Stundenprotokoll Physik LK 23.4.2007
Fachlehrer: Herr Bastgen Protokollführer: Lucas Bock Thema der Stunde: Polarisation
Zu Beginn der Stunde führt Philipp einen Versuch zur Polarisation von Licht vor. Hierzu werden zwei Polarisationsfilter in den Lichtstrahl einer Halogenlampe gebracht. Stehen Polarisator und Analysator in der gleichen Position, so ist die Intensität des Lichts auf dem Schirm maximal. Dreht man nun an dem Analysator, wird der Strahl schwächer, bis er bei einer Stellung von 90° zu dem Polarisator ganz verschwindet. Wird der Polarisationsfilter nun weitergedreht wird der Lichtstrahl wieder stärker, bis er bei 180° wieder maximal ist.
Ein Polarisationsfilter lässt immer nur eine Schwingungsebene hindurch. Er filtert alle anderen Ebenen, die das
Licht hat, heraus. Je nachdem in welchem Winkel der Analysator zum Polarisator steht, ist die Intensität des durchgelassenen Lichts stärker oder schwächer.
Stehen die beiden Filter in einem senkrechten
Winkel zueinander, werden alle Schwingungsebenen herausgefiltert und der Schirm bleibt schwarz.
Bringt man nun ein Geodreieck zwischen die beiden Filter, so sieht man ein farbiges Licht vom Geodreieck, weil dieses die Polarisationsebene wellenabhängig dreht. Der gleiche Versuch funktioniert z.B. auch mit einer Lösung aus Zuckerwasser. Auch diese dreht die Polarisationsrichtung um einige Grad.
Polarisation wird angewendet um Materialien zerstörungsfrei zu untersuchen. Kunststoffe, die unter Spannung stehen, erzeugen im polarisierten Licht farbiges. So kann man einfach sehen an welchen Stellen ein Material unter Druck steht.
In einem nächsten Versuch bestrahlen wir eine Schwarzglaspyramide mit polarisiertem Licht.
Abhängig davon, wie der Polarisationsfilter gedreht ist, das heißt welche Schwingungsebene der Polarisator durchlässt, spiegelt die Pyramide entweder nur die linke und rechte oder nur die obere und untere Fläche. Zur Erklärung des Phänomens führen wir einen weiteren Versuch durch.
Halogenlampe, Polarisator, Geodreieck, Objektiv, Analysator, Schirm
Halogenlampe, Polarisator, Objektiv, Schwarzglaspyramide
In diesem Versuch halten wir mehrere Glasplatten in das polarisierte Licht einer Halogenlampe. Wie betrachten sowohl den reflektierten Strahl als auch den durchgehenden Strahl mit einem Polarisationsfilter. Nun verändern wir den Winkel des Polarisationsfilters vor der Glasscheibe. Es fällt auf, dass wenn der reflektierte Strahl hell erscheint, der gebrochene Strahl dunkel erscheint und umgekehrt. Das bedeutet, dass gebrochener und reflektierter Strahl genau
umgekehrt polarisiert sind.
Brewsters Gesetz
Falls der reflektierte Strahl und der gebrochene Strahl senkrecht zueinander stehen, sind beide senkrecht polarisiert.
Einfallwinkel
geteilt durch aus- tretenden Winkel ergibt denBrechungsindex. Stehen diese beiden Winkel senkrecht zueinander gilt folgendes:
Da wir den Brechungsindex für Glas kennen, können wir somit den Einfallswinkel
bestimmen.Für Kronglas gilt:
= 1,615
23 , 58
615 , 1 arctan
Bei einem Winkel von 58,23° erhalten wir eine Polarisation des reflektierten Strahls.
Damit erklärt sich nun auch der Versuch mit der Glaspyramide. Die Pyramide hat eine Neigung von ca. 58°. Daher kann das Licht immer nur in einer Polarisationsebene reflektiert werden. Steht diese nun senkrecht auf dem einfallenden polarisierten Licht, erfolgt keine Reflektion.
arctan tan
cos sin
sin 90
sin 90
90 180 90 sin
sin
