leila sh
عضو جدید
نور يك موج عرضي است بدين معني كه در خلاء بردار ميدان الكتريكي نور عمود بر جهت انتشار آن است
. صفحه قطبش شامل
بردار الكتريكي و امتداد انتشار نور است. اگر به طريقي بتوان راستاي اين صفحه را بصورت تابعي از زمان پيش بيني كرد، اين
نور را قطبي نامند. اگر چنين پيش بيني اي امكان نداشته باشد، به قسمي كه صفحه قطبش در مقايسه با پريود نور تصادفي تغيير
كند (با زمان مشاهده) چنين نوري را غير قطبي گويند. اگر جهت صفحه قطبش ثابت باقي بماند، اين نور را قطبي سطحي
گويند. اگر اين صفحه يك مرتبه با پريود نور بچرخد، اين نور قطبي دايروي يا بيضوي است. در اين صورت اندازه بردار الكتريكي
به صورت يك تابعي از جهت صفحه قطبش است.پديده تفرق و تداخل درباره تمام انواع موجها اتفاق مي افتد. مثلا امواج صوتي
يا امواج سطح آب تداخل و تفرق دارند. ولي قطبي شدن فقط در مورد امواج عرضي صادق است. امواج صوتي نمي توانند قطبي
باشند.از قديم مطالعه قطبش نور تنها براي بررسي طبيعت نور انجام مي گرفت، ليكن امروزه بالعكس از مطالعه قطبش نوري كه
يك جسم گسيل يا پراكنده مي كند، مطالبي درباره آن جسم مي آموزيم. مثلا با بررسي قطبش نوري كه توسط ذرات درون
0
ميلي گوس) به طرزي قرار / كهكشان ها بازتاب مي شود، مي توان گفت، اين ذرات در ميدان مغناطيسي ضعيف كهكشان ( 2
مي گيرند كه بعد بزرگ آنها در امتداد اين ميدان باشد
. همچنين مطالعه قطبش نور حلقه هاي كيوان (زحل) نشان داده است آنهااز بلورهاي يخ تشكيل (يا پوشيده) شده اند.
اندازه و شكل ويروسها را با قطبش نور فرابنفش كه توسط آنها پراكنده مي شود مي توان مطالعه كرد
. مطالعه استرس در اثرتوليد شكست مضاعف (ديگ بخار، دنده و چرخ...) مطالعه در مورد شناخت سنگها در زمين شناسي، معدن شناسي انتخاب شيشهبراي عدسي ها، اندازه گيري غلظت قند، توليد رنگهاي مختلف با استفاده از نور قطبي امكان پذير است.بالاخره با بررسي قطبشنوري كه از اتمها در تمام بخش بيناب الكترومغناطيس گسيل مي نمايند، مي توان مطالب زيادي درباره ساختمان آنها و هستههاي آنها آموخت. بنابراين قطبش نور روش پژوهشي مناسبي در اختيار ما مي گذارد كه بوسيله آن به بررسي ساختمان اجسامي
10
-14 ) بپردازيم. m ) گرفته تا هسته اتمها (m با ابعاد گوناگون در كهكشان ( 1020
زاويه بين امتداد محور نوري يك بلوردوشكستي و امتداد قطبش
φ دامنه بردارالكتريكي نورخارج شده ازپلاريزور و E اگر 0
پلاريزور باشد، شكل
( 1) براي دامنه شعاع عادي و غيرعادي روابط زير را داريم.
شرق آزما
توليد کننده تجهيزات آزمايشگاهی و تحقيقاتی فيزيک
292
شكل
(1)
φ
(1)
φ
cossin
2 01 0
E EE E
==
وضعيت نوساني دو شعاع در سطح كريستال بصورت زير مي باشد
. ،t در لحظه
E E t
(2)
E E t
φ ωφ ω
cos sinsin sin
2 01 0
==
در هنگام خروج از بلور مولفه ها بصورت زير است
cos sin( ) (3)
sin sin
2 01 0
φ ω δφ ω
= −=
E E tE E t
اگر ضخامت بلور دو شكستي برابر باشد با
(4)
o e
n nd
.. 14
λ
=
ضريب شكست شعاع غيرعادي است، حالتي كه اختلاف راه بين دو شعاع
2 ne ضريب شكست شعاع عادي و no كه
λ
(
اختلاففاز 2
π
)
است، بلور را ربع موج نامند. مولفه هاي نور خروجي با توجه به رابطه ( 3) بصورت زير است.
