Wydział : Inżynieria Środowiska	Dzień / godzina Środa 14.15 - 17. 00	Numer zespołu 14
				Data 14.03.2012 r.
Nazwisko i Imię: Makar Marta Kołodziej Izabela Sotniczuk Aleksandra	Ocena z przygotowania:	Ocena z sprawozdania	Ocena końcowa
Prowadzący :	Podpis prowadzącego :

SPRAWOZDANIE NR 4

ODBICIE ŚWIATŁA OD POWIERZCHNI DIELEKTRYKA

Wstęp teoretyczny:

Fala elektromagnetyczna - rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego.

Najprostszym do opisu rodzajem fali elektromagnetycznej jest fala monochromatyczna, czyli okresowe zaburzenie o częstości ω, w którym natężenie pola zarówno elektrycznego jak i magnetycznego zmienia się w czasie proporcjonalnie do funkcji cos(ωt) i oscylacje przesuwają się w przestrzeni ze stałą prędkością v.

Wzór na natężenie pola elektrycznego E₀ monochromatycznej fali elektromagnetycznej rozchodzącej się w kierunku osi OX:

E = E₀ cos(ωt - kx)

E₀ amplituda natężenia pola elektrycznego

(ωt - kx) - faza fali

k - liczba fala, która wyraża się w następujący sposób k= ω/v

Natężenie światła jest liczbowo proporcjonalne do kwadratu amplitudy natężenia pola elektrycznego:

I ~ | E₀|²

Polaryzacja - właściwość fali poprzecznej polegająca na zmianach kierunku oscylacji rozchodzącego się zaburzenia w określony sposób.

• Polaryzacja liniowa:

W fali spolaryzowanej liniowo oscylacje zaburzenia odbywają się w jednej płaszczyźnie, w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali.

• Polaryzacja kołowa:

W polaryzacji kołowej rozchodzące się zaburzenie (na przykład pole elektryczne lub odchylenie cząstki ośrodka materialnego od położenia równowagi) określane wzdłuż kierunku ruchu fali ma zawsze taką samą wartość, ale jego kierunek się zmienia. Kierunek zmian jest taki, że w ustalonym punkcie przestrzeni koniec wektora opisującego zaburzenie zatacza okrąg w czasie jednego okresu fali.

• Polaryzacja eliptyczna:

W polaryzacji eliptycznej rozchodzące się zaburzenie określane wzdłuż kierunku ruchu fali ma zawsze wartość i kierunek taki, że w ustalonym punkcie przestrzeni koniec wektora opisującego zaburzenie zatacza elipsę.

Polaryzator - urządzenie służące do wytwarzania i badania światła spolaryzowanego padającego światła naturalnego niespolaryzowanego przepuszcza fale elektromagnetyczne, których wektor elektryczny leży w określonym przez polaryzator kierunku, tworząc światło spolaryzowane. Z padającego światła spolaryzowanego przepuszcza składową w kierunku polaryzacji, a nie przepuszcza składowej prostopadłej do kierunku polaryzacji. Dlatego układ dwóch polaryzatorów, które są obrócone względem swoich płaszczyzn polaryzacji o kąt prosty nie przepuszcza światła.

Zastosowanie:

• Okulary przeciwsłoneczne z filtrem polaryzacyjnym zmniejszają jasność nieba w słoneczny dzień.
  

• Polaryzacja jest praktyczne wykorzystywana w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych (LCD). Ciekły kryształ, do którego przyłożono napięcie elektryczne powoduje zmianę polaryzacji przechodzącego przez niego światła. Jeżeli połączymy szereg kryształów oddziałujących z różnymi długościami promieniowania, to możemy w ten sposób uzyskać obraz kolorowy. Zmiana polaryzacji światła odnosi się tylko do promieni biegnących prostopadle do płaszczyzny ekranu. W efekcie obraz z wyświetlacza LCD staje się nie wyraźny jeżeli patrzymy na niego z boku.
  

• W astronomii obserwacja polaryzacji światła pozwala określić, czy zostało ono rozproszone przed dotarciem do teleskopu.
  

