Polarisation und Malussches Gesetz
So gehst du vor
- 1Setze Filter A und B ein, Filter C zunächst nicht. Drehe die Filter am farbigen Griff oder mit den Reglern.
- 2Stelle Filter A auf 0° und dreh Filter B in Schritten von 15° von 0° bis 180° (oder bis 360°).
- 3Tippe bei jeder Stellung „θ und I in die Tabelle“. Der Sensor schwankt ein wenig: Lies einen mittleren Wert ab, notfalls korrigiere ihn in der Tabelle.
- 4Schalte die Ansicht auf I über cos²(θ) um und werte aus.
- 5Dann die Überraschung: A auf 0°, B auf 90°, und jetzt Filter C bei 45° dazwischen.
Reale Polfilter: Parallel zur Durchlassrichtung lassen sie 98 % durch, senkrecht dazu einen kleinen Rest. Auch das Raumlicht trifft den Sensor.
Lichtquelle
Filter A
0 °Filter B
0 °Messreihe: I über θ
Ansicht
Nur Filter A und B, Filter C herausnehmen. Die Kurve erscheint mit der Auswertung.
| Nr. | Winkel θ in ° | Intensität I in W·m−2 |
|---|
Zusatz: Polarisation durch Reflexion, Brewster-Winkel
Unpolarisiertes Licht wird an einer Glas- oder Wasseroberfläche reflektiert. Beim Brewster-Winkel θB mit tan(θB) = n2n1 ist das reflektierte Licht vollständig linear polarisiert, und zwar senkrecht zur Einfallsebene. Ein Polfilter vor dem Sensor zeigt das: Steht seine Durchlassrichtung in der Einfallsebene (90°), wird es beim Brewster-Winkel dunkel.
Oberfläche
Einfallswinkel α1
40,0 °Durchlassrichtung des Polfilters
90 °0°: senkrecht zur Einfallsebene (waagrecht an der Oberfläche), 90°: in der Einfallsebene.
Polfilter und seine Stellung während der Messreihe nicht ändern. Die berechneten Kurven erscheinen mit der Auswertung.
| Nr. | Einfallswinkel α1 in ° | Intensität I in W·m−2 |
|---|
Aufträge
- Nur Filter A, Lampe: Wie hängt die Intensität am Sensor vom Winkel von A ab? Vergleiche mit der Messung ganz ohne Filter.
- Filter A und B: Nimm eine Messreihe von 0° bis 180° auf und zeige mit der Ansicht I über cos²(θ), dass das Malussche Gesetz gilt. Bestimme I0.
- Woher kommt der Achsenabschnitt? Wiederhole die Messung bei gekreuzten Filtern mit abgedunkeltem Raum.
- A auf 0°, B auf 90°: dunkel. Setze Filter C bei 45° dazwischen. Erkläre, warum jetzt Licht ankommt, und berechne den erwarteten Anteil II0. Bei welchem Winkel von C ist es hinter B am hellsten?
- Wie in der Skriptaufgabe „Malussches Gesetz anwenden“: A auf 0°, B auf 60°, dann C bei 30° dazwischen. Vergleiche Rechnung und Messung.
- Laser X ist schon polarisiert. Bestimme mit Filter B allein seine Schwingungsebene. Löse erst danach auf.
- Zusatz (Brewster): Bestimme die Brechzahl von Glas X aus dem Brewster-Winkel.
Theorie: Wellenoptik-Skript, Kapitel „Polarisation“, Abschnitte „Polarisationsfilter und das Malussche Gesetz“ und „Anwendungen im Alltag“.