Polarisiertes Licht
Zwei Polarisationsfilter stehen hintereinander in einem LichtbĂŒndel. Wann kommt auf dem Schirm dahinter kein Licht mehr an?
ErklĂ€rung: Der erste Filter lĂ€sst nur eine Schwingungsrichtung des E-Felds durch. Steht der zweite quer dazu, hat das ankommende Licht keine Komponente mehr in dessen Durchlassrichtung â gekreuzte Filter sperren vollstĂ€ndig.
Dreht man bei natĂŒrlichem Licht nur den ersten Polarisationsfilter, so Ă€ndert sich die Helligkeit auf dem Schirm deutlich.
ErklĂ€rung: Im natĂŒrlichen Licht sind die Schwingungsebenen des E-Felds regellos ĂŒber alle Richtungen verteilt â keine Richtung ist ausgezeichnet, jede Filterstellung lĂ€sst gleich viel durch. Erst die relative Stellung zu einem zweiten Filter erzeugt Helligkeitsunterschiede.
Eine unbekannte Welle trifft auf einen drehbaren Polarisator. Beim Drehen um 90° sinkt die IntensitÀt dahinter von maximal auf null. Wie schwingt die Welle?
ErklĂ€rung: Nur eine Querwelle (Transversalwelle) hat verschiedene mögliche Schwingungsrichtungen senkrecht zur Ausbreitung, aus denen ein Filter eine auswĂ€hlen kann â dann hĂ€ngt die Helligkeit von der Filterstellung ab. Eine LĂ€ngswelle schwingt genau in Ausbreitungsrichtung; ein Drehen des Filters um diese Achse könnte nie etwas Ă€ndern. Deshalb beweist die Polarisierbarkeit von Licht, dass Licht transversal ist.
Die Polarisationsrichtung einer elektromagnetischen Welle ist durch die Schwingungsrichtung des ___-Feldes festgelegt.
ErklĂ€rung: VereinbarungsgemÀà gibt die Schwingungsebene des elektrischen Feldes die Polarisationsrichtung an â beim Dipol schwingt das E-Feld parallel zum Sendedipol.
Laserlicht ist in der Regel bereits linear polarisiert.
ErklĂ€rung: Analysiert man Laserlicht mit einem einzelnen Polfilter, Ă€ndert sich die Helligkeit beim Drehen deutlich â anders als bei der GlĂŒhlampe. Das Laserlicht schwingt also schon von sich aus in einer festen Ebene.
Wie funktioniert eine Polarisationsfolie?
ErklĂ€rung: Beim Strecken der Folie entstehen parallele Kohlenwasserstoffketten, auf denen sich Elektronen lĂ€ngs bewegen können â das exakte Analogon zum Drahtgitter im Mikrowellenversuch. LĂ€ngs der Ketten regt das E-Feld Schwingungen an, deren SekundĂ€rwelle die PrimĂ€rwelle auslöscht.
Der Mond hat keine AtmosphÀre. Welche Farbe hat dort der Himmel, wÀhrend die Sonne scheint?
ErklĂ€rung: Das Blau des Erdhimmels entsteht durch Streuung des Sonnenlichts an den LuftmolekĂŒlen (Rayleigh-Streuung): Die Streuung wĂ€chst mit 1/λâŽ, kurzwelliges blaues Licht wird viel stĂ€rker gestreut als rotes und erreicht unser Auge aus allen Richtungen. Ohne Luft wird nichts gestreut â der Himmel bleibt auch am Tag schwarz, wie die Fotos der Mondlandungen zeigen. Das Blau stammt also weder vom Weltall noch vom Meer.
WeiĂes Licht lĂ€uft der LĂ€nge nach durch ein langes Becken mit stark verdĂŒnnter Milch. Welche Farbe hat der Lichtfleck auf dem Schirm am Ende?
ErklĂ€rung: Die winzigen Teilchen in der Milch streuen wie die LuftmolekĂŒle kurzwelliges blaues Licht viel stĂ€rker als rotes. Auf dem langen Weg wird das Blau seitlich weggestreut â das Becken schimmert von der Seite blĂ€ulich, beim Schirm kommt vor allem rotes Licht an. Genauso bei der tiefstehenden Sonne: Ihr Licht legt einen langen Weg durch die AtmosphĂ€re zurĂŒck und erscheint rot.
Ein Beifahrer trĂ€gt eine Polarisations-Sonnenbrille und neigt den Kopf um 90° zur Seite. Was passiert mit den Spiegelungen auf der nassen StraĂe?
ErklĂ€rung: Licht, das an der nassen StraĂe reflektiert wird, ist ĂŒberwiegend waagerecht polarisiert. Die Brille lĂ€sst nur senkrecht schwingendes Licht durch und sperrt so die Spiegelungen. Neigt man den Kopf um 90°, steht die Durchlassrichtung waagerecht â jetzt lĂ€sst die Brille genau die Spiegelungen durch, sie werden heller. Ein Polfilter dunkelt also nicht einfach gleichmĂ€Ăig ab.
Welche Rolle spielt die Polarisation in einem LC-Display?
ErklĂ€rung: Hintergrundlicht wird zuerst linear polarisiert; die angelegte Spannung bestimmt, wie stark der FlĂŒssigkristall die Schwingungsebene vor dem zweiten Filter dreht â von voll durchlĂ€ssig bis gesperrt. Der Modellversuch mit zwei Filtern auf dem Tageslichtprojektor zeigt genau diesen Hell-dunkel-Mechanismus.
Ein Geodreieck liegt zwischen zwei gekreuzten Polfiltern auf dem Tageslichtprojektor. Man sieht schillernde Farbmuster, die sich beim Biegen Àndern. Was zeigt der Versuch?
ErklĂ€rung: Ohne das Geodreieck sperren die gekreuzten Filter vollstĂ€ndig. Das verspannte Material dreht die Schwingungsebene fĂŒr jede WellenlĂ€nge etwas anders, sodass je nach Ort verschiedene Farben den zweiten Filter passieren â ein PrĂŒfverfahren der Materialtechnik (Spannungsoptik).
Wie bestimmt ein Polarimeter die Zuckerkonzentration einer Lösung?
ErklĂ€rung: Jean-Baptiste Biot entdeckte, dass Lösungen bestimmter organischer Stoffe die Polarisationsebene drehen. Der Vergleich des Drehwinkels mit bekannten Konzentrationen liefert Art und Menge des Zuckers â bis heute Standard in der Lebensmittelkontrolle.
Auch Schallwellen in Luft lassen sich mit einem geeigneten Filter polarisieren.
ErklĂ€rung: Schall in Luft ist eine LĂ€ngswelle â die Luftteilchen schwingen in Ausbreitungsrichtung, es gibt keine Querrichtung auszuwĂ€hlen. Polarisation ist das Erkennungszeichen von Transversalwellen.
Beim Mikrowellenversuch steht ein Drahtgitter mit den StÀben parallel zum Sendedipol zwischen Sender und EmpfÀnger. Was misst der EmpfÀnger?
ErklĂ€rung: Das E-Feld regt die Elektronen lĂ€ngs der StĂ€be zu Schwingungen an; deren SekundĂ€rwelle löscht die PrimĂ€rwelle hinter dem Gitter aus. Erst um 90° gedreht â StĂ€be quer zum E-Feld â lĂ€sst das Gitter die Welle passieren. Die intuitive Vorstellung âdie Welle schlĂŒpft durch die LĂŒcken" sagt genau das Falsche voraus.