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Multiple Select Tests zur Polarisation von Licht

Multiple Select Test zur Polarisation - Teil 4

Aufgabe

Der Brewster-Winkel α B einer von Luft umgebenen Substanz beträgt 62,5°. Wie hoch ist deren Brechzahl n , wie groß der Winkel β des gebrochenen Strahls in diesem Fall?

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Dies ist die richtige Antwort

Es ist n = 0,52 und β = 62,5 ° = α B .

Es ist n = 1,92 und β = 27,5 ° .

Es ist n = 0,52 und β = 27,5 ° = 90 ° α B .

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Aufgabe

Angenommen, die Erde hätte, wie der Mond, keine Atmossphäre. Welche Farbe hätte dann der Himmel?

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Blau. Das Sonnenlicht ist als Welle wegen des Dopplereffektes blauverschoben, da sich die Erde auf ihrer ellipsenförmigen Umlaufbahn de facto immer auf die Sonne zu bewegt.

Schwarz. Das Sonnenlicht erfährt keine Streuprozesse an Molekülen der Atmosphäre, da keine Atmosphäre vorhanden ist.

Gelb. Das Sonnenlicht (Strahlungsmaximum im gelben Bereich) kann sich ungehindert durch Streuprozesse an Atmosphärenmolekülen ausbreiten.

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Hilfe 1 von 1

Abb.1
Blick vom Mond auf die Erde. Deutlich ist die Schwärze des Mondhimmels zu erkennen.
National Aeronautics And Space Administration, USA
Aufgabe

Abb.2
Lichtbrechung an einem Kalkspatkristall

Gelbes Licht fällt unter einem Winkel von α = 60 ° auf einen Kalkspatkristall. Dieser ist so geschnitten, dass die optische Achse parallel zu dessen Stirnflächen verläuft. Wie groß ist hier der Winkelunterschied Δ ϕ zwischen dem austretenden ordentlichen ( n o = 1,6584 ) und außerordentlichen Strahl?

Überlegen Sie sich hierzu zunächst, welchen Wert in dieser speziellen Konfiguration die Brechzahl n a o des außerordentlichen Strahles besitzt. (Es gilt ja bei Kalkspat allgemein: 1,4864 n a o 1,6584 ).

Tipp: Anschließend bringt Sie die für beide Teilstrahlen getrennte Anwendung des Snellius'schen Brechungsgesetzes weiter.

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Da die optische Achse parallel zu den Stirnflächen verläuft, erfolgt überhaupt keine Aufspaltung in zwei Teilstrahlen, es ist Δ ϕ = 0 .

In dieser Konfiguration verläuft der außerordentliche Strahl senkrecht zur optischen Achse. In einem negativ-einachsigen Kristall ist in dieser Richtung die Ausbreitungsgeschwindigkeit am größten, also ist n a o minimal, also n a o = 1,4864 . Daraus ergibt sich Δ ϕ = 4,26 ° .

In dieser Konfiguration verläuft der außerordentliche Strahl senkrecht zur optischen Achse. In einem negativ-einachsigen Kristall ist in dieser Richtung die Ausbreitungsgeschwindigkeit am größten, also ist n a o minimal, also n a o = 1,4864 . Daraus ergibt sich Δ ϕ = 4,16 ° .

In dieser Konfiguration lässt sich nicht genau sagen, wie groß n a o ist, weshalb wir dessen Mittelwert für die Rechnung verwenden, nämlich n a o = 1,5274 . Daraus ergibt sich Δ ϕ = 1,94 ° .

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Hilfe 1 von 1

Der ausserordentliche Strahl schwingt parallel zur optischen Achse und pflanzt sich senkrecht zu dieser fort. Daher ist dessen Brechzahl minimal, also dessen Fortpflanzungsgeschwindigkeit im nagativ-einachsigen Kalkspat-Kristall maximal. Es gilt also n a o = 1,4864 . Der Einfallswinkel Θ ist für o- und ao-Strahl natürlich beidemale gleich dem Einfallswinkel, also Θ = 60 ° . Der Brechungswinkel des ordentlichen Strahls sei mit Θ o , der des ausserordentlichen Strahls mit Θ ao bezeichnet. Die Anwendung des Snellius'schen Brechungsgesetzes auf den ordentlichen Strahl ergibt: sin Θ = n o sin Θ o Θ o Die Anwendung des Snellius'schen Brechungsgesetzes auf den ordentlichen Strahl ergibt: sin Θ = n a o sin Θ a o Θ a o Damit ergit sich die Winkeldifferenz zu: Δ ϕ = | Θ a o Θ o | = 4,16 ° .

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