37,26 → 37,29 |
\begin{tabular}{|l|l|} |
\hline |
\multicolumn{ 2}{|c|}{\Large \bfseries FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE \huge\strut} \\ \hline |
\textbf{Datum měření:} {1.4.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline |
\textbf{Pracovní skupina:} {4} & \textbf{Ročník a kroužek:} {Pa 9:30} \\ \hline |
\textbf{Spolupracovníci:} {Jana Navrátilová} & \textbf{Hodnocení:} \\ \hline |
\textbf{Datum měření:} {18.4.2012} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline |
\textbf{Pracovní skupina:} {2} & \textbf{Hodina:} {Po 7:30} \\ \hline |
\textbf{Spolupracovníci: Viktor Polák} {} & \textbf{Hodnocení:} \\ \hline |
\end{tabular} |
\end {center} |
\end {table} |
|
|
\begin{center} \Large{Měření s polarizovaným světlem} \end{center} |
|
\begin{abstract} |
V této úloze ověříme polarizaci světla odrazem, dále ověříme Malusův zákon pro polarizované světlo procházející polarizátorem. Potom prozkoumáme interferenci dvojlomných materiálů a na konec změříme otočení směru polarizace při průchodu křemenným krystalem. |
V této úloze ověříme polarizaci světla odrazem, dále ověříme Malusův zákon pro polarizované světlo procházející polarizátorem. Potom prozkoumáme interferenci materiálů a na konec změříme stočení směru polarizace při průchodu křemenným krystalem. |
\end{abstract} |
|
\section{Úvod} |
\subsection{Zadání} |
\begin{enumerate} |
\item Při polarizaci bílého světla odrazem na černé skleněné desce proměřte závislost stupně polarizace na sklonu desky a určete optimální hodnotu Brewsterova úhlu a znázorněte graficky Uspořádání A. |
\item Černou otočnou desku nahraďte polarizačním filtrem a proměřte závislost intenzity polarizovaného světla na úhlu otočení analyzátoru (Malusův zákon). Uspořádání B. Výsledek srovnejte s teoretickou předpovědí - vztah (2) - a znázorněte graficky. |
\item Na optické lavici osazené podle Uspořádání C prozkoumejte vliv čtyř celofánových dvojlomných filtrů, způsobujících interferenci. Vyzkoušejte vliv otáčení polarizátoru, analyzátoru a vliv otáčení dvojlomného filtru mezi zkříženými i rovnoběžnými polarizátory v bílém světle. Zjišťujte přímohledným spektroskopem, které vlnové délky z bílého světla se interferencí ruší a jaký to má vliv na barvu zorného pole, pozorovaného pouhým okem. Výsledky pozorování popište. |
\item Vybrané vzorky (vápenec, křemen, slída, aragonit) krystalů prozkoumejte na polarizačním mikroskopu ve sbíhavém světle bílém a monochromatickém. Výsledky pozorování popište popř. nakreslete. |
\item Při polarizaci bílého světla odrazem na černé skleněné desce proměřte závislost stupně polarizace na sklonu desky a určete optimální hodnotu Brewsterova úhlu. Výsledky zaneste do grafu. |
|
\item Černou otočnou desku nahraďte polarizačním filtrem a proměřte závislost intenzity polarizovaného světla na úhlu otočení analyzátoru (Malusův zákon). Výsledek srovnejte s teoretickou předpovědí a znázorněte graficky. |
|
