12123

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТООПТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 8 ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТООПТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ Цель работы: ознакомиться с основанным на эффекте Фарадея магнитооптическим методом наблюдения доменной структуры вычислить постоянную Верде V для ферримагнетика проверить закон Малюса....

Русский

2013-04-24

824 KB

8 чел.

Лабораторная работа № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТООПТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ

Цель работы: ознакомиться с основанным на эффекте Фарадея магнитооптическим методом наблюдения доменной структуры, вычислить постоянную Верде (V) для ферримагнетика, проверить закон Малюса.

Оборудование: микроскоп, поляризатор, анализатор, образец прозрачного ферримагнетика, источник света.

Краткие теоретические сведения

Вещества, способные вращать плоскость поляризации, называются оптически активными. Некоторые вещества становятся оптически активными в магнитном поле.

Впервые вращение плоскости поляризации при прохождении света через вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдал Фарадей в 1846 году, поэтому это явление называется эффектом Фарадея. В магнитоупорядоченных веществах (ферромагнетиках, антиферромагнетиках, ферримагнетиках) угол поворота плоскости поляризации

j = V× l× Js ,                                                   (1)

где V – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойства вещества, температуры, частоты (длины волны) света, называющийся постоянной Верде; l – путь света в веществе; Js – намагниченность вещества.

Направление вращения плоскости поляризации зависит от направления магнитного поля,  направления вектора намагниченности и направления распространения света.

В магнитоупорядоченных веществах имеются области самопроизвольной намагниченности до насыщения Js, которые называются доменами. Несмотря на это, без внешнего магнитного поля магнетики находятся в размагниченном состоянии, то есть проекция магнитного момента всего образца на любое направление равна нулю.

В магнетиках с одноосной анизотропией имеется направление, называемое осью легкого намагничивания, вдоль которого выстраиваются магнитные моменты в доменах. В этом случае энергия (магнитного происхождения) всего образца будет минимальной и магнетики будут находиться в устойчивых равновесных состояниях.

Доменная структура для тонкого образца (пленки с подложкой) из феррита-граната (ферримагнетики) с осью легкого намагничивания, направленной перпендикулярно плоскости образца, показана на рис. 1.

Оптическая схема, представленная на рис. 2, позволяет наблюдать доменную структуру визуально. При прохождении линейно-поляризованного света через соседние домены вектор `Е поворачивается в противоположных направлениях на равные углы j (рис. 3, а). Если анализатор расположить так, чтобы проекция векторов `Е, прошедших через соседние домены, на плоскость пропускания анализатора была одинаковой, то согласно закону Малюса и интенсивность света после прохождения через домены будет одинаковой, т. е. домены не будут видны (будут видны только переходные области между соседними доменами (доменные границы)). Таких положений два: параллельное расположение плоскости пропускания анализатора и поляризатора и скрещенное. На рис. 3, б эти положения обозначены цифрами 1 и 2 соответственно.

Если анализатор, находящийся в положении 1 и 2, повернуть на малый угол, то появится изображение доменов, контраст между которыми возрастает с увеличением угла поворота анализатора. Различие в контрасте между доменами максимально тогда, когда угол между одним из векторов `Е и плоскостью пропускания анализатора p/2. При вращении анализатора в противоположном направлении темные домены становятся светлыми, а светлые темными. Измерив угол поворота плоскости пропускания анализатора от положения 1 или 2 до максимального контраста между доменами, можно определить угол поворота плоскости поляризации j.

Так как угол j для исследуемых материалов меньше 45°, то в положении анализатора 1 интенсивность света больше, чем в положении 2. Измерения  более точны, если в исходном состоянии поле зрения темное, т. е. анализатор находится в положении 2. В этом случае плоскость пропускания анализатора надо повернуть на угол j, чтобы добиться наиболее темного изображения одного из доменов (рис. 3, в).

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Измерение угла поворота плоскости поляризации j для данного образца (по известной толщине l и намагниченности насыщения Js) позволяет определить  постоянную Верде (V) с помощью формулы (1).

По закону Малюса

где IА и IП – соответственно интенсивности света, прошедшие через анализатор и поляризатор. В данном случае для одного домена угол  и он будет темным, для другого  и он будет светлым (рис. 3, в). Согласно закону Малюса контраст между доменами  не изменится при изменении угла  на 180°. Это свойство доменной структуры  можно использовать для проверки закона Малюса.