E E E t
(5)
E E E t
yx
φ ωφ ω
0cos cos0sin sin
21
= == =
كه رابطه
( 5) نمايش پارامتري يك بردار چرخان در امتداد انتشار است.
نور عبوري از كريستال پلاريزه سطحي است و شدت آن برابر است با
: φ = 90o ,φ = 0o براي زواياي
شرق آزما
توليد کننده تجهيزات آزمايشگاهی و تحقيقاتی فيزيک
293
(6)
20 0 I = I ≈ E
, 45o براي زاويه
2sinφ = cosφ = 1 φ = طول بردار ميدان الكتريكي نور خروجي از كريستال برابر است.(7)
2
E E
2 E 2 E0 x y = + =
در اين حالت اين نور قطبي دايروي است و شدت آن برابر است با
2 2 (8)
20 0
I = I ≈ E
در اين صورت براي حالت هاي مختلف آناليزور شدت نور عبوري ثابت است
.
حول محوري موازي امتداد انتشار،
E در ساير زوايا به جز صفر، 45 و 90 درجه نورعبوري پلاريزه بيضوي است يعني انتهاي برداريك بيضي را رسم مي نمايد.(9)
Ea
= E0 sinφ (x (امتداد
Eb
= E0 cosφ (y (امتدادبراي شدت نور عبوري از آناليزور در امتدادهاي برگزيده روابط زير داريم
φ
(10)
φ
2 222 22
cossin
I E EI E E
b ba a
= == =
با چرخش آناليزور، نسبت زير را بين شدت ماكزيمم و مينيمم نوري عبوري خواهيم داشت
.(11)
φφφ
22222
tancos
= =
sin =
baba
EEII
اگر زاويه بين آناليزور و محور نوري صفحه
4,
λ
باشد شدت نور عبوري از رابطه
( 12 ) بدست مي آيد. φ
φ ϕ
2 2φ 2ϕ (12)
02 2 20
I = E cos cos + E sin sin
نسبت به راستاي ارتعاش ميدان الكتريكي پرتو
α همچنين اگر فرض كنيم پرتوي با قطبيدگي خطي به قطبشگري كه با زاويهقرارگرفته است برخورد نمايد، آنگاه ميدان الكتريكي موج عبوري از قطبشگر برابر است با
cosα 0 E = E
ميدان الكتريكي پرتو تابيده به قطبشگر است
. بنابراين شدت پرتو عبوري برابرست با E كه 02 2α (13)
0
I = E cos
اين رابطه معروف به قانون مالوس است
.
شرق آزما
توليد کننده تجهيزات آزمايشگاهی و تحقيقاتی فيزيک
294
روش آزمايشآزمايش
1: اندازه گيري شدت نور عبوري از آناليزور (
بررسي قانون مالوس)
-1
وسايل را مطابق شكل ( 2) بر روي ريل نصب كنيد. يك عدسي محدب روبروي پرتو افكن قرار دهيد به گونهاي كه از پرتوافكن به اندازه اي فاصله داشته باشد كه نور آن را موازي سازد. پلاريزور را در جاي مناسب نصب كنيد. و در پشت آناليزور يكنورسنج را قراردهيد. نخست مسير پرتو بايد تنظيم شود بقسمي كه نور با شدت زياد روي فتوسل بتابد.( i پلاريزور و آناليزور را روي صفر تنظيم كنيد و شدت نور را در اين حالت اندازه گيري نماييد ( 0
منحني شدت نسبي نور
( .( i ) تحت زاويه هاي آناليزور ( • 90 + تا • 90 − )، شدت را يادداشت نماييد
0
i
را بر حسب زاويه
( i
آناليزور رسم كنيد و با مقدار آن از رابطه
( 13 ) مقايسه كنيد.
