06法拉第实验文档格式.docx
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式巾比例常数V叫做费尔德常数。
几乎所有的物质都存在法拉第效应。
在不同的物质偏振面旋转的方向可能不向。
假想磁场B是由绕在样品上的螺旋线圈产生的。
适应上规定：
振动面的旋转方向和螺旋线圈中电流方向一致，称为正旋（V＞0）；
反之，叫做负旋（V＜0）。
V由物质和工作波长决定，它表征物质的磁光特件。
2.关于每一种给定的物质，法拉第旋转方向仅由磁场方向决定。
而与光的传播方向无关（不管传播方向与B同向或反向）。
这是法拉第磁光效应与某些物质的固有旋光效应的重要区别。
固有旋光效应的旋光方向与光的传播方向有关。
对固有旋光效应而言，随着顺光线和逆光线方向观看，线偏振光的振动河的旋向是相反的，因此，当光波来回两次穿过固有旋光物质时，那么会一次沿某一方向旋转，另一次沿相反方向旋执结果是振动面复位，即振动面没有旋转。
而法拉第效应那么不然，在磁场方向不变的情形下，光线来回穿过磁致旋光物质时，法拉第转角将加倍，即转角为2θ。
利用法拉第旋向与光传播方向无关这一特性，可令光线在介质中来回数次，从而使效应增强。
3.与固有旋光效应类此法拉第效应包有旋光色散，即费尔德常数V随波长λ而变。
一束白色线偏振光穿过磁致旋光物质，紫光的振动面要比红先振动面转过的角度大。
这确实是旋光色散。
实验说明，磁致旋光物质的费尔德常数V随波长λ的增加而减小。
旋光色散曲线又称法拉第旋转谱。
法拉第效应的旋光角
一束平面偏振光能够分解为两个不同频率等振幅的左旋和右旋圆偏振光，如（图1—10—2）。
设线偏振光的电矢量为E，角频率为ω，能够把E看做左旋圆偏振光和右旋圆偏振光ER之和,通过磁场中的磁性物质（以下简称介质）时,的传播速度为VL,的传播速度为,通太长度D的介质后,和之间产生相位差
（1－10—3）
式中,为光通过介质的时刻和折射率,,为光通过介质的时刻和折射率,c为真空中的速度。
出射介质和线偏振光相关于入射介质前的线偏振光转过一个角度
（1－10—4）
即为法拉第效应的旋转角。
（二）
法拉第旋转角的计算
由量子理论明白,介质中原子的轨道电子具有磁偶极矩,且
（1－10—5）
其中e为电子电荷,m为电子质量,L为电子的轨迹动量。
在磁场B的作用下,一个电子磁矩具有势能V,那么
（1－10－6）
其中为电子轨道角动量的轴向分量。
在磁场B的作用下,当平面偏振光通过介质时,光子与轨道电子发生彼此作用,使轨道电子发生能级跃迁时轨道电子吸收角动量,跃迁后轨道电子动能不变,而势能增加了,且:
（1－10－7）
当左旋光子参与交互作历时,那么
（1－10-8）
而右旋光子参与交互作历时,那么
（1－10-9）
咱们明白,介质对光的折射率n是光子能量（）的函数,因此
（1－10-10）
能够以为,在磁场作用下,具有能量为（）的左旋光子所碰到的轨道电子能级机构等于不加磁场时能量为的左旋光子所碰到的轨道电子能级结构,因此有
（1－10-11）
或
（1－10－12）
同理，右旋光量子，有
（1－10－13）
（1－10－14）
把势
（1－10－13）和式（1－10－14）代入式（1－10－11）得
（1－10－15）
因为，代入式（1－10－15）得
（1－10－16）
其中
（1－10－17）
称费尔德常熟，它反映了介质材料的一种特性。
关于CGS制，那么有
（1－10－18）
公式（1－10－15）和（1－10－18）确实是法拉第效应旋转角的计算公式。
它说明法拉第旋光角的大小和样品厚度成正比，和磁场强度成正比，而且和入射波光的波长及介质的色散有紧密关系。
二实验配置
本实验采纳WFC－s型数显法拉第效应测试仪。
由单色光源，磁场和样品介质，旋光角检测系统组成。
（一）单色仪：
