3. Описание лабораторной установки

В качестве лабораторной установки в данной работе используется поляриметр круговой СМ-3, который предназначен для измерения угла вращения плоскости поляризации оптически активными прозрачными растворами и жидкостями (Рис. 6). В поляриметре применён принцип уравнивания яркостей разделённого на две части поля зрения.

Разделение поля зрения Вид лабораторной установки СМ-3

Разделение поля зрения на части осуществимо введением в оптическую систему поляриметра хроматической фазовой пластинки.

Свет от лампы ДНаС-18 (λ=589 нм), пройдя через конденсор и поляризатор одной частью пучка проходит через хроматическую фазовую пластинку, защитное стекло, кювету и анализатор, а другой частью пучка только через защитное стекло, кювету и анализатор. Уравнение яркостей полей сравнения производят путём вращения анализатора. Если между анализатором и поляризатором ввести кювету с оптически активным раствором, то равенство полей сравнения нарушается. Оно может быть восстановлено поворотом анализатора на угол, равный углу поворота плоскости поляризации раствором. Следовательно, разностью двух отсчётов, соответствующих равенству яркостей полей сравнения с оптически активным раствором и без него, определяется угол вращения плоскости поляризации данным раствором.

4. ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

4.1. Включить поляриметр с помощью тумблера на задней крышке.

2. Вращением втулки ( В ) получают резкое изображение линии раздела поля зрения.

3. Плавным вращением ручки ( Р ) осуществляется вращение лимба таким образом, чтобы разделение полей зрения, наблюдаемое в окуляре было как на (Рис. 4). Замерить угол поворота анализатора ₁ по лимбу.

4. Открыть крышку ( К ) и поместить внутрь кювету с известной концентрацией раствора, поле зрения просветлеет (Рис. 5), вращая лимб получить первоначальный вид поля зрения, замерить угол на который повернулась плоскость поляризации .

5. Определить, на сколько градусов повёрнута шкала лимба по отношению к шкале первого отсчетного устройства ( | ), затем по штрихам первого и второго отсчетных устройств ( || ), совпадающих со штрихами лимба, отсчитать доли градуса. Величина отсчёта по нониусу 0,02^о. К числу градусов взятых по шкале лимба, прибавить средний арифметический отсчёт по шкале первого и второго отсчетного устройства. Таких наводок сделать пять и взять среднее арифметическое из них.

6. Зная длину кюветы и концентрацию раствора вычислить по формуле = удельную постоянную вращения.

7. Заменить кювету на кювету с неизвестной концентрацией раствора и провести измерения по пунктам 3 и 4. Вычислить неизвестную концентрацию раствора, считая удельную постоянную вращения одинаковой для всех растворов, = данные занести в таблицу № 1.

Таблица № 1

Образцы	1,град	2,град	,дм	,град/дм	С, %
Кювета С=40%
Кювета № 1
Кювета № 2

4.8. Рассчитайте относительную погрешность удельной постоянной вращения [2]: . В данной работе принять =0,04; =0,001дм; =1% .

4.9. Рассчитайте абсолютную погрешность удельной постоянной вращения[2]: .

4.10. Запишите конечный результат для удельной постоянной вращения:

_{рас. .}

4.11. Рассчитайте относительную погрешность определения концентрации раствора глюкозы:

.

12. Рассчитайте абсолютную погрешность С определения концентрации раствора глюкозы.

4.13. Запишите конечный результат для концентрации в кюветах №1 и №2:

С = С _рас ± С .

4.14. Сделать основные выводы по выполненной работе.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

   1. Какой свет называют линейно поляризованным?

   2. Какие вещества называют оптически активными?

   3. Как происходит вращение плоскости поляризации, чем оно обусловлено?

   4. Что называют постоянной вращения, её физический смысл?

   5. Как удельная постоянная вращения зависит от длины волны?

   6. Что называют круговым двойным лучепреломлением?

   7. В чем состоит основной принцип работы установки СМ-3?

6. ЛИТЕРАТУРА

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 4. М.: Наука, Физматлит, 1998 г.

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т. 4. М.: Физматлит, 2002 г.

3. Черевко А.Г. Расчёт неопределённостей результата измерений в физическом эксперименте: Методические указания к лабораторному практикуму. Новосибирск: СибГУТИ, 2002 г.

