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Polarisationsmechanismen - Polarisation durch Streuung

Versuchserklärung - Milchemulsion

Versuchserklärung - Was passiert in der Milchemulsion?

Arbeitsauftrag

Versuchen Sie doch einmal, sich diese Polarisation durch senkrechte Seitwärtsstreuung selbst zu erklären!

Denken Sie dabei an die bereits erwähnte Abstrahlungscharakteristik eines Hertz'schen Dipols. In Ihrem Erklärungsgefüge sollte natürlich auch berücksichtigt werden, warum der in Strahlrichtung aus dem Behälter austretende Lichtanteil unpolarisiert bleibt.

Notieren Sie sich ihre Argumente, und vergleichen Sie diese danach mit der folgenden Musterargumentation.

Das einfallende, unpolarisierte E-Feld der Lichtquelle können wir uns in jedem Moment aus zwei zueinander senkrechten Komponenten zusammengesetzt vorstellen. Wir wählen die eine waagrecht, was hier parallel zur Tischebene heißen soll, die andere senkrecht dazu.

Wir betrachten zunächst nur die waagrechte Komponente für sich, so wie folgend dargestellt.

Abb.1
Waagrechte Komponente

Diese trifft auf ein Fettmolekül und regt dieses zum Schwingen an. Diese angeregte Schwingung besitzt die gleiche Schwingungsrichtung wie die des einfallenden E-Feldes, also wieder waagrecht. Somit ergibt sich ein waagrecht schwingender Hertz'scher Dipol, von dem wir bereits wissen, dass er keinerlei Intensität in seine Schwingungsrichtung abstrahlt. Betrachten wir also senkrecht von der Seite den Behälter, so liefert die horizontale Komponente des E-Feldes in dieser Richtung überhaupt keinen Beitrag zur dort austretenden Intensität.

Dagegen strahlt die vertikale Komponente des E-Feldes, welche in der Emulsion Moleküle zu senkrechten Schwingungen anregt, ihrerseits maximal in diese Seitwärtsrichtung ab (und gleichzeitig keinerlei Intensität nach oben), wie in der nächsten Abbildung zu sehen ist.

Abb.2
Senkrechte Komponente

Also sehen wir in Seitenansicht (bzw. aus der Draufsicht) nur den Beitrag der senkrechten (bzw. der waagrechten) Komponente, das dort austretende Licht ist also linear polarisiert.

Würde das E-Feld einer Lichtwelle auch in Ausbreitungsrichtung schwingen können, so würde dieser Beitrag die senkrecht zum Strahlgang beobachtete Polarisation wieder zunichte machen - was nicht passiert, da Licht eine reine Transversalwelle ist, wie wir bereits wissen. Diese Aussage ließe sich natürlich auch aus unserer Versuchsbeobachtung gewinnen.

Da die Argumentation drehinvariant ist (Drehachse ist hier die Strahlrichtung des durch die Emulsion tretenden Lichtes), erhalten wir auch unter jedem anderen Beobachtungswinkel linear polarisiertes Licht, solange wir nur senkrecht zum Strahlgang beobachten.

Betrachten wir jedoch aus einer schrägen Ansicht, so ist das dort hinfallende Licht zunehmend schwächer polarisiert, je mehr wir von der senkrechten Ansicht abweichen, da zunehmend beide Komponenten wieder unseren Beobachtungsort erreichen.

In Strahlrichtung selbst ist das austretende Licht schließlich völlig unpolarisiert, da hier wieder beide Komponenten in gleichem Maße zur Intensität beitragen, wie auch im Video deutlich zu erkennen war.

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