\item Na optické lavici prozkoumejte vliv čtyř celofánových dvojlomných filtrů, způsobujících interferenci. Vyzkoušejte vliv otáčení polarizátoru, analyzátoru a vliv otáčení dvojlomného filtru mezi zkříženými i rovnoběžnými polarizátory v bílém světle. Zjistěte přímohledným spektroskopem, které vlnové délky se interferencí ruší. Výsledky pozorování popište. |
|
\item Na optické lavici sestavte polostínový polarimetr - Uspořádání D. Ověřte vliv vzájemného pootočení polarizačních filtrů D a L na citlivost měření úhlu natočení analyzátoru. Při optimálně nastavených filtrech D a L změřte měrnou otáčivost křemíku pro 4 spektrální barvy. |
\end{enumerate} |
|
88,15 → 91,21 |
|
Dalším jevem je optická aktivita, to je vlastnost látek stáčet rovinu polarizovaného světla. Míra stáčení polarizovaného světla závisí na vlnové délce. |
|
\subsection{Pomůcky} Optická lavice, otočné černé zrcadlo, polarizační filtr, multimetr, kondenzor, matnice, otočný držák pro dvojlomný vzorek; polarizační mikroskop, čtvrtvlnná destička, zpožďovací destička 565 nm, křemenný klín, celofánový stupňový klín, vzorky dvojlomných látek, světelný zdroj, červený filtr k mikroskopu, ruční přímohledný spektroskop, fotočlánek s mikroampérmetrem, kruhový polarimetr. |
\subsection{Pomůcky} Optická lavice, otočné černé zrcadlo, polarizační filtr, multimetr, kondenzor, matnice, otočný držák pro dvojlomný vzorek, čtvrtvlnná destička, křemenný klín, celofánový stupňový klín, lampa, červený, |
přímohledný spektroskop, fotočlánek, kruhový polarimetr. |
|
|
|
\section{Výsledky a postup měření} |
|
\subsection{Polarizace odrazem} |
|
Naměřili jsme intenzitu dopadajícího světla pro úhel natočení od 30$ ^\circ$ do 70$ ^\circ$ pro natočení polarizátoru o 0$ ^\circ$ , 90$ ^\circ$, 45$ ^\circ$ a 45$ ^\circ$ a dopočetli stupeň polarizace dle vzorce (2). Pro Brewsterův úhel jsme získali hodnotu (52,29 $\pm$ 0,04)$ ^\circ$. |
Stupeň polarizace jsme určili změřením intenzit význačných polarizačních stavů. Z těch bylo možné vypočítat Stokesovy pametry a určit tak typ a stupeň polarizace. |
|
|
Naměřili jsme intenzitu dopadajícího světla pro úhel natočení od 30$ ^\circ$ do 85$ ^\circ$ pro natočení polarizátoru o 0$ ^\circ$ , 90$ ^\circ$, 45$ ^\circ$ a kruhovou polarizaci se čtvrtvlnovou destičkou. Pro Brewsterův úhel jsme pak odečtením z grafu získali hodnotu (54,29 $\pm$ 0,5)$ ^\circ$. |
|
|
\begin{figure} |
\begin{center} |
\label{brewster} |
111,30 → 120,38 |
\begin{center} |
\includegraphics [width=100mm] {polarizace_odraz.png} |
\end{center} |
\caption{Schéma měření interference rovnoběžného sbíhavého světla, A je optická lavice,G je multimetr, F je Fotočlánek, D je polarizační filtr, E je čtvrtvlnná destička, P je irisová clona, C je otočné zrcadlo, B je zdroj světla a K je matnice, J - přímohledný spektroskop, H - otočný držák pro dvojlomný vzorek} |
\caption{Naměřený stupen polarizace vzhledem k úhlu natočení odrazné desky} |
\end{figure} |
|
|
\begin{table}[htbp] |
\caption{Naměřené a vypočtené hodnoty pro světlo polarizované odrazem} |
\begin{tabular}{|c|c|c|c|c|c|} |
\begin{tabular}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|} |
\hline |
[$ ^\circ$] & 0$ ^\circ$ U[mV] & 90$ ^\circ$ U[mV] & 45$ ^\circ$ U[mV] & 45$ ^\circ$+/4 U[mV] & P[-] \\ \hline |