ЗАДАЧИ

1.1 Определите толщину кварцевой пластинки, для которой угол поворота плоскости поляризации монохроматического света определенной длины волны = 180⁰ . Удельное вращение в кварце для данной длины волны = 0,52 рад/мм. [6,04мм]

1.2 Пластинка кварца толщиной d₁=2 мм, вырезанная перпендикулярно оптической оси кристалла, поворачивает плоскость поляризации монохроматического света определенной длины волны на угол ₁=30⁰. Определите толщину d₂ кварцевой пластинки, помещенной между параллельными николями, чтобы данный монохроматический свет гасился полностью. [d₂=6 мм]

2.1 Определите массовую концентрацию С сахарного раствора, если при прохождении света через трубку длинной =20 см с этим раствором плоскость поляризации света поворачивается на угол =10⁰. Удельное вращение [α] сахара равно 1,17·10^-2 рад·м²/кг. [74,8 кг/м³]

2.2 Раствор глюкозы с массовой концентрацией С₁=0,21 г/см³, находящийся в стеклянной трубке, поворачивает плоскость поляризации монохроматического света, проходящего через раствор, на угол ₁=24⁰. Определите массовую концентрацию С₂ глюкозы в другом растворе в трубке такой же длины, если он поворачивает плоскость поляризации на угол ₂=18⁰. [157 кг/м³]

3.1 Плоскополяризованный монохроматический свет, прошедший через поляроид, оказывается полностью погашенным. Если же на пути света поместить кварцевую пластинку, то интенсивность прошедшего через поляроид света уменьшиться в 3 раза (по сравнению с интенсивностью света, падающего на поляроид). Принимая удельное вращение в кварце [α] = 0,52рад/мм и пренебрегая потерями света, определите минимальную толщину кварцевой пластинки. [1,19 мм]

3.2 Пластинку кварца толщиной d=2 мм, вырезанную перпендикулярно оптической оси, поместили между параллельными николями, в результате чего плоскость поляризации света повернулась на угол =53⁰. Какова должна быть толщина пластинки, чтобы монохроматический свет, с которым производился опыт, не прошел через анализатор?

4.1 Никотин (чистая жидкость), содержащийся в стеклянной трубе длиной =8см, вращает плоскость поляризации желтого света натрия на угол =136,6⁰. Плотности никотина =1,01 г/см³. Определить удельное вращение [α] никотина.

4.2 Раствор глюкозы с концентрацией С₁=0,28 г/см³, налитый в стеклянную трубку, поворачивает плоскость поляризации монохроматического света, проходящего через этот раствор, на угол =32⁰. Определить концентрацию С₂ глюкозы в другом растворе в трубке такой же длины, если он вращает плоскость поляризации на угол ₂=24⁰.

5.1 Угол поворота плоскости поляризации желтого света натрия при прохождении через трубку с раствором сахара ₂=40⁰. Длина трубки =15см. Удельное вращение сахара [α]=66,5град/(дм·г/см³). Определить концентрацию С сахара в растворе.

5.2 Определите массовую концентрацию С раствора миндальной кислоты, если при прохождении света через трубку длинной =15 см с этим раствором плоскость поляризации света поворачивается на угол =400⁰. Удельное вращение [α] равно 156 град/дм.

6.1 Пластинка кварца толщиной d₁=2 мм, вырезанная перпендикулярно оптической оси кристалла, поворачивает плоскость поляризации монохроматического света определенной длины волны на угол ₁=30⁰. Определите толщину d₂ кварцевой пластинки, которая поворачивает плоскость поляризации на угол ₂ =67,5⁰.

6.2 Раствор глюкозы с концентрацией С₁=0,50 г/см³, налитый в стеклянную трубку, поворачивает плоскость поляризации монохроматического света, проходящего через этот раствор, на угол =53,5⁰. Определить концентрацию С₂ глюкозы в другом растворе в трубке такой же длины, если он вращает плоскость поляризации на угол ₂=15⁰.

РАБОТА 7.5

ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Провести экспериментальную проверку закона Малюса. Определить коэффициент поглощения электромагнитных волн поляроидом.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Следствием теории Максвелла является поперечность световых волн: векторы напряженностей электрического E и магнитного H полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости v распространения волны (перпендикулярно лучу) (рис.1).