Устройство установки

Основой установки является микроскоп (рис. 4). Микроскоп состоит из тубуса 1, закрепленного на штативе  со станиной 2.
В нижней части тубуса расположен объектив 3,
а в верхней – окуляр 4. В тубус вставлен также анализатор. Тубус помещен над предметным столиком 5, на котором находится кассета
с поляризатором и образцом феррит-граната. Столик может вращаться, и для отсчета его угла поворота, а следовательно, и поляризатора имеется шкала с указателем. Под столиком находится осветительная система 6, в качестве которой может использоваться зеркало или лампа накаливания. Лампа осветителя рассчитана на 220 В. Для наводки на резкость штатив можно перемещать винтом наводки-юстировки 7.

Порядок выполнения работы

1. Перемещая винт грубой наводки на резкость и микровинт, настроить микроскоп так, чтобы отчетливо была видна доменная структура.

2. Контраст между доменами зависит от взаимного расположения анализатора и поляризатора, поэтому при вращении как поляризатора, так и анализатора будет изменяться яркость доменов. В данной установке удобнее вращать поляризатор путем вращения предметного столика микроскопа.

3. Вращая столик микроскопа, найти положение, при котором домены не видны (а видны только доменные границы) и поле зрения будет темно-серым. Записать угол j0, соответствующий этому положению (рис. 3, б).

4. Вращать столик микроскопа до тех пор, пока контраст между доменами не станет наибольшим, при этом темные домены наблюдаются как темно-коричневые, а светлые — как желтые. Записать угол  j1 (рис. 3, в).

5. Вычислить угол поворота плоскости поляризации j:

j =½j1-j0½.

6. Описанные выше эксперименты выполнить 5 раз и вычислить среднее значение <j>, данные занести в табл. 1, в которой приведены значения толщины образца l и намагниченности Js.

Таблица 1

j0

j1

j

<j>

Js

l

V

1

4160

А/м

5×10-6

м

2

3

4

5

7. Из формулы (1) вычислить постоянную Верде.

8. Выполнить пункт 3. Вращать столик до тех пор, пока не увидите в окуляре первоначально наблюдаемое поле зрения. Записать угол j1 и вычислить угол поворота поляризатора j.

9. Данные занести в табл. 2, аналогичную табл. 1, исключая три последних столбца.

10. Обработать результаты и сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается эффект Фарадея?

2. Почему не видны домены при двух положениях анализатора? Чем отличается поле зрения при этих положениях и почему?

3. Как измерить угол поворота плоскости поляризации, если за исходное положение взять светлое поле зрения, при котором домены не видны? Ответ проверьте экспериментально.

4. Почему изменяется контраст между доменами при повороте анализатора или поляризатора? При каком положении анализатора один из доменов будет наиболее темным? Соответствует ли это положение наибольшей яркости второго домена?

5. Изменится ли угол поворота плоскости поляризации, если прозрачный образец феррита-граната поместить на зеркальную поверхность и наблюдать доменную структуру в отраженном свете?

6. Изменится ли изображение доменной структуры, если перевернуть образец?

7. Как доказать, что в микроскоп видны домены? Свое предположение проверьте экспериментально.

Библиографический список

к лабораторной работе № 8

1. Савельев, И. В. Курс общей физики: учеб. пособие / И. В. Савельев. – СПб.: Лань, 2005. – Т. 2. – § 141.

2. Савельев, И. В. Курс общей физики. Волны. Оптика: учеб. пособие для втузов / И. В. Савельев. – М.: Астрель, 2003. – Т. 4. – гл. 6 § 6.8.

3. Кингсеп, А. С. Основы физики / А.С. Кингсеп, Локшин, Г. Р., Ольхов, О. А.. – М., 2001. –Т.1  – ч. 3 гл. 10.

