فيزياء 3 الفصل الأول / تجارب وتقارير الفصل الاول

التجرباستقطاب الضوء Polari Azqation

أهداف التجربة
دراسة استقطاب الضوء وتحقيق قانون مالوس

الأساس النظري  للتجربة

تستخدم الطبيعة الموجية للضوء عادة لتفسير ظاهرتي التداخل والحيود (كما درست في كتاب الطالب)، لكن، تعد ظاهرة الاستقطاب دليلاً قوياً على الطبيعة المستعرضة للموجات الكهرمغناطيسية، ويبين الشك ل(49) المجالين الكهربائي والمغناطيسي المرافقين لموجة كهرمغناطيسية؛ فيكونان متعامدين وعموديين على اتجاه الموجات.

تتكون الحزمة الضوئية العادية من عدد كبير من الموجات الناتجة من الذرات أو الجزيئات في المصدر الضوئي، وكل ذرة تشع موجة ذات مجال كهربائي باتجاه معين، ويعرف اتجاه الاستقطاب للموجة الكهرومغناطيسية عادة باتجاه المجال الكهربائي، وبما أن الحزمة الضوئية تحتوي على عدد هائل من هذه الموجات، يقال إن الضوء في هذه الحزمة غير مستقطب باعتبار أن لكل موجة اتجاه مجال يختلف عن الموجات الأخرى.

ويمكن الحصول على ضوء مستقطب من ضوء عادي (غير مستقطب) تحذف الموجات كلها التي ليس لها مجال كهربائي باتجاه معين. وهناك مواد، مثل البولارويد، تسمح بالمرور فيها فقط للموجات ذات المجال الكهربائي في اتجاه معين، وتمتص الموجات الأخرى، وتسمى الصفيحة من هذه المادة " المستقطب polariser" .

وللحصول على ضوء مستقطب، يكفي أن تعترض صفيحة من البولارويد طريق الضوء؛ فينفذ منها الضوء، وله مجال كهربائي باتجاه معين فقط، ويعرف هذا الاتجاه بمحور النفاذ لتلك الصفيحة، ومن الجدير بالذكر أنه يصعب على العين معرفة فيما إذا كان الضوء مستقطباً أم لا. ولكن، الأستعانة بصفيحة ثانية من البولارويد يمكن الكشف عن طبيعة الضوء، أكان مستقطباً أم لا، فتوضع الصفيحة الثانية بحيث يمر منها الضوء بعد مروره من الصفيحة الأولى، فإذا كان محور النفاذ للثانية موازياً لمحور النفاذ للأولى، فإن الضوء المار من الأولى يمر كذلك من الثانية وعند إدارة الصفيحة الثانية، بحيث يصنع محورها زاوية مع محور الأولى، فإذا لاحظنا أن شدة الضوء المار لا تتأثر، كان الضوء غير مستقطب، لكن، إذا لاحظنا أن شدة الضوء تقل فإن الضوء النافذ يكون مستقطباً وقد درس العالم مالوس (malus) ذلك، وأثبت أن شدة الضوء النافذ من الصفيحة الثانية (ش) تتناسب مع مربع جيب تمام الزاوية المحصورة بين محوري النفاذ للصفيحتين؛ أي أن:

 ش = ش . جتا²  q................................(1)

حيث : ش. : شدة الضوء النافذ عند q = صفراً

وتسمى الصفيحة الثانية في هذه الحالة "المحلل analyser" لاحظ الشكل (50).

المواد والأدوات والأجهزة اللازمة

مصدر ضوئي (كمصباح اليد الكهربائي)؛ صفيحتا بولارويد؛ خلية كهروضوئية؛ ميكروأميتر (أو غلفانومتر حساس)؛ عدسة محدبة (ع = 10سم).

خطوات إجراء التجربة

1- رتب أدوات التجربة، كما هو مبين في الشكل (51).

2- حرك العدسة، بحيث تجعل الضوء يغطي سطح الخلية الكهروضوئية.

3- يفضل إجراء التجربة في حجرة مظلمة، وعندها، ضع المستقطب والمحلل بحيث يعطي الأميتر أكبر قراءة، وهذا يعني أن الزاوية بين محوري النفاذ للصفيحتين (q = صفراً).

4- غير زاوية المحلل (القريب من الخلية الكهروضوئية) بخطوات كل منها °10 مع تدوين قراءة الميكروأميتر في كل خطوة ورتب النتائج في الجدول (15).

5- عند الزاوية q =ن°90 ، ربما لا تكون القراءة للأميتر صفراً، وهذا ناتج من الضوء الذي يأتي من المحيط (حيث لا تكون الحجرة معتمة تماماً) وهذا يعني أن علينا أن نصحح قراءاتنا وأن نطرح هذه القراءة من قراءاتنا السابقة كلها عند الزوايا المختلفة.

ارسم علاقة بيانية بين قراءة الأميتر ومربع جيب تمام الزاوية المرافقة، لتحصل على علاقة خطية بين (ش) و (جتا² q) تعرف هذه العلاقة بقانون مالوس.

	الأسئلة

1- هل يمكن استقطاب كاأنواع الموجات ؟ علل؟

2- هل يمكنك التعرف على الضوء المستقطب بالعين المجردة ؟

3- يسقط ضوء غير مستقطب على صفيحتين مستقطبتين مرتبتين، بحيث لا ينفذ منهما ضوء، فإذا أدخلت بينهما صفيحة مستقطبة ثالثة،ـ فهل يمكن رؤية ضوء من خلال المجموعة؟ علل.

الجدول (15)

شدة التيار (ش)	الزاوية (q)	جتا2 q