30 & 33,1 & 19,3 & 28,4 & 23,9 & 0,27 \\ \hline |
40 & 43,5 & 13,1 & 28,2 & 27,3 & 0,54 \\ \hline |
50 & 56,8 & 3,4 & 34,3 & 32,8 & 0,89 \\ \hline |
55 & 62,5 & 1,1 & 38,4 & 36,4 & 0,97 \\ \hline |
57 & 67,5 & 1,5 & 41,8 & 40,2 & 0,97 \\ \hline |
59 & 70,5 & 3,3 & 45 & 43 & 0,92 \\ \hline |
60 & 70,8 & 4,6 & 45,5 & 44,6 & 0,89 \\ \hline |
61 & 75,1 & 6,6 & 49 & 47,2 & 0,85 \\ \hline |
70 & 95 & 40,6 & 73,5 & 70,8 & 0,40 \\ \hline |
[$ ^\circ$] & 0$ ^\circ$ U[mV] & 90$ ^\circ$ U[mV] & 45$ ^\circ$ U[mV] & Circ U[mV] & $S_0$ & $S_1$ & $S_2$ & $S_3$ & P[-] \\ \hline |
\hline |
30 & 10,4 & 5,7 & 8,0 & 7,4 & 16,1 & 4,7 & 8,0 & 7,4 & 0,74 \\ |
40 & 13,5 & 3,6 & 8,4 & 8,0 & 17,1 & 9,9 & 8,4 & 8,0 & 0,89 \\ |
45 & 14,4 & 2,7 & 8,8 & 7,7 & 17,1 & 11,7 & 8,8 & 7,7 & 0,97 \\ |
48 & 15,9 & 2,0 & 9,0 & 8,0 & 17,9 & 13,9 & 9,0 & 8,0 & 1,03 \\ |
50 & 16,2 & 1,3 & 9,2 & 8,9 & 17,5 & 14,9 & 9,2 & 8,9 & 1,12 \\ |
52 & 16,4 & 0,5 & 9,0 & 8,6 & 16,9 & 15,9 & 9,0 & 8,6 & 1,19 \\ |
55 & 19,2 & 0,2 & 11,3 & 11,0 & 19,4 & 19,0 & 11,3 & 11,0 & 1,27 \\ |
57 & 20,4 & 0,2 & 10,8 & 10,6 & 20,6 & 20,2 & 10,8 & 10,6 & 1,23 \\ |
60 & 23,6 & 0,6 & 14,3 & 14,0 & 24,2 & 23,0 & 14,3 & 14,0 & 1,26 \\ |
62 & 25,2 & 1,3 & 14,1 & 13,3 & 26,5 & 23,9 & 14,1 & 13,3 & 1,16 \\ |
65 & 28,5 & 2,9 & 16,9 & 16,8 & 31,4 & 25,6 & 16,9 & 16,8 & 1,11 \\ |
70 & 37,2 & 9,4 & 24,4 & 24,1 & 46,6 & 27,8 & 24,4 & 24,1 & 0,95 \\ |
75 & 46,6 & 21,5 & 35,2 & 33,2 & 68,1 & 25,1 & 35,2 & 33,2 & 0,80 \\ |
80 & 49,0 & 34,2 & 42,2 & 39,7 & 83,2 & 14,8 & 42,2 & 39,7 & 0,72 \\ |
85 & 75,6 & 73,3 & 73,0 & 68,0 & 148,9 & 2,3 & 73,0 & 68,0 & 0,67 \\ |
\hline |
\end{tabular} |
\label{} |
\end{table} |
|
|
\subsection{Polarizace - Malusův zákon} |
\subsection{Malusův zákon} |
|
Při ověřování Malusova zákona jsme sestavili aparaturu podle \cite{malusuv_zakon} a proměřili závislost intenzity prošlého světla na úhlu natočení polarizátoru a analyzátoru. |
|
147,24 → 164,61 |
\end{figure} |
|
|
\begin{center} |
\begin{table}[htbp] |
\caption{Naměřené hodnoty pro skřížené polarizátory} |
|
\begin{tabular}{|c|c|} |
\hline |
[$ ^\circ$] & U[mV] \\ \hline |
0 & 105,15 \\ \hline |
10 & 104,21 \\ \hline |
20 & 100,07 \\ \hline |
30 & 92,49 \\ \hline |
40 & 82,81 \\ \hline |
50 & 69,13 \\ \hline |
60 & 51,41 \\ \hline |
70 & 30,61 \\ \hline |
80 & 11,62 \\ \hline |
90 & 2,55 \\ \hline |
0 & 147,3 \\ |
5 & 146 \\ |
10 & 146,8 \\ |
15 & 145 \\ |
20 & 143 \\ |
25 & 140,6 \\ |
30 & 136,1 \\ |
35 & 131,5 \\ |
40 & 125,7 \\ |
45 & 119,4 \\ |
50 & 111,2 \\ |
55 & 102,6 \\ |
60 & 92 \\ |
65 & 78,8 \\ |
70 & 65,2 \\ |
75 & 49,1 \\ |
80 & 31,5 \\ |
85 & 15,3 \\ |
90 & 5,8 \\ |
\hline |
\end{tabular} |
|
\begin{tabular}{|c|c|} |
\hline |
[$ ^\circ$] & U[mV] \\ \hline |
-5 & 147,7 \\ |
-10 & 146,2 \\ |
-15 & 144,2 \\ |
-20 & 140,1 \\ |
-25 & 136,2 \\ |
-30 & 131,5 \\ |
-35 & 125,8 \\ |
-40 & 119,2 \\ |
-45 & 110,9 \\ |
-50 & 101,7 \\ |
-55 & 91,3 \\ |
-60 & 78,8 \\ |
-65 & 64,7 \\ |
-70 & 48,1 \\ |
-75 & 30,7 \\ |
-80 & 15,3 \\ |
-85 & 5,6 \\ |
-90 & 7,4 \\ |
\hline |
\end{tabular} |
\label{} |
