Frage zur Polarisation von Licht zum Nachweis einer Transversalwelle
Ich bin mir nicht ganz sicher ob ich das richtig verstehe. Ich habe mir ein paar Websites angesehen und hätte das jetzt so beschrieben:
Von Natur aus ist eine elektromagnetische Welle zirkular polarisiert. Es ist aber möglich sie mithife eines Polarisators zu einer linear polarisierten Wellen zu machen, welche sich dann mit einem um 90° verdrehten Polarisator komplett ausschalten lässt. Dies schließt eine Ausbreitung von Licht als Longitudinalwelle aus.
Da ich mir aber nicht ganz vorstellen kann auf welche art ein solcher polarisator arbeitet, weiß ich auch nicht ob ich jetzt nicht doch irgendetwas falsch verstanden habe. Wäre toll wenn mir das jemand sagen könnte :D
4 Antworten
Es gibt schon viele richtige Antworten, auch sehr anschauliche, wie die mit den Speeren. Richtig ist auch, dass Licht eine Transversalwelle ist, was heißt, das das Licht in allen Ebenen schwingt, die senkrecht zu seiner Ausbreitungsrichtung liegen. Stell dir ein dreidimensionales Koordinatensystem vor, in dem sich das Licht entlang der z-Achse ausbreitet. Dann liegen die Schwingungen allesamt in der x-y-Ebene. Ein Polarisator "schluckt" nun alle diese Schwingungen die, sagen wir in y-Richtung schwingen. Aber nicht nur die,die genau in dieser Richtung schwingen, sondern auch alle y-Komponenten derer, die irgendwo dazwischen liegen. Was dann übrig bleibt, sind nur die, die genau in in x-Richtung schwingen. Einfache Polarisatoren bestehen aus Plastfolien mit eingebetteten länglichen Farbstoffmolekülen, die mehr oder weniger alle in eine Richtung zeigen und die den gesamten sichtbaren Spektralbereich abdecken. Solche verwendet man z. B. beim Fotografieren, um Spiegelungen von z.b. Fensterscheiben zu vermeiden. Die Scheiben verändern die Polarisationsrichtung und das von ihnen reflektierte Licht kann den Polarisator nicht passieren und gelangt damit nicht auf den Film oder die Sensoren der Kamera. Solche Polarisatoren sperren aber maximal 95% der unerwünschten Schwingungsrichtungen aus. Für physikalische Experimente benötigt man meist eine höhere "Reinheit". Diese erzielt man, indem man zwei Prismen zu einem Würfel zusammensetzt. Bei geeigneter Materialwahl, wird die Berührungsfläche der beiden Prismen "semitransparent", das heißt sie lässt Licht, das in x-Richtung schwingt durch und reflektiert das "y-Licht", dass die Bahn dann durch einen "Notausgang" verlassen muss (je nach Ausrichtung des Glaswürfels nach oben, unten rechts oder links), während das "x-Licht" sich ohne Abweichung weiter in der ursprünglichen Richtung ausbreitet. Die Folienpolisatoren siehst du sicherlich täglich, ohne dir dessen bewusst zu sein: Sogenannte LCD´s (Flüssigkristallanzeigen) in Digitaluhren, Mobiltelefonschirmen usw. besitzen eine "Sandwich"-Struktur: Glasscheibe - Folienpolarisator - transparente Elektroden - Flüssigkristallschicht - transparente Elektroden - Spiegel. Die Flüssigkristallschicht ist von der einen zur anderen Seite um 90° verdreht. Wenn das Licht den oberen Polarisator passiert hat (nur noch x-Richtung), wird dessen Polarisation von den Flüssigkristallen um 90° gedreht (nur noch y-Richtung). Der hintere Polarisator ist im Verhältnis zum vorderen in einem Winkel von 90° angeordnet. Als "Einlasser" macht er dem Licht keine Probleme zum Siegel und wieder zurück zu gelangen. Die Anzeige ist also hell. An die durchsichtigen Elektroden kann man nun eine kleine Spannung anlegen, die dazu führt, dass die Flüssigkristalle sich entlang des Spannungsfelds, also in Richtung der Lichtausbreitung, ausrichten. Dann können sie die Polarisationsebene nicht mehr drehen, das Licht wird nicht zum Spiegel gelassen, womit ihm auch der Rückweg versperrt ist.. Die Anzeige ist in den Bereichen der Elektroden dunkel (schwarz). Bei einfachen digitalen Anzeigen sind die Elektroden in Gruppen mit je sieben Segmenten angeordnet, mit denen man die Ziffern von 0 bis 9 abbilden kannst (drei untereinander angeordnete waagerechte und zwei mal zwei senkrechte). Wenn du ein solches Display anschaust und ein wenig drehst, solltest du diese Elektroden sehen können. Displays mit denen man auch Buchstaben anzeigen kann, benötigen natürlich mehr Elektroden mit mehr Segmenten. Nicht zu reden von LCD-Farbfernsehern. Aber keine dieser genialen Entwicklungen kommt ohne Polarisator aus! Hoffe dir ein wenig geholfen zu haben.
Lutla
Stell dir vor, die Photonen des linear polarisierten Lichts wären kleine Männchen mit Speeren. Der Polarisator ist wie ein Gartenzaun mit Holzlatten und Lücken dazwischen. Wenn die Männchen ihren Speer richtig halten (wenn der Polarisationsvektor richtig orientiert ist), können sie dürch die Lücken hindurch, ansonsten bleiben sie hängen.
Licht breitet sich nur als Transversalwelle aus und nie als Longitudinalwelle. Zur Polarisation: Licht kommt in der Natur meist nicht polarisiert vor, sondern ist eine Überlagerung mehrere Wellen (weißes Licht bspw. ist eine Überlagerung des gesamten sichtbaren Lichtspektrums). Durch Reflexion und Streuung wird das Licht teilweise polarisiert. Man kann zudem mit Hilfe von Polarisationsfiltern das Licht polarisieren. Will heißen, dass man Licht durch einen Filter schickt und nur das gewünschte Licht durchkommt, der Rest wird absorbiert bzw. blockiert. So ein Filter besteht aus zwei Kristallen mit langkettigen Molekülen (Makromoleküle wie Zucker bspw.). Lichtwellen deren Auslenkung des E-Feld-Vektors parallel zu diesen Ketten sind werden rausgefiltert. Was rauskommt ist eine polarisierte Welle.
Siehe dazu:
Schau mal hier rein: http://www.uni-tuebingen.de/uni/pki/skripten/elektrizitaet/V8_3Polarisation.pdf