4. Трофимова, Т. И. Курс физики / Т. И. Трофимова. – М., 1990. – § 135–136, 195.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76967. Убеждение и поощрение как методы государственного управления: понятие, сущность, виды, значение в выполнении задач и функций государственного управления 30.13 KB
  Убеждение и поощрение как методы государственного управления: понятие сущность виды значение в выполнении задач и функций государственного управления. Убеждение – процесс целенаправленного воздействия субъекта управления на управляемый объект в результате которого идеи ценности установки субъекта становятся внутренними идеями личными установками объекта управления. Существуют следующие средства способы убеждения: обучение процесс целенаправленного формирования знаний умений навыков; агитация распространение идей в целях...
76968. Понятие и сущность административно-правовых режимов, их виды и правовые основания введения и использования 28.07 KB
  Понятие и сущность административно-правовых режимов их виды и правовые основания введения и использования. Административно-правовые режимы ставят перед собой цель создание на пути правонарушителей надежных правовых барьеров которые бы затрудняли или же полностью исключали достижение противоправных целей. Ласточкин рассматривает его как совокупность правовых установок и необходимых организационных управленческих мер которые обеспечивали бы порядок реализации отдельными гражданами своих соответствующих прав и обязанностей а также порядок...
76969. Режим чрезвычайного положения 27.67 KB
  Режим чрезвычайного положения. Режим чрезвычайного положения – это вводимый в соответствии с Конституцией и ФКЗ О чрезвычайном положении на всей территории Российской Федерации или в ее отдельных местностях особый правовой режим деятельности органов государственной власти органов местного самоуправления организаций независимо от организационно правовых форм и форм собственности их должностных лиц общественных объединений допускающий установленные данным ФКЗ отдельные ограничения прав и свобод граждан Российской Федерации иностранных...
76970. Режим военного положения 27.09 KB
  Режим военного положения. Целью введения военного положения является создание условий для отражения или предотвращения агрессии против России. Основания введения военного положения агрессия против РФ или ее непосредственная угроза а цель создание условий для ее отражения или предотвращения. Режим военного положения включает в себя комплекс экономических политических административных военных и иных мер направленных на создание условий для отражения или предотвращения агрессии против РФ.
76971. Режим противодействия терроризму 26.86 KB
  Нормы административного права определяют их правовой статус полномочия механизм взаимодействия с другими субъектами права. В отличие от других отраслей права оно реализует весь арсенал названных способов воздействия на поведение физических и юридических лиц. Для решения задач противодействия терроризму недостаточно мощности дозволительного способа правового регулирования который предполагает определенную автономность поведения субъекта права. На первый план выступают разрешительный и запретительный способы воздействия на поведение...
76972. Режим охраны Государственной границы Российской Федерации 28.46 KB
  Режим охраны Государственной границы Российской Федерации. Понятие государственной границы определяется тремя критериями: фактическим юридическим техническим. Технический критерий это обозначение соответствующей линии на местности обустройство границы организация ее охраны. Охрана государственной границы важное условие защиты политических экономических интересов и безопасности России.
76973. Паспортная система в Российской Федерации и режим её обеспечения: понятие, сущность, правовые основы, система органов, обеспечивающих режим 28.05 KB
  К ним относятся: фамилия имя отчество гражданина; пол число месяц год и место его рождения; отметки о регистрации и расторжении брака о детях; об отношении к военной службе; о регистрации по месту жительства и снятии гражданина с регистрационного учета. Выдача обмен паспортов вклеивание в них фотографий осуществляются подразделениями Федеральной миграционной службы по месту жительства. Значительные изменения паспортная система претерпела с принятием Закона РФ О праве граждан Российской Федерации на свободу передвижения выбор места...
76974. Административное принуждение как метод государственного управления в России: понятие, сущность и правовая природа. Виды мер административного принуждения 27.09 KB
  Следовательно принудительные меры связаны с возможностью заставить физически и или психически управляемый объект совершить определенные действия или позволить совершить такие действия по отношению к нему. Административное принуждение находит свое выражение в наборе мер принуждения которые можно классифицировать на следующие группы в зависимости от характера и степени принудительного воздействия а также цели принуждения: административнопредупредительные; административнопресекательные; административновосстановительные; меры...
76975. Особенности и содержание административно-предупредительных мер 24.45 KB
  Административнопредупредительные меры это меры принудительного характера которые применяются как это следует из их названия в целях предупреждения возможных правонарушений в сфере государственного управления которые могут привести к нарушениям общественного порядка и общественной безопасности другим явлениям вредным для режима управления государством. Они применяются например для предотвращения аварий на производстве дорожнотранспортных происшествий пожаров; обеспечения санитарноэпидемиологического благополучия населения...