Licht als Welle
Licht hat Welleneigenschaften und kann mit dem Modell
Lichtwelle beschrieben werden. Dabei stellt sich die Frage, ob Licht
eine Transversal- oder eine Longitudinalwelle ist und was bei Licht eigentlich
schwingt. Aus experimentellen Untersuchungen ist ableitbar:
Vom physikalischen Charakter her ist Licht
eine elektromagnetische Welle.
Das bedeutet: Räumlich und zeitlich periodisch
ändern sich die Stärke des elektrischen Feldes und die magnetische
Flussdichte, wobei die Schwingungsrichtungen der beiden Felder senkrecht
aufeinander und zugleich senkrecht zur Ausbreitungsrichtung stehen. Es liegen somit Transversalwellen
vor.
Experimentelle
Belege
Das lässt sich auch experimentell einfach nachweisen: Schickt man
das Licht einer natürlichen Lichtquelle durch einen Polarisationsfilter,
dann ist das Licht hinter dem Filter linear polarisiert.
Bringt man einen zweiten Filter an und dreht ihn gegenüber dem ersten
Filter um 90°, so kommt kein Licht mehr hindurch. Für zeichnerische
Darstellungen ist es in der Physik üblich, die Richtung des elektrischen
Feldvektors zu zeichnen. Hintergrund ist: Das sich ändernde elektrische
Feld ist ausschlaggebend für die Wechselwirkungen des Lichtes mit
einer Polarisationsfolie.
Die Polarisierbarkeit von Licht kann man auch mithilfe
von Polarisationsfolie
demonstrieren: Bei zwei Stücken Polarisationsfolie mit gleicher
Orientierung wird das Licht zwar geschwächt, tritt aber hindurch.
Dabei handelt es sich um das von der Landkarte reflektierte Licht, das
wir wahrnehmen. Kreuzt man die Filter, verdreht sie also um 90° gegeneinander,
so tritt kein Licht mehr hindurch, weil das Licht vom ersten Filter linear
polarisiert wird und damit durch den zweiten Filter nicht mehr hindurchtreten
kann. Damit ergibt sich:
Licht ist polarisierbar. Es verhält
sich wie eine Transversalwelle.
Der FARADAY-Effekt
Ein weiterer experimenteller Beleg für den transversalen Wellencharakter
ist ein Effekt, den MICHAEL FARADAY (1791-1867) im Jahre 1846 feststellte:
FARADAY schickte linear polarisiertes Licht durch einen Glasstab, um den
herum sich ein abschaltbares Magnetfeld befand, und stellte fest:
Bei linear polarisiertem Licht, das sich in einem Glasstab in Richtung
des magnetischen Feldes ausbreitet, wird die Polarisationsebene gedreht.
Der Drehwinkel wächst mit der Dicke des durchstrahlten Materials
und mit der magnetischen Flussdichte. Ursache für die Drehung der
Polarisationsebene des Lichtes sind unterschiedliche Phasengeschwindigkeiten
bei Anwesenheit eines Magnetfeldes für links und rechts zirkular
polarisiertes Licht, in die das einfallende linear polarisierte Licht
zerlegt werden kann. Der Effekt wird nach seinem Entdecker als FARADAY-Effekt bezeichnet.
Auftreten und Nutzung
von polarisiertem Licht
Polarisiertes Licht tritt in der Natur auf. So ist z.B. ein Teil des Sonnenlichtes
polarisiert, wie man leicht zeigen kann, wenn man durch einen Polarisationsfilter
den Himmel betrachtet und den Filter dreht. Das gilt insbesondere für
den Teil des Himmels, der der Sonne gegenüberliegt. In der Fotografie
wird das genutzt, um einen tiefblauen Himmel zu erhalten. Auch bei Reflexion
und Brechung von Licht tritt Polarisation auf. Dazu ist auf der CD ein
spezieller Beitrag unter dem Titel "Polarisation von Licht durch
Reflexion und Brechung" enthalten.
Genutzt wird die Polarisation u.a. zu Konzentrationsmessungen bei optisch aktiven Stoffen und bei Flüssigkristallanzeigen (LCD). Nähere Erläuterungen dazu sind unter den betreffenden
Stichwörtern auf der CD zu finden.