Рис.1

Электромагнитная волна. E - вектор электрического поля, H - вектор магнит-ного поля, S - направление распространения электромагнитной волны, λ - длина волны

Свет, у которого направления колебаний вектора электрического поля E упорядочены каким-то образом, называется поляризованным. Электромагнитная волна, вектор E которой колеблется в одном направлении, называется плоско (линейно) поляризованной. У такой волны вектор E лежит все время в одной плоскости, которая называется плоскостью колебаний или плоскостью поляризации, а конец вектора E описывает в пространстве прямую линию. Волна является циркулярно поляризованной, если конец вектора E описывает в пространстве окружность. Выбор вектора E для характеризации поляризации обусловлен тем, что при действии света на вещество основное влияние оказывает электрическое поле волны, которое действует на электроны атомов вещества. Поскольку свет представляет собой электромагнитное излучение множества атомов, которые излучают независимо друг от друга, то световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями вектора электрического поля. Равномерное распределение векторов E объясняется большим числом атомов. Такой свет называется естественным.

Естественный свет можно представить в виде суммы двух некогерентных линейно поляризованных волн с взаимно перпендикулярными векторами E и имеющих одинаковую интенсивность. Частично поляризованным называется свет, если в нём есть преимущественное направление колебаний электрического вектора. Частично поляризованный свет можно рассматривать как смесь одновременно распространяющихся в одном и том же направлении естественного и линейно поляризованного света.

Поляризацией света называется выделение линейно или циркулярно поляризованного света из естественного или частично поляризованного. Для этой цели используются специальные устройства, называемые поляризаторами, которые пропускают колебания только определенного направления. Для определения характера и степени поляризации используют устройства, называемые анализаторами. Поляризатор можно использовать в качестве анализатора. Поляризатор и анализатор чаще всего идентичны по устройству, поэтому для них существует общее название – поляроиды. В качестве поляроидов часто используются кристаллы турмалина, исландского шпата.

Если на поляризатор падает естественный свет, то интенсивность проходящей волны не изменяется при вращении анализатора вокруг направления падающего луча вследствие того, что в естественном свете ни одно из направлений плоскости поляризации (плоскости колебаний) не является преобладающим. На выходе из поляроида имеем линейно поляризованную волну (рис. 2) с интенсивностью равной половине интенсивности естественного света (коэффициент поглощения света в поляроиде предполагается незначительным).

Рис. 2

Получение линейно поляризованного света с помощью поляризатора

Здесь E₀ вектор напряженности электрического поля линейно поляризованной волны. У естественного света направление векторов E_е равновероятны. Через поляризатор проходят только компоненты волн с векторами параллельными оптической оси P-P поляризатора, E₀ вектор напряженности электрического поля линейно поляризованной волны. Интенсивность поляризованного света I₀ составляет половину интенсивности естественного света I_е от падающей волны.

Степенью поляризации называется величина

, (1)

где I_max и I_min максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором. Для естественного света I_max = I_min и χ=0, для плоско поляризованного I_min =0 и χ =1.

Если на пути линейно поляризованного света поставить второй поляризатор-анализатор P' то через него пройдет лишь волна с вектором электрического поля параллельным оптической оси P'- P' кристалла-анализатора E_׀׀= E₀ cosφ, где φ угол между оптическими осями P - P и P'- P' поляризатора и анализатора соответственно (рис. 3).

Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды волны, то интенсивность прошедшей через анализатор волны I пропорциональна квадрату косинуса угла φ между оптическими осями кристаллов поляризатора и анализатора и мы получаем формулу закона Малюса

I = I₀ cos²φ , (2) который формулируется следующим образом отношение интенсивностей электромагнитной волны на входе и на выходе анализатора пропорционально квадрату косинуса угла между плоскостями колебаний поляризатора и анализатора.

С учетом поглощения света анализатором закон Малюса записывается следующим образом:

I = I₀ (1-k) cos²φ , (3)

где k - коэффициент поглощения анализатора, 1-k - его коэффициент пропускания, который и является коэффициентом пропорциональности в формуле закона Малюса, φ - угол между плоскостями колебаний поляризатора и анализатора. Коэффициент поглощения анализатора показывает, какая часть световой энергии задерживается анализатором, а коэффициент пропускания – какая часть энергии проходит сквозь анализатор.