• Technika projekcji w kinach IMAX: widz zakłada specjalne okulary wyposażone w filtry polaryzacyjne. Płaszczyzny polaryzacji w okularze lewym i prawym są odwrócone o 90 °. Projektor jest podwójny. Równocześnie wyświetlane są dwa obrazy. Każdy z obiektywów projektora też zawiera filtr polaryzacyjny. Jeden obrócony jest względem drugiego o 90° W efekcie jedno oko widzi film wyświetlany przez lewy projektor, a drugie przez prawy.

Prawo Malusa :

Fale elektromagnetyczne są spolaryzowane, gdy wszystkie wektory natężeń ich pól elektrycznych drgają w tej samej płaszczyźnie, zwaną płaszczyzną drgań.

Prawo Malusa określa wielkość natężenia światła po przejściu przez polaryzator. Kiedy na drodze światła znajduje się polaryzator wówczas przepuszczane są tylko te składowe wektora elektrycznego światła, które są równoległe do kierunku polaryzacji polaryzatora; składowe prostopadłe są pochłaniane. Światło wychodzące z polaryzatora jest spolaryzowane równolegle do kierunku polaryzacji polaryzatora.

Jeżeli światło padające na polaryzator jest niespolaryzowane, to natężenie światła przechodzącego przez polaryzator jest równe połowie jego początkowego natężenia
.

Jeżeli światło padające na polaryzator jest spolaryzowane, to natężenie światła przechodzącego przez polaryzator zależy od kąta, jaki tworzy kierunek polaryzacji światła z kierunkiem polaryzacji polaryzatora:

Dielektryk - ośrodek, w którym nie ma swobodnie poruszających się ładunków (substancja materialna praktycznie nie posiadająca swobodnych nośników prądu elektrycznego. W dielektryku o właściwościach elektrycznych ciała decydują ładunki związane).

Współczynnik załamania światła : n=c/v

Jest to stosunek prędkości fali w próżni c do prędkości v monochromatycznej fali wypadkowej w danym ośrodku.

Prawo Snelliusa:

Prawo Snelliusa- prawo opisujące zmianę kierunku biegu promienia światła przy przejściu przez granicę między dwoma ośrodkami przezroczystymi o różnych współczynnikach załamania.

Kąt Brewstera

Jeżeli na granicę ośrodków przeźroczystych pada światło niespolaryzowane pod takim kątem, że promień odbity i załamany tworzy kąt 90°, to światło odbite jest całkowicie spolaryzowane w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny wyznaczonej przez promień padający i odbity (jest to płaszczyzna rysunku). Promień załamany jest spolaryzowany częściowo. Dominuje w nim polaryzacja wyznaczanej przez promień padający i załamany.

Doświadczalnie można się przekonać, że dla światła padającego pod kątem Brewstera

Te dwa kąty łączy również równanie
. Połączenie tych dwóch równań prowadzi do:

Co ostatecznie daje:

Całkowite wewnętrzne odbicie:

zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla światła) występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu.

WNIOSKI:

• Prawo Malusa zostało potwierdzone

• maksymalne natężenie światła jest dla wartości oświetlenia α =0=360

• światło odbite od gładkiej powierzchni dielektryka ulega polaryzacji

• stopień polaryzacji zależy od kąta padania światła

• jeżeli światło jest spolaryzowane w płaszczyźnie równoległej to można zauważyć,

że przy pewnym kącie padania θi światło odbite ulega całkowitemu stłumieniu. Kąt ten nazywane jest kątem Brewster'a i w naszym doświadczeniu wyniósł 54 stopnie

• światło niespolaryzowane po odbiciu pod kątem Brewstera staje się światłem spolaryzowanym.

• punkty pomiarowe przedstawione przez nas na wykresach leżą bardzo blisko teoretycznej krzywej

• kąt graniczny w naszym przypadku wyniósł 45 stopni , kąt ten znalazłyśmy poprzez obserwację załamanej wiązki światła przechodzącej przez granicę dwóch ośrodków(dla kąta granicznego wiązka ta jest równoległa do powierzchni płytki - dla kąta nieznacznie większego zanika)

• wyniki doświadczenia badane amperomierzem cyfrowym były utrudnione przez niestabilność wskazań (spowodowaną zmianą natężenia oświetlenia)

---