利用WDX小单色仪
1．技术指标：
（1）工作波段：
～µ
m。
（2）分辨率,可分开钠D线（）。
（3）狭缝工作特性：
固定狭缝，高10mm，宽；
可变狭缝，高10mm，宽0～3mm；
鼓轮格值。
（4）物镜：
焦距f＝329mm，相对孔径。
2．波长与鼓轮读数对应关系表
表1－10－1
波
长
（微
米）
鼓
轮
读
数（T）
棱
镜
（60º
）
（30º
（二）磁场和样品介质
直流电磁铁采纳DT4电工纯铁做成磁路，磁极拄直径＝40mm，磁路中有直径＝6mm通光孔。
因此能保证入射光的光轴方向与磁场的方向一致。
磁极间隙为11mm。
激磁电流为4A时，磁场强度可达8200高斯。
（图1－10－2）为激磁电流与磁场强度的关系曲线。
图1－10－2
样品介质ZF6为重火石玻璃呈三棱镜（β＝60º
）的形状，样品固定再电磁铁两极之间的夹具上。
三实验内容及步骤
（一）仪器调整
1、调整单色仪的四脚螺钉，使单色仪处于水平状态，出光口的中心轴与电磁铁的通光孔在一条水平线上。
2、将单色仪和电磁铁配合衔接，从电磁铁的另一磁极通光孔中，用30倍的读数显微镜观看，调整单色仪的位置，使光束位于原孔中心，将光电同意的连接罩插入电磁铁的凹槽中。
3、将测试样品固定在电磁铁的磁极中间。
（二）仪器操作
1.
打开光源及及检偏角度测试仪的电源，预热5分钟，使仪器工作状态处于稳固。
2.
调整灵敏度悬钮，顺时针为增加，灵敏度的大小反映在数显表的数值转变的快慢上，也确实是说，灵敏度增高，数值转变变快。
在加上1A电流时，使数值为2位有效数字即可。
3.
顺时针旋转检偏手轮到头，然后逆时针旋转2周，按清零按钮使角度表复位。
4.
将检偏器手柄与连接座及电磁铁的标记调成一条线。
5.
调整微调，使数显表值为零。
6.
验证角度表的零位是不是正确。
7.
调整适当的狭缝宽度和鼓轮读数。
8.
开始进行数据测量。
（三）实验内容：
一、
测量法拉第效应偏振面旋转角θ与外加磁场电流I的关系曲线
二、
检查角度表零位及数显表的初值是不是为零。
3、
打开电源，慢慢增加电流至1A，数显表示值应为二位数。
4、
旋转手轮，使角度表读数增加，直到数显表读数为零，记录角度表数值，这确实是法拉第效应角θ
五、
慢慢减小电流（注意：
不能直接关闭电源，因为剩磁会阻碍结果），旋转手轮使数显表读数为零。
现在角度表的读数为重复误差。
六、
以上进程每增加1A电流，重复测量三次，求平均，减小误差。
7、
测量法拉第效应偏振面旋转角θ和波长的关系曲线
测量进程大体通上，在电流不变的基础上，每更改一次鼓轮读数，重复测量三次，求平均。
八、
查验实验精度，计算电子荷质比。
通过实验所测各曲线或近线性范围内，选择α、β、λ和值（取三组数据），由
计算值，比较测得值与经典（库仑/千克）值，求出本实验的相对误差，并分析误差来源。
九、
测样品介质色散与波长λ的关系曲线方式：
由光源、单色仪产生单色光，将三棱镜样品放置在分光计上，用最小偏向角法测出入射光波长和最小倍角的对应关系。
然后利用公式：
推导出：
依照公式求出λ－－的对应关系。
式中：
n为样品折射率
β为样品三棱镜顶角
Q为最小偏向角
（四）实验数据的处置
关于每一个给定的条件，重复测量3次，结果求平均。
将数据输入Excel绘制出滑腻曲线图。
1、旋转角θ与外加磁场电流I的关系原始数据
测量条件为狭缝宽度：
鼓轮读数
表1－10－2
电流
角度表读数
重复误差
平均读数
平均重复误差
1A
2A
3A
4A
注：
2、旋转角θ与外加磁场电流I的关系原始数据
测量条件为狭缝宽度：
表1－10－3
3、旋转角θ和波长的关系原始数据
表1－10－4
对应波长
平均角度
平均误差
法拉第效应角
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