Рис. 3

I₀ - интенсивность линейно поляризованного света, E₀ - вектор напряженности электрического поля линейно поляризованной волны падающей на второй кристалл. Вектор напряженности электрического поля E_׀׀ и I интенсивность волны, прошедшей через кристалл анализатора, зависят от угла φ между оптическими осями P-P поляризатора и P'-P' анализатора.

Экспериментальная проверка закона Малюса заключается в установлении линейной зависимости интенсивности света, прошедшего через анализатор, от квадрата косинуса угла между оптическими осями поляризатора и анализатора.

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Для проверки закона Малюса в лабораторном практикуме используется следующая установка. Установка состоит из источника света И, диафрагмы Д, поляризатора П, анализатора А, фотоприемника ФП и микроамперметра µА. Схема установки изображена на рис. 4.

Рис. 4

Структурная схема лабораторной установки для проверки закона Малюса.

И- источник естественного света, Д- диафрагма, П- поляризатор, А- анализатор, ФП- фотоприемник, µА- микроамперметр

Источником света служит галогенная лампа И. Узкий световой пучок формируется при помощи диафрагмы, установленной на оптической скамье рядом с источником света, затем он поляризуется поляризатором и проходит через анализатор и регистрируется фотоприемником. Фотоприемником является кремниевый фотодиод, преобразующий свет в электрический ток. Ток фотодиода пропорционален интенсивности световой волны и измеряется микроамперметром µА. Поляризатор и анализатор закреплены на держателях и могут вращаться в вертикальной плоскости вокруг оптической оси установки.

Измерение интенсивности света в данной работе заменяется измерением фототока в фотоприемнике. Обоснуем данную замену. Известно, что освещенность поверхности E=I_c/r² cos α , где I_c - сила света источника, r – расстояние от источника до освещаемой поверхности, α – угол падения лучей на поверхность. Поскольку угол падения α=0 (свет падает по нормали к поверхности), то E=I_c/r².

Освещенность поверхности E пропорциональна световому потоку Ф, а световой поток пропорционален потоку энергии переносимому волной и, следовательно, пропорционален интенсивности волны E~Ф~I, I~I_c/r². Поэтому для двух расстояний r₁ и r₂ выполняется соотношение I₁/I₂=r₂²/r₁². Если ток в фотоприемнике i пропорционален интенсивности света I, то должно выполняться соотношение i₁/i₂ = r₂²/r₁². Если данное соотношение выполняется, то измерение интенсивностей можно заменить измерением фототоков на фотоприемнике.

Закон Малюса (3) можно переписать следующим образом:

I/ I₀ = (1-k) cos²φ . (4)

Здесь I интенсивность света на выходе анализатора. Поскольку при прохождении поляризатора не происходит полной поляризации света то необходимо вычесть из измеренных интенсивностей интенсивность неполяризованного света I_Н.

I = <I_Э> - I_Н , (5)

I₀ = I_0Э - I_Н , (6)

где I₀ интенсивность света на входе в анализатор, I_0Э – измеренная интенсивность света на входе в анализатор, <I_Э> среднее значение измеренной интенсивности света на выходе анализатора, I интенсивность света на выходе анализатора, I_Н - интенсивность неполяризованного света. Тогда закон Малюса (4) с учетом выражений (5) и (6) запишется в следующем виде:

. (7)

Поскольку фототоки пропорциональны интенсивностям света, то выражение приобретет следующий вид:

. (8)

Для вычисления отношения интенсивностей из экспериментальных данных следует пользоваться следующей формулой.

. (9)

4. ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Проверка закона освещенности.

4.1. Соберите схему для измерений. Для этого уберите поляризатор с оптической скамьи на запасной штатив.

4.2. Включите питание источника света и фотоприемника тумблерами «220 В» и «Фотодиод».

4.3. Измерить фототок i на минимальном расстоянии r₁, затем переместите фотоприемник на 8-12 см от диафрагмы r₂). Используйте метки на рейтерах оптической скамьи.

4.4.Расстояния выбирайте таким, чтобы ток i₁ при удалении фотоприемника на r₁ был в первой четверти шкалы микроамперметра, а ток i₂ при удалении фотоприемника на r₂ в последней трети шкалы микроамперметра.

4.5.Вычислите и сравните отношения фототоков i₁ / i₂ квадратов расстояний (r₂ / r₁)² и сделайте вывод о допустимости замены измерений интенсивностей света измерениями соответствующих токов фотоприемника.

