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Polarisation von Licht - Grundlagen

Erklärungsmodell Hertz-Dipol

Licht als elektromagnetische Transversalwelle - Erklärungsmodell

Die gerade zuvor gewonnene Erkenntnis über die Transversalität des Lichtes, zusammen mit der schon im historischen Überblick erwähnten Entdeckung der Übereinstimmung zwischen experimentell gemessener Lichtgeschwindigkeit (z.B. durch Fizeau) und theoretisch postulierter Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle (durch Maxwell) lieferte nach der Entdeckung von Interferenz- und Beugungserscheinungen (Young und Fresnel) endgültig die Gewissheit, dass Licht tatsächlich eine elektromagnetische Transversalwelle ist. Genauer gesagt, dass Licht sich durch dieses theoretische Modell sehr gut beschreiben lässt.

Wellenmodell des Lichtes
Licht ist ein elektromagnetischer Transversalwellenvorgang.

Bei einer elektromagnetischen Welle schwingen ein elektrisches Feld (E-Feld) und das zugehörige magnetische Feld (B-Feld) jeweils senkrecht zueinander sowie senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle. Elektromagnetische Wellen werden überall dort abgestrahlt, wo elektrische Ladungen schwingen, z.B. beim so genannten Hertz'schen Dipol. Zum tieferen Verständnis desselben können Sie gerne hier nachlesen.

Zur Abstrahlungscharakteristik eines Hertz-Dipols sei auf die folgende Abbildung verwiesen. In dieser fällt insbesondere auf, dass in Schwingungsrichtung keinerlei Intensität abgestrahlt wird. Diese Tatsache werden wir im Folgenden noch des Öfteren benötigen.

Abb.1
Abstrahlungscharakteristik des Hertz'schen Dipols

Im Nahfeld (nahe am Entstehungsort der Welle) schwingen elektrisches und magnetisches Feld noch mit einer Phasenverschiebung von π 2 , im Fernfeld verschwindet diese jedoch. Um sich Entstehung und Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle am Dipol im Modell vor Augen zu führen, können Sie dazu eine Animation betrachten.

Vereinfachende Betrachtungsweise
Um die in diesem Kapitel auftretenden Phänomene zu erklären, wird es ausreichen, unsere Betrachtungen auf das E-Feld der jeweiligen Welle zu beschränken. Wenn man weiß, in welcher Ebene dieses schwingt, so ist die Schwingungsrichtung des B-Feldes immer diejenige, die senkrecht auf dieser steht, und damit automatisch eindeutig festgelegt.
Linear polarisierte Welle
Eine elektromagnetische Welle, deren elektrisches Feld in einer festen Ebene schwingt, nennt man linear polarisiert.
Diese feste Ebene bezeichnet man als die Polarisationsebene des Lichtes.

Zur Veranschaulichung dieser Definition können wir uns eine Welle auf einem Seil vorstellen, dessen Ende immer nur in einer festen Richtung bewegt wird, z.B. auf und ab.

Eine idealisierte linear polarisierte Welle finden Sie in der folgenden Animation dargestellt. Idealisiert meint hier, dass der betrachtete Wellenzug als unendlich lang und ohne Phasensprünge angenommen wird. Laserlicht erfüllt diese Bedingungen noch am ehesten.

Abb.2
JPAKMA-Animation "Schwingungsrichtung des E-Feldes bei einer linear polarisierten Welle"
Unpolarisierte Welle
Eine elektromagnetische Welle, bei der sich in jedem Moment die Schwingungsebene des elektrischen Feldes regellos ändert, nennt man unpolarisiert.

Insbesondere ist in diesem Fall jede momentan auftretende Schwingungsrichtung gleich wahrscheinlich. So senden z.B. Glühlampen kurze Wellenzüge aus, bei denen sich nicht nur die Polarisation, sondern auch die Phase in jedem Moment regellos ändert.

Abb.3
JPAKMA-Animation "Schwingungsrichtungen des E-Feldes bei einer unpolarisierten Welle"
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