\end{table} |
\end{center} |
|
\begin{figure} |
\label{malusuv_zakon} |
177,7 → 231,7 |
|
\subsection{Intereference Polarizovaného světla} |
|
Při měření interference rovnoběžného polarizovaného světla sestavíme aparaturu podle obrázku 3. Přímohledný spektroskop má v sobě vlastní stupnici, ze které můžeme odečítat vlnovou délku. |
Při měření interference rovnoběžného polarizovaného světla sestavíme aparaturu podle obrázku 3. Přímohledný spektroskop má v sobě vlastní stupnici, ze které můžeme odečítat vlnovou délku. Polarizátor byl nastavený na 0$ ^\circ$ |
|
\begin{figure} |
\label{amplituda} |
184,45 → 238,24 |
\begin{center} |
\includegraphics [width=100mm] {polarizacni_interference.png} |
\end{center} |
\caption{Schéma měření interference rovnoběžného sbíhavého světla, A je optická lavice,G je multimetr, F je Fotočlánek, D je polarizační filtr, E je čtvrtvlnná destička, P je irisová clona, C je otočné zrcadlo, B je zdroj světla a K je matnice, J - přímohledný spektroskop, H - otočný držák pro dvojlomný vzorek} |
\caption{Schéma měření interference ve svazku rovnoběžného světla, A je optická lavice,G je multimetr, F je Fotočlánek, D je polarizační filtr, E je čtvrtvlnová destička, P je irisová clona, C je otočné zrcadlo, B je zdroj světla a K je matnice, J - přímohledný spektroskop, H - otočný držák pro dvojlomný vzorek} |
\end{figure} |
|
Pro čtyři různé interferenční celofánové filtry jsme pak pozorovali interferenční minima ve spektru. |
|
\begin{table}[htbp] |
\caption{Naměřené hodnoty pro celofánové filtry} |
\begin{tabular}{|c|c|c|c|} |
\hline |
D & A[$ ^\circ$] & P[$ ^\circ$] & \\ \hline |
1 & 10 & 0 & žlutá(560 nm), modrá(415 nm) \\ \hline |
2 & 10 & 30 & oranžová(590 nm), zelená(520 nm), modrá(480 nm) \\ \hline |
3 & 7 & 80 & žlutá(570 nm) \\ \hline |
4 & 10 & 80 & žlutá(560nm) \\ \hline |
\end{tabular} |
\label{} |
\end{table} |
\begin{description} |
|
0 polarizátoru |
\item[filtr č. 3.] - při 0 analyzátoru je ve spektrometru viditelné celé optické spektru. A při otočení analyzátoru na 90 vymizí ze spektra 490-510nm a zmenší se celý rozsah viditelného spektra o 10-20nm. Při otáčení vzorku v držáku tmavne celé viditelné spektrum. |
|
filtr č. 3. při 0 analyzátoru je ve spektrometru viditelné celé optické spektru. A při otočení analyzátoru na 90 vymizí ze spektra 490-510nm a zmenší se celý rozsah viditelného spektra o 10-20nm. Při otáčení vzorku v držáku tmavne celé viditelné spektrum. |
\item[filtr č. 4.] - při otočení analyzátoru do 90 vymyzí u tohoto filtru rozsah vlnových délek 550-560nm a 490-500nm viditelný rozsah spektra se zkrátí na 680-450 |
|
filtr č. 4. |
při otočení analyzátoru do 90 vymyzí u tohoto filtru rozsah vlnových délek 550-560nm a 490-500nm viditelný rozsah spektra se zkrátí na 680-450 |
|
\item[filtr č. 2.] -Viditelný rozsah se zkrátí 680-440nm vymizí vlnové délky 590-560nm |
|
filtr č. 2. |
Viditelný rozsah se zkrátí 680-440nm vymizí vlnové délky 590-560nm |
|
\item[filtr č. 1.] - Viditelný rozsah se zkrátí 650-400nm vymizí vlnové délky 540-560nm |
\end{description} |
|
filtr č. 1. |
