P 30: Polarisation von reflektiertem Licht
2.11 Polarisieren macht alles bunt
2.11.3 Polarisation bei Reflexion und Brechung
Fällt eine Lichtwelle von Luft auf eine Glas- oder Wasserfläche, so regt sie die Oszillatoren an der Oberfläche zum eigenen Schwingen an. Dadurch entstehen dann eine relfkeiterte und eine gebrochene Welle.
Jede ankommende Welle kann man zerlegen in eine, die Schwingungen parallel zur Einfallsebene (Pfeile in der Abb) erzeugt und eine, die Schwingungen senkrecht zur Einfallsebene (Punkte ind er Abb) erzeugt.
In vielen Darstellungen ist die Einfallseben die Zeicheneben und die dazu senkrechte Ebene die Oberfläche.
 |
| Wissenschaft in die Schulen |
Da die Oszillatoren an den Oberflächen nicht in beliebigen Richtungen gut frei schwingen können, gibt es Polarisationseffekte bei reflektierten und bei gebrochenen Wellen.
Das kann man im Detail verstehen und berechnen, für uns sind nur die folgenden Aspekte wichtig:
Das reflektierte Licht ist vollständig senkrecht zur Einfallsebene (gemeint ist hier die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldes) polarisiert, wenn gebrochener und reflektierter Lichtstrahl senkrecht aufeinander stehen.
 |
| LP Uni Göttingen |
Der Einfallswinkel, bei dem das passiert, nennt man den Brewsterwinkel αᴮ.
Bei anderen Einfallswinkel ist das reflektierte Licht teilweise polarisiert.
Deswegen kann man mit Polarisationsfiltern reflektiertes Licht abschwächen.
Sie hierzu die Bilder auf der Zusatzseite:
Wirkung von Polarisationsfiltern
Auch bei der Brechung treten Polarisationseffekte auf, damit beschäftigen wir uns im nächsten Post.
Den Brewsterwinkel kann man sehr einfach aus dem Brechungsgesetz berechnen.
Herleitung einer Formel für den Brewsterwinkel:
Für den Übergang Luft zu Glas/Wasser mit dem Brechungsindex (Abbremszahl) n gilt:
sin α / sin β = n
Für den Brechungswinkel für den Fall, dass α = αᴮ ist, gilt β = 90° - αᴮ:
Damit ergibt sich aus dem Brechungsgesetz:
sin αᴮ /sin (90° - αᴮ) = sin αᴮ /cos αᴮ = tan αᴮ = n
Das reflektierte Licht ist also vollständig polarisiert, wenn es unter einem Winkel auftrifft, dessen Tangens gleich dem Brechungswinkel ist.
Achtung! Lerninterferenz!
Auch bei der Totalreflexion haben wir aus dem Brechungsgesetz einen besonderen Winkel berechnet, den Grenzwinkel für Totalreflexion:
sin α = 1/n
Für den Brewsterwinkel gilt:
tan αᴮ = n
Bei der Totalreflexion stand der gebrochene Strahl senkrecht zum Einfallslot, beim Brewsterwinkel steht er senkrecht zum einfallenden Strahl.
Kein Wunder, dass dabei Gehirne auf Notstromversorgung mit destruktiver Interferenz gehen....
Rechnet einmal die beiden Winkel für den Übergang Luft/Wasser aus (n= 1,33).
>>> Fällt Licht unter einem Einfallswinkel von 53° von Luft her auf eine Wasseroberfläche, so ist das unter diesem Winkel auch reflektierte Licht vollständig polarisiert.
>>>Trifft Licht vom Wasser her unter einem Winkel von 49° gegen das Einfallslot, so wird es totalreflektiert und kommt nicht aus dem Wasser raus.
Stellt einmal zusammen, welche Informationen in den letzten beiden Sätzen leicht zu Lerninterferenzen führen...
Zu dem Thema gab es wirklich mal eine Abituraufgabe...
Ergänzung: Polarisation bei Streuung:
Licht wird an kleinen Staubteilchen oder Wassermolekülen oft auch abgelenkt und zufällig in eine Richtung gestreut, manchmal werden auch bestimmte Richtungen bevorzugt.
Das nennt man Streuung!
Streuung kann auch von der Wellenlänge abhängig sein. So entsteht das Himmelsblau und das Abendrot.
Gestreutes Licht ist auch polarisiert.
Dazu habe ich auf der Zusatzseite auch einige Bilder zusammengetragen:
Ein sehr schönes kurzes Video dazu:
Ich hoffe, wir können den Versuch auch im Unterricht mal zeigen.
Ansonsten: Milch, Lampe, Glasschüssel, Wasser und eine Polarisations-Sonnenbrille...und ihr könnt ihn selbst durchführen.
Kommentare
Kommentar veröffentlichen