Экспериментальная проверка закона Малюса.

4.6. Установите расстояние между фотоприемником и диафрагмой r₁ так, чтобы ток микроамперметра был в последней трети его измерительной шкалы. Закрепите штатив фотоприемника с анализатором нижним стопорным винтом штатива. Запишите данное значение фототока i_0Э, соответствующее интенсивности света на входе в анализатор.

4.7. Снимите поляризатор с запасного штатива и установите его на штатив оптической скамьи перед анализатором в соответствии с рис. 4. Измерительная шкала поляризатора должна быть обращена к шкале анализатора. Закрепите штатив с поляризатором нижним стопорным винтом штатива.

4.8. Вращением анализатора вокруг оптической оси установите его на отметку 0 градусов шкалы.

4.9. Затем плавно вращая поляризатор вокруг оптической оси установите такое его положение, при котором регистрируется максимальный ток фотоприемника. В этом случае плоскости колебаний поляризатора и анализатора совпадают φ=0 градусов (φ угол между оптическими осями P-P поляризатора и P'-P' анализатора, см. рис. 3).

4.10. Вращая анализатора по часовой стрелке от 0 до 90 градусов его измерительной шкалы с шагом в 10 градусов, снимите зависимость фототока от угла φ. Запишите данные измерений в таблицу №1 как прямые измерения (столбец №2).

4.11. Запишите отдельно значение фототока i_н при угле φ=90 градусов между оптическими осями поляризатора и анализатора (i_н – значение фототока, соответствующее неполяризованному свету, регистрируемое фотоприемником).

4.12. Верните анализатор в исходное положение по углу φ=0.

4.13. Вращая анализатора против часовой стрелке от 0 до 90 градусов его измерительной шкалы с шагом в 10 градусов, снимите зависимость фототока от угла φ. Запишите данные измерений в таблицу №1 как обратные измерения (столбец №3).

4.14. Выключите питание, приведите лабораторную установку в исходное состояние.

4.15. Вычислите средние значения фототоков по результатам прямого и обратного измерений для каждого угла φ от 0 до 90 градусов. Результаты вычислений запишите в таблицу №1 (столбец №4).

4.16. Вычислите значения отношения интенсивностей по формуле (9) для всех углов φ. Результаты вычислений запишите в таблицу №1 (столбец №6).

4.17. Вычислите значения квадратов косинусов cos²φ всех углов φ. Результаты вычислений запишите в таблицу №1 (столбец №5).

4.18. Постройте график зависимости степени поляризации света χ от квадрата косинуса cos²φ всех углов φ.

Таблица №1

Угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора	Экспериментальное значение фототока, соответству-ющее интенсивности света на выходе анализатора при прямом измерении	Экспериментальное значение фототока, соответству-ющее интенсивности света на выходе анализатора при обратном измерении	Среднее эксперимен-тальное значение фототока из прямых и обратных измерений	Квадрат косинуса угла между плоскос-тями	Отношение интенсив-ностей
φ, град.	iэ,пр, мкА	iэ,обр, мкА	<iэ>, мкА	cos2φ

4.19. Аппроксимируйте полученный график прямой линией и по тангенсу угла наклона к оси абсцисс вычислите значения коэффициента пропускания 1-k анализатора. Вычислите затем значение коэффициента поглощения k анализатора.

4.20. Рассчитать абсолютную погрешность измерения величины используя формулу (9) и полагая класс точности микроамперметра К=1%.

4.21. Сделать основные выводы по выполненной работе.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое поляризация электромагнитных волн? Как получить линейно поляризованный свет?

2. Возможна ли поляризация для продольных волн? Что называется естественно поляризованным светом?

3. Как получается поляризованный свет в лабораторной установке? Какое назначение поляризатора и анализатора в лабораторной установке?

4. Что такое свет поляризованный по кругу и по эллипсу?

5. Сформулируйте закон Малюса. Объясните, почему при прохождении естественного света через поляризатор интенсивность на выходе поляризатора не зависит от угла его поворота.

6. Что такое степень поляризации? Каким образом измеряется эта величина на лабораторной установке?

7. Расскажите о способе экспериментальной проверки закона Малюса в лабораторной работе.

6. ЛИТЕРАТУРА

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 4, М.: Наука, Физматлит, 1998г.