Viditelný rozsah se zkrátí 650-400nm vymizí vlnové délky 540-560nm |
|
|
|
\subsection{Interference ve sbíhavém světle} |
|
Na pozorování interference ve sbíhavém polarizovaném světle použijeme polarizační mikroskop. Polarizačním mikroskopem jsme zkoumali vzorky vápence, křemene, slídy a aragonitu pod bílým a monochromatickým světlem. Kde bylo pak možné podle chování obrazců rozlišit dvouosé jednoosé a opticky aktivní krystaly. |
|
\subsection{Optická aktivita} |
|
Pro pozorování optické aktivity sestavíme aparaturu podle obrázku 4 |
251,23 → 284,24 |
\end{table} |
|
|
\section{Diskuse a závěr} |
\section{Diskuse} |
\begin{enumerate} |
\item Při měření jsme zjistili, že Brewsterův úhel pro černou odraznou desku je zhruba 52 $ ^\circ$, kdy je odražené světlo téměř úplně polarizované. |
\item Při měření jsme zjistili, že Brewsterův úhel pro černou odraznou desku je zhruba (54,29 $\pm$ 0,5)$^\circ$, kdy je odražené světlo téměř úplně polarizované. Stupeň polarizace nám vyšel jako lineární polarizace s hodnotou větší než 1, což je pravděpodobně způsobeno fluktuací výkonu v čase, protože všechny měřené polarizační parametry nebylo možné určit v jeden okamžik. Navíc se do celkového výkonu může promítnout různá absorpční ztráta při rekonfiguraci aparatury pro měření kruhových polarizací. |
|
\item Měřením jsme ověřili Malusův zákon, jelikož naměřená data se relativně dobře shodují s předpovědí. Naměřené odchylky mohou být způsobeny systematickou chybou, tedy přílišným osvětlením rozptýleným světlem. |
\item V případě měření Malusova zákona, se naměřená data nepříliš dobře shodují s předpovědí. Naměřené odchylky mohou být způsobeny systematickou chybou, tedy přílišným osvětlením rozptýleným světlem. Nebo špatnou kalibrací stupnice polarizátoru. |
|
\item Vložením víceosých destiček mezi soustavu polarizátorů jsme demonstrovali jejich spektrální selektivitu. Neboť jsme pozorovali interferenční minima ve spektru bílé lampy. |
|
\item Vložením některých materiálů aragonitu, křemene a vápence do sbíhavého svazku polarizačního mikroskopu jsme ověřili přítomnost interferenčních obrazů pozorovatelných v mikroskopu. |
|
\item Polostínovým polarimetrem jsme změřili polarizační otáčivost křemene na vlnových délkách 490,510,580 a 630nm zjistili jsme, že otáčivost klesá s rostoucí vlnovou délkou. Z 30$ ^\circ$ až na 20$ ^\circ$. |
\end{enumerate} |
|
\section{Závěr} |
|
\end{enumerate} |
Podařilo se nám najít Brewsterův úhel pro odraz od skleněné desky. Pro Malusův zákon jsme naměřili křivku intenzity v závislosti na natočení polarizátoru mírně odlišnou od předpokládaného průběhu avšak tendence křivek je podobná. U plastových interferenčních filtrů jsme pozorovali destruktivní interferenci některých vlnových délek. Určili jsme měrnou otáčivost křemene pro několik vlnových délek. |
|
|
\begin{thebibliography}{10} %REFERENCE |
\bibitem{3} {http://praktika.fjfi.cvut.cz/Polarizace/Polarizace.pdf }{ - Zadání úlohy k 1.4.2011} |
\bibitem{3} {http://praktika.fjfi.cvut.cz/Polarizace/Polarizace.pdf }{ - Zadání úlohy k 17.4.2012} |
\end{thebibliography} |
|
\end{document} |