شكل
(2)
آزمايش
2: اندازه گيري شدت نور با صفحه
4
λ
صفحه
4
را بين آناليزور و پلاريزور نصب نماييد
λ . زاويه آن را صفر انتخاب كنيد و شدت نور را در اين حالت اندازه گيري نماييد (
0
.( i ) شدت را براي زواياي مختلف آناليزور ( 900 + تا 900 − ) اندازه گيري نماييد .( i
90
درجه تيغه 4 ،60 ،45 ، آزمايش را براي زواياي 30
λ
تكرار نماييد
. با استفاده از رسم منحني هاي (
0
i
روابط
( i
11 )
و ( 12 ) را تحقيق كنيد. درهرحالت نور عبوري از آناليزور چه نوع قطبيدگي اي دارد؟ )،(10)،(8)،(6)
شرق آزما
توليد کننده تجهيزات آزمايشگاهی و تحقيقاتی فيزيک
295
(
شكل ( 3
آزمايش
3: اندازه گيري شدت نور با صفحه
2
λ
دو تيغه
4
λ
را بقسمي نصب كنيد كه مثل يك تيغه
2
λ
عمل كند
. براي اين منظور زاويه هردو تيغه بايستي با هم برابر باشد
60
و 90 درجه تيغه 2 ،45 ، و درطي آزمايش باهم تغيير كند. تحت زواياي صفر و 30
λ
قطبي سطحي است؟
(چرا)؟
آزمايش
4: پديده فتوالاستيسيته
با نورسفيد با آناليزور خاموشي ايجاد كنيد
. يك ورق پلاستيك معمولي را در بين آناليزور پلاريزور قرار دهيد. رنگي مشاهده نميشود (جسم ايزوتوپ است)، پلاستيك را از دو طرف بكشيد رنگهاي مختلف پديدار ميگردد. علت اين است كه در اثر كشش
جسم سانگرد (ايزوتوپ) به جسم ناسانگرد و غير ايزوتوپ تبديل گشتهاست.
. صفحه قطبش شامل
بردار الكتريكي و امتداد انتشار نور است. اگر به طريقي بتوان راستاي اين صفحه را بصورت تابعي از زمان پيش بيني كرد، اين
نور را قطبي نامند. اگر چنين پيش بيني اي امكان نداشته باشد، به قسمي كه صفحه قطبش در مقايسه با پريود نور تصادفي تغيير
كند (با زمان مشاهده) چنين نوري را غير قطبي گويند. اگر جهت صفحه قطبش ثابت باقي بماند، اين نور را قطبي سطحي
گويند. اگر اين صفحه يك مرتبه با پريود نور بچرخد، اين نور قطبي دايروي يا بيضوي است. در اين صورت اندازه بردار الكتريكي
به صورت يك تابعي از جهت صفحه قطبش است.پديده تفرق و تداخل درباره تمام انواع موجها اتفاق مي افتد. مثلا امواج صوتي
يا امواج سطح آب تداخل و تفرق دارند. ولي قطبي شدن فقط در مورد امواج عرضي صادق است. امواج صوتي نمي توانند قطبي
باشند.از قديم مطالعه قطبش نور تنها براي بررسي طبيعت نور انجام مي گرفت، ليكن امروزه بالعكس از مطالعه قطبش نوري كه
يك جسم گسيل يا پراكنده مي كند، مطالبي درباره آن جسم مي آموزيم. مثلا با بررسي قطبش نوري كه توسط ذرات درون
0
ميلي گوس) به طرزي قرار / كهكشان ها بازتاب مي شود، مي توان گفت، اين ذرات در ميدان مغناطيسي ضعيف كهكشان ( 2
مي گيرند كه بعد بزرگ آنها در امتداد اين ميدان باشد
. همچنين مطالعه قطبش نور حلقه هاي كيوان (زحل) نشان داده است آنهااز بلورهاي يخ تشكيل (يا پوشيده) شده اند.
