Electromagnétisme

TP. 1. Polarisation de la lumière

Le but du TP est d’étudier :

• la polarisation de la lumière issue d’une source lumineuse naturelle,
• le flux de la lumière transmise par un polariseur suivie d’un analyseur,
• le pouvoir rotatoire d’une solution de saccharose.

La polarisation de la lumière est définie par la direction du champ électrique E associé à une onde électromagnétique. En général, lorsqu’une onde électromagnétique est issue d’une source de lumière naturelle la direction de son champ électrique change aléatoirement le long de la propagation : lumière non polarisée. Cependant, on peut avoir une lumière polarisée elliptiquement : E décrit un cercle ou bout d’une propagation d’une longueur d’onde), circulairement : E décrit un cercle au bout d’une propagation d’une longueur d’onde) ou rectilignement : E garde une direction fixe le long de la propagation).

Polariseur : un polariseur est un composant optique qui transmet une lumière polarisée rectilignement selon axe qui lui est propre : axe du polariseur.

1. Polarisation issue d’une source naturelle.

On se propose d’étudier la polarisation issue d’une source lumineuse naturelle S monochromatique.

1. Montage expérimental

Réaliser le montage indiqué sur la figure 1.

Axe du Polariseur[pic 1][pic 2][pic 3]

On note θ l’angle entre l’axe du polariseur et la verticale. La verticale est le zéro degré (0°).

0°

Axe du Polariseur[pic 4][pic 5]

θ

-90°

+90

1. Mesure

Pour mesurer le flux lumineux, on utilise un photo détecteur qui convertit le signal lumineux en un signal électrique qu’on peut mesurer par un voltmètre ou un oscilloscope. Ainsi, La valeur du flux lumineux transmis est mesurée (à une constante près) par le voltmètre V.

1. Mesurer le flux transmis (V) en fonction de l’angle du polariseur

 On résume les résultats dans ce tableau :

.On constate que l’intensité lumineuse sur l’écran n’a pas changée lorsqu’on a fait tourner le polariseur dans le plan perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde lumineuse

.

1. Tracer Φ(θ).

[pic 6]

1. Que peut-on conclure sur la polarisation de la lumière incidente ?

On remarque que Φ(θ)=constante (presque constante), on déduit que la polarisation est constante, car le polariseur détecte une polarisation constante d’une manière homogène dans l’espace.

On déduit que la polarisation issue d’une lumière de toute direction possible est distribuée d’une manière homogène

1. Polariseur + Analyseur - Loi de Malus

On se propose d’étudier la lumière transmise par deux polariseurs. Le premier polariseur (qui en face avec la source de lumière) est appelé polariseur est noté P. Le deuxième polariseur est appelé analyseur est noté A.

Soit θ l’angle entre les axes de P et de A

                                                     Axe de P

Axe de A[pic 7]

Soit E0 le champ électrique de l’onde transmise par P et Et le champ électrique transmis par A. On a alors,

Et  = E0 cos(θ).

Ainsi, Le flux transmis par A est égale à :

Φt =[pic 8][pic 9][pic 10]

E 2 =

E 2 cos(θ )2 = Φ

max

cos(θ )2

(Loi de Malus).

1. Montage expérimental[pic 11][pic 12][pic 13]

Le montage expérimental :.

Lampe

Axe de P

Axe de A

Photodétecteur

Amplificateur

Voltmètre

On fait varier uniquement l’axe de l’analyseur A.[pic 14][pic 15][pic 16]

1. Mesure

1. les mesures

On résume les résultats dans ce tableau :

Le graphe: 

...