2. Черевко А.Г. Расчёт неопределённостей результата измерений в физическом эксперименте: методические указания к лабораторному практикуму, Новосибирск: СИБГУТИ, 2002г.

ЗАДАЧИ

1.1 Степень поляризации частично поляризованного света составляет 0.75. Определите отношение максимальной интенсивности света, пропускаемого анализатором, к минимальной.

1.2 Определите степень поляризации P света, который представляет собой смесь поляризованного света с плоскополяризованным, если интенсивность поляризованного света равна интенсивности естественного.

2.1 Определите степень поляризации частично поляризованного света, если амплитуда электрического поля, соответствующая максимальной интенсивности света, в 3 раза больше амплитуды, соответствующей его минимальной интенсивности.

2.2 Определите степень поляризации P света, который представляет собой смесь поляризованного света с плоскополяризованным, если интенсивность поляризованного света в 5 раз больше интенсивности естественного.

3.1 Угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора составляет 30°. Определите изменение интенсивности прошедшего через них света, если угол между главными плоскостями равен 45°.

3.2 Интенсивность естественного света, прошедшего через два николя, уменьшилась в 8 раз. Пренебрегая поглощением света, определите угол между главными плоскостями николей.

4.1 Определите, во сколько раз ослабится интенсивность света, прошедшего через два николя, расположенные так, что угол между их главными плоскостями 60°, а в каждом из николей теряется 8% интенсивности падающего на них света.

4.2 Определите степень поляризации частично поляризованного света, если амплитуда электрического поля, соответствующая максимальной интенсивности света, в 2 раза больше амплитуды, соответствующей его минимальной интенсивности.

5.1 Степень поляризации частично поляризованного света составляет 0.85. Определите отношение максимальной интенсивности света, пропускаемого анализатором, к минимальной.

5.2 Определите степень поляризации P света, который представляет собой смесь поляризованного света с плоскополяризованным, если интенсивность поляризованного света в 4 раза больше интенсивности естественного.

6.1 Угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора составляет 35°. Определите изменение интенсивности прошедшего через них света, если угол между главными плоскостями равен 55°.

6.2 Определите, во сколько раз ослабится интенсивность света, прошедшего через два николя, расположенные так, что угол между их главными плоскостями 50°, а в каждом из николей теряется 9% интенсивности падающего на них света.

РАБОТА 7.6

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН, ПРИ ИХ ОТРАЖЕНИИ ОТ ДИЭЛЕКТРИКА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определить угол Брюстера. На основе экспериментальных данных рассчитать абсолютный показатель преломления стекла.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Опыт показывает, что электромагнитные волны поляризуются (1,2) не только при их прохождении через диэлектрики (3), но и при отражении от него (4,5). Причем, поляризованными оказываются как отраженная волна, так и преломленная (рис. 1).

Схема поляризации при отражении света от диэлектрической пластины под углом Брюстера

Направления колебаний вектора в отраженной волне «1» лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости рис. 1. Направления колебания вектора в преломленной волне «2» совпадают с плоскостью рисунка. Как в отраженных, так и преломленных волнах в незначительном количестве присутствуют колебания других направлений вектора .

В основе механизма поляризации лежит взаимодействие электромагнитной волны с валентными электронами диэлектрика (3).

Опыт показывает, что степень поляризации отраженной и преломленной волн существенно зависит от угла падения волны на диэлектрик. Брюстером впервые было показано, что степень поляризации обеих волн, при условии:

tg _Б = _С/ _В, (1)

где _В – абсолютный показатель преломления той среды, из которой проходит электромагнитная волна, _С – абсолютный показатель преломления диэлектрика. Величина _Б, входящая в закон Брюстера (1), носит название «Угол Брюстера».

Экспериментальное определение величины _Б и расчет значения _С составляют основное содержание данной лабораторной работы. В условиях проводимого эксперимента, электромагнитная волна падает на диэлектрик из воздуха, для которого среднее значение абсолютного показателя преломления

/для электромагнитных волн видимого диапазона - 380 760 нм/ составляет величину _В =1,000292. В пределах точности эксперимента, можно принять значение _В 1. В качестве диэлектрика используется набор плоско-параллельных стеклянных пластин с абсолютным показателем преломления _С, вплотную прижатых одна к другой. Такое устройство обычно называют стеклянной стопой. С учетом сказанного, формула (1) преобразуется к виду:

tg _Б = _С . (2)