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Versuchsdurchführung
a) Polarisation durch Absorption
Durch eine Pappblende auf einem Overheadprojektor wird ein Lichtkreis auf die Wand projiziert. Es werden nun zwei lineare Polarisationsfilter übereinander angeordnet, wobei die Polarisator-Stellung durch einen Hebel angezeigt wird bzw. verändert werden kann.
1. Polarisatoren nicht gekreuzt
Es wird gezeigt, dass bei paralleler Stellung der beiden Polarisatoren, das Licht fast ungehindert transmittiert wird.
2. Polarisatoren gekreuzt (90°)
Die beiden Polarisatoren werden nun verdreht, bis beide um 90° gegeneinander gekreuzt sind. Es wird beobachtet, dass die transmittierte Intensität abnimmt und bei 90° fast kein Licht mehr transmittiert wird.
3. Dritter Polarisator in 45° Stellung dazwischen
Ein dritter Polarisator wird in 45° Stellung zwischen die beiden gekreuzten Polarisatoren eingebracht. Es ist deutlich zu sehen, dass nun wieder Licht transmittiert wird.
Diese Beobachtungen sind dadurch zu erklären, dass das transmittierte Licht nach jedem Polarisator die Polarisationsrichtung besitzt, welche der Polarisator-Stellung entspricht. Die Intensität des transmittierten Licht folgt dabei der Gleichung
\(I=I_0 \cdot cos^2(\phi)\)
\(I=\) Intensität nach Polarisator 1
\(\phi =\) Verdrehung zwischen den Polarisatoren
Damit ergibt sich für die drei Polarisatoren, die jeweils um 45° gegeneinander verdreht sind eine transmittierte Intensität:
\(I_{trans}=I_0 \cdot cos^4(45^{\circ})=\frac{1}{4}I_0\)
Für zwei um 90° gekreuzte Polarisatoren ergibt sich dagegen:
\(I_{trans}=I_0 \cdot cos^2(90^{\circ})=0\)
b) Polarisation durch Streuung
Es wird die Polarisation von Licht durch Mastix-Teilchen gezeigt. Dabei wird ein Zylinder mit Mastixlösung von einer Bogenlampe mit Winkelkondensor von unten beleuchtet, sodass ein Lichtstrahl im Zylinder aus Streulicht sichtbar ist.
Vor dem Standzylinder ist ein Polarisationsfilter angebracht, sodass die Polarisationsrichtung des gestreuten Lichts analysiert werden kann.
1. Polarisationsfilter parallel zur Grundfläche
Der Strahl gestreuten Lichts ist deutlich sichtbar.
2. Polarisationsfilter senkrecht zur Grundfläche
Der Strahl aus gestreuten Licht ist nun nichtmehr sichtbar.
Erklärung
Dies ist dadurch zu erklären, dass der E-Feld-Vektor des Lichtes senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingt. Das bedeutet, bei der Rayleigh Streuung an den Mastixteilchen können die Elektronen der Mastixmoleküle nur senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes angeregt werden (also nur in der Ebene parallel zur Grundfläche des Standzylinders). Das bedeutet aber auch, dass die angeregten Elektronen der Mastixmoleküle, die nun wie hertzsche Dipole wirken, nur elektromagnetische Strahlung (Licht) in dieser Ebene emittieren können. Damit ist das gestreute Licht linearpolarisiert in dieser Ebene, also immer parallel zur Grundfläche des Zylinders. Damit kann senkrecht zur Grundfläche des Zylinders kein Streulicht beobachtet werden (für diese Stellung verschwindet der Strahl aus Streulicht).
3. Polarisationsfilter unter dem Standzylinder
Bei dieser Versuchsvariante wird der Polarisationsfilter unter dem Standzylinder angebracht, sodass das eintretende Licht bereits linear-polarisiert ist.
Mit der Kamera kann nun um den Aufbau herum gefahren werden, sodass man sehen kann, dass bei bestimmten Blickrichtungen der gestreute Lichtstrahl nichtmehr sichtbar ist.
Erklärung
Die Beobachtung beruht dabei darauf, dass das eintretende Licht bereits linear polarisiert ist. Der elektrische Feldvektor des Lichtes schwingt also nur in einer ausgezeichneten Richtung, sodass nur in dieser Richtung die Elektronen im Mastix zur Schwingung angeregt werden. Gemäß den Gesetzen des hertschen Dipols können die induzierten Hertzschen Dipole in den Mastix-Molekülen in der Schwingungsrichtung keine elektromagnetischen Wellen abstrahlen, sodass in der Richtung der Polarisation kein gestreutes Licht sichtbar ist.