اندازه و شكل ويروسها را با قطبش نور فرابنفش كه توسط آنها پراكنده مي شود مي توان مطالعه كرد
. مطالعه استرس در اثرتوليد شكست مضاعف (ديگ بخار، دنده و چرخ...) مطالعه در مورد شناخت سنگها در زمين شناسي، معدن شناسي انتخاب شيشهبراي عدسي ها، اندازه گيري غلظت قند، توليد رنگهاي مختلف با استفاده از نور قطبي امكان پذير است.بالاخره با بررسي قطبشنوري كه از اتمها در تمام بخش بيناب الكترومغناطيس گسيل مي نمايند، مي توان مطالب زيادي درباره ساختمان آنها و هستههاي آنها آموخت. بنابراين قطبش نور روش پژوهشي مناسبي در اختيار ما مي گذارد كه بوسيله آن به بررسي ساختمان اجسامي
10
-14 ) بپردازيم. m ) گرفته تا هسته اتمها (m با ابعاد گوناگون در كهكشان ( 1020
زاويه بين امتداد محور نوري يك بلوردوشكستي و امتداد قطبش
φ دامنه بردارالكتريكي نورخارج شده ازپلاريزور و E اگر 0
پلاريزور باشد، شكل
( 1) براي دامنه شعاع عادي و غيرعادي روابط زير را داريم.
شرق آزما
توليد کننده تجهيزات آزمايشگاهی و تحقيقاتی فيزيک
292
شكل
(1)
φ
(1)
φ
cossin
2 01 0
E EE E
==
وضعيت نوساني دو شعاع در سطح كريستال بصورت زير مي باشد
. ،t در لحظه
E E t
(2)
E E t
φ ωφ ω
cos sinsin sin
2 01 0
==
در هنگام خروج از بلور مولفه ها بصورت زير است
cos sin( ) (3)
sin sin
2 01 0
φ ω δφ ω
= −=
E E tE E t
اگر ضخامت بلور دو شكستي برابر باشد با
(4)
o e
n nd
.. 14
λ
=
ضريب شكست شعاع غيرعادي است، حالتي كه اختلاف راه بين دو شعاع
2 ne ضريب شكست شعاع عادي و no كه
λ
(
اختلاففاز 2
π
)
است، بلور را ربع موج نامند. مولفه هاي نور خروجي با توجه به رابطه ( 3) بصورت زير است.
E E E t
(5)
E E E t
yx
φ ωφ ω
0cos cos0sin sin
21
= == =
كه رابطه
( 5) نمايش پارامتري يك بردار چرخان در امتداد انتشار است.
نور عبوري از كريستال پلاريزه سطحي است و شدت آن برابر است با
: φ = 90o ,φ = 0o براي زواياي
شرق آزما
توليد کننده تجهيزات آزمايشگاهی و تحقيقاتی فيزيک
293
(6)
20 0 I = I ≈ E
, 45o براي زاويه
2sinφ = cosφ = 1 φ = طول بردار ميدان الكتريكي نور خروجي از كريستال برابر است.(7)
2
E E
2 E 2 E0 x y = + =
در اين حالت اين نور قطبي دايروي است و شدت آن برابر است با
2 2 (8)
20 0
I = I ≈ E
در اين صورت براي حالت هاي مختلف آناليزور شدت نور عبوري ثابت است
.
