na je wyprowadzi [ci- [le przy pomocy równaD Maxwella. 31.3 ZaBamanie podwójne Dotychczas milczco zakBadali[my, |e prdko[ [wiatBa, a wic i wspóBczynnik za- Bamania, nie zale| od kierunku rozchodzenia si [wiatBa w o[rodku ani od jego polaryzacji. CiaBa speBniajce te warunki nazywamy ciaBami optycznie izotropowymi. Istnieje jednak szereg ciaB anizotropowych (nie izotropowych). Dotyczy to nie tylko wBasno[ci optycznych ale wielu innych. Np. pewne krysztaBy Bami si Batwo tylko w jednej pBaszczyznie, opór elektryczny mierzony w ró|nych kierunkach jest ró|ny. KrysztaBy Batwiej magnesuje si w jednym kierunku ni| innych itd. Uwaga: CiaBa polikrystaliczne (zBo|one z wielu maBych krysztaBków) z powodu przy- padkowej orientacji krysztaBków mog wydawa si izotropowymi. Na pocztku wykBadu wspomniany zostaB eksperyment z krysztaBem kalcytu. Na rysunku poni|ej niespolaryzowana wizka [wiatBa pada na krysztaB kalcytu prosto- padle do jednej z jego [cian. 31-5 Z. Kkol-Notatki do WykBadu z Fizyki e krysztaB CaCO3 o wizka padajca Pojedyncza wizka rozszczepia si na powierzchni krysztaBu na dwie. Mamy do czynienia z podwójnym zaBamaniem. Mo|emy zanalizowa obie wychodzce wizki za pomoc pBytki polaryzujcej. Okazuje si, |e obie wizki s spolaryzowane liniowo, przy czym ich pBaszczyzny drgaD s wzajemnie prostopadBe. Wizki te s oznaczone przez o i e. Je|eli zmienimy kt padania to oka|e si, |e jedna z wizek tzw. promieD zwyczajny o speBnia prawo zaBamania (tak jak dla o[rodka izotropowego) a druga wizka tzw. pro- mieD nadzwyczajny e nie speBnia tego prawa. Na rysunku kt padania jest równy zeru wic i kt zaBamania te| powinien by zerowy i tak jest dla promienia o ale nie dla promienia e. Ró|nic t mo|na wyja[ni nastpujco: " promieD o przechodzi przez krysztaB z jednakow prdko[ci we wszystkich kierun- kach tzn. ma jeden wspóBczynnik zaBamania n0 tak jak izotropowe ciaBo staBe. " promieD e ma prdko[ w krysztale zale|na od kierunku tzn. prdko[ zmienia si od v0 do v a wspóBczynnik zaBamania od no do ne. Dla kalcytu ne = 1.658, no = e 1.486. Wielko[ci ne i n0 nazywamy gBównymi wspóBczynnikami zaBamania krysztaBu. Niektóre podwójnie zaBamujce krysztaBy maj interesujc wBasno[ nazywan dichro- izmem, polegajc na tym, |e jedna ze skBadowych polaryzacji jest pochBaniana silniej ni| druga. WBasno[ ta jest pokazana na rysunku na nastpnej stronie. Na tej zasadzie opiera si dziaBanie szeroko stosowanych polaroidów. Zamiast du|ej pBytki wycitej z krysztaBu mo|na zastosowa wiele maBych krysztaBów o osiach optycznych ustawionych równolegle do siebie. 31-6 Z. Kkol-Notatki do WykBadu z Fizyki [wiatBo niespolaryzowane Niektóre przezroczyste ciaBa bezpostaciowe jak szkBa czy tworzywa sztuczne optycznie izotropowe pod wpBywem przyBo|onych napr|eD mechanicznych staj si optycznie anizotropowe. Fakt ten jest szeroko wykorzystywany w technice do badania napr|eD w ró|nych kon- strukcjach i mechanizmach. Napr|enia mo|na wyznaczy ilo[ciowo, budujc model plastyczny urzdzenia, które poddaje si dziaBaniu ró|nych siB. Anizotropi optyczn, jaka przy tym powstaje w mo- delu, bada si przy pomocy polaryzacji. 31-7

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
31 Polaryzacja
Tech tech chem11[31] Z5 06 u
zabezpieczenie przejść BMA BMS 31
30 31 by darog83
(odc 31) krewetki z grilla z sałatką z pomarańczy
WSM 06 31 pl

więcej podobnych podstron