حول محوري موازي امتداد انتشار،
E در ساير زوايا به جز صفر، 45 و 90 درجه نورعبوري پلاريزه بيضوي است يعني انتهاي برداريك بيضي را رسم مي نمايد.(9)
Ea
= E0 sinφ (x (امتداد
Eb
= E0 cosφ (y (امتدادبراي شدت نور عبوري از آناليزور در امتدادهاي برگزيده روابط زير داريم
φ
(10)
φ
2 222 22
cossin
I E EI E E
b ba a
= == =
با چرخش آناليزور، نسبت زير را بين شدت ماكزيمم و مينيمم نوري عبوري خواهيم داشت
.(11)
φφφ
22222
tancos
= =
sin =
baba
EEII
اگر زاويه بين آناليزور و محور نوري صفحه
4,
λ
باشد شدت نور عبوري از رابطه
( 12 ) بدست مي آيد. φ
φ ϕ
2 2φ 2ϕ (12)
02 2 20
I = E cos cos + E sin sin
نسبت به راستاي ارتعاش ميدان الكتريكي پرتو
α همچنين اگر فرض كنيم پرتوي با قطبيدگي خطي به قطبشگري كه با زاويهقرارگرفته است برخورد نمايد، آنگاه ميدان الكتريكي موج عبوري از قطبشگر برابر است با
cosα 0 E = E
ميدان الكتريكي پرتو تابيده به قطبشگر است
. بنابراين شدت پرتو عبوري برابرست با E كه 02 2α (13)
0
I = E cos
اين رابطه معروف به قانون مالوس است
.
شرق آزما
توليد کننده تجهيزات آزمايشگاهی و تحقيقاتی فيزيک
294
روش آزمايشآزمايش
1: اندازه گيري شدت نور عبوري از آناليزور (
بررسي قانون مالوس)
-1
وسايل را مطابق شكل ( 2) بر روي ريل نصب كنيد. يك عدسي محدب روبروي پرتو افكن قرار دهيد به گونهاي كه از پرتوافكن به اندازه اي فاصله داشته باشد كه نور آن را موازي سازد. پلاريزور را در جاي مناسب نصب كنيد. و در پشت آناليزور يكنورسنج را قراردهيد. نخست مسير پرتو بايد تنظيم شود بقسمي كه نور با شدت زياد روي فتوسل بتابد.( i پلاريزور و آناليزور را روي صفر تنظيم كنيد و شدت نور را در اين حالت اندازه گيري نماييد ( 0
منحني شدت نسبي نور
( .( i ) تحت زاويه هاي آناليزور ( • 90 + تا • 90 − )، شدت را يادداشت نماييد
0
i
را بر حسب زاويه
( i
آناليزور رسم كنيد و با مقدار آن از رابطه
( 13 ) مقايسه كنيد.
شكل
(2)
آزمايش
2: اندازه گيري شدت نور با صفحه
4
λ
صفحه
4
را بين آناليزور و پلاريزور نصب نماييد
λ . زاويه آن را صفر انتخاب كنيد و شدت نور را در اين حالت اندازه گيري نماييد (
0
.( i ) شدت را براي زواياي مختلف آناليزور ( 900 + تا 900 − ) اندازه گيري نماييد .( i
90
درجه تيغه 4 ،60 ،45 ، آزمايش را براي زواياي 30
λ
تكرار نماييد
. با استفاده از رسم منحني هاي (
0
i
روابط
( i
11 )
و ( 12 ) را تحقيق كنيد. درهرحالت نور عبوري از آناليزور چه نوع قطبيدگي اي دارد؟ )،(10)،(8)،(6)
شرق آزما
توليد کننده تجهيزات آزمايشگاهی و تحقيقاتی فيزيک
295
(
شكل ( 3
آزمايش
3: اندازه گيري شدت نور با صفحه
2
λ
دو تيغه
4
λ
را بقسمي نصب كنيد كه مثل يك تيغه
2
λ
عمل كند
. براي اين منظور زاويه هردو تيغه بايستي با هم برابر باشد
60
و 90 درجه تيغه 2 ،45 ، و درطي آزمايش باهم تغيير كند. تحت زواياي صفر و 30
λ
قطبي سطحي است؟
(چرا)؟
آزمايش
4: پديده فتوالاستيسيته
با نورسفيد با آناليزور خاموشي ايجاد كنيد
. يك ورق پلاستيك معمولي را در بين آناليزور پلاريزور قرار دهيد. رنگي مشاهده نميشود (جسم ايزوتوپ است)، پلاستيك را از دو طرف بكشيد رنگهاي مختلف پديدار ميگردد. علت اين است كه در اثر كشش
جسم سانگرد (ايزوتوپ) به جسم ناسانگرد و غير ايزوتوپ تبديل گشتهاست.
