Polarisation
,
[* 2] elektrische, s. Polarisation, galvanische.
Polarisation,
elektrische
5 Wörter, 57 Zeichen
Polarisation,
[* 2] elektrische, s. Polarisation, galvanische.
Polarisation
[* 2] des Lichts, eigentümliche Beschaffenheit, welche das Licht [* 4] unter gewissen Umständen annehmen kann, so daß ein Lichtstrahl (den man sich gegen das Auge [* 5] des Beobachters gerichtet denke) nach verschiedenen Seiten hin sich verschieden verhält, z. B. oben und unten anders als links und rechts. Eine der einfachsten Vorrichtungen, um dem Lichte diese Beschaffenheit zu erteilen oder es zu »polarisieren«, bildet eine Platte, welche aus Turmalin parallel der Säulenachse geschnitten ist.
Licht, welches durch eine solche Platte hindurchgegangen ist, zeigt dem bloßen Auge keine andre Veränderung, als daß es (durch Absorption) die braune oder olivengrüne Färbung, welche dem Kristall eigen ist, angenommen hat. Legt man nun auf die erste Turmalinplatte eine zweite und zwar zunächst so, daß die Kristallachsen der beiden Platten zu einander parallel, z. B. beide von unten nach oben [* 2] (Fig. 1), gerichtet sind, so geht das aus der ersten Platte tretende Licht auch durch die zweite, indem es nur wegen der größern Dicke, die es jetzt zu durchlaufen hat, eine etwas tiefere Färbung annimmt. Dreht man aber die zweite Platte in ihrer Ebene, so wird das durch beide Platten gefangene Licht
^[Abb.: Fig. 1 u. 2. Turmalinplatten mit parallelen und rechtwinkelig zu einander stehenden Kristallachsen.] ¶
immer dunkler u. verschwindet endlich ganz, wenn die Achsen der beiden Kristalle [* 7] zu einander senkrecht stehen [* 6] (Fig. 2); dreht man noch weiter, so erscheint das Licht allmählich wieder und erreicht die ursprüngliche Helligkeit, wenn die Kristallachsen wieder parallel stehen. Ein natürlicher unmittelbar von einer Lichtquelle ausgehender Lichtstrahl würde von der zweiten Turmalinplatte in jeder ihrer Stellungen mit der gleichen Lichtstärke durchgelassen werden; der durch die erste Turmalinplatte gegangene Lichtstrahl verhält sich also nicht mehr wie natürliches Licht, denn er wird von der zweiten Platte nur dann ungeschwächt durchgelassen, wenn ihre Kristallachse lotrecht, d. h. parallel zur Achse der ersten Platte, gerichtet ist; er wird dagegen nicht durchgelassen, wenn die Achse der zweiten Platte wagerecht liegt oder mit der Achse der ersten Platte sich rechtwinkelig kreuzt.
Während also ein natürlicher Lichtstrahl das gleiche Verhalten zeigt, welche der verschiedenen in [* 6] Fig. 3 A (in dieser [* 6] Figur denke man sich den Lichtstrahl wie in den vorigen senkrecht aus der Ebene der Zeichnung gegen das Auge des Beobachters kommend) angedeuteten Stellungen man der Achse der Turmalinplatte, mit welcher man ihn prüft, auch geben mag, und sonach in allen zu seiner Fortpflanzung senkrechten Richtungen gleich beschaffen ist, ist bei dem durch eine erste Turmalinplatte gegangenen Lichtstrahl unter allen diesen Richtungen eine, nämlich die mit der Achse des ersten Turmalins parallele, besonders ausgezeichnet [* 6] (Fig. 3, B), indem der Lichtstrahl durch eine zweite Turmalinplatte durchgeht oder nicht durchgeht, je nachdem diese Richtung zur Achse dieser Platte parallel oder senkrecht steht. Einen solchen Strahl, welcher nach verschiedenen Seiten hin sich verschieden verhält, hat man mit einem nicht gerade glücklich gewählten Ausdruck »polarisiert« genannt.
Von der Möglichkeit eines solchen Verhaltens kann man sich nun vom Standpunkt der Wellenlehre leicht Rechenschaft geben. Bei einer Wellenbewegung [* 8] können im allgemeinen die Schwingungen der einzelnen Teilchen des in Wellenbewegung befindlichen Stoffes sowohl in der Richtung, nach welcher die Welle fortschreitet, d. h. in der Richtung des Strahls, erfolgen (longitudinale oder Längsschwingungen), als auch senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung vor sich gehen (transversale oder Querschwingungen). Das erstere findet z. B. statt bei den Schallwellen in der Luft, welche nur durch Längsschwingungen fortgepflanzt werden. Querschwingungen dagegen beobachtet man z. B. an einem langen zwischen den Punkten A und B [* 6] (Fig. 4) aufgespannten Seil, wenn man demselben etwa in lotrechter Richtung einen Schlag versetzt; man sieht alsdann das Seil entlang Wellen [* 9] sich fortpflanzen, wobei jeder Punkt des Seils senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung auf- und abschwingt.
Ein von B nach A das Seil entlang blickender Beobachter würde die Schwingungen in einer lotrechten Richtung wie [* 6] Fig. 3. B erfolgen sehen und an dem schwingenden Seil die obere und untere Seite, nach welchen die Schwingungen abwechselnd gerichtet sind, von der rechten und linken Seite, nach welchen hin keine Schwingungen vor sich gehen, wesentlich verschieden finden. Er würde sich ferner überzeugen können, daß, wenn man das Seil durch einen Schlitz hindurchgehen läßt, die lotrechten Schwingungen sich ungehindert fortpflanzen, sobald man den Schlitz lotrecht stellt, sich dagegen nicht durch den Schlitz fortpflanzen können, wenn man ihn wagerecht stellt. Da sich sonach der betrachtete Seilwellenstrahl AB nach verschiedenen Seiten verschieden verhält, ähnlich wie ein durch eine Turmalinplatte gegangener Lichtstrahl, so könnte man ihn ebensogut wie diesen »polarisiert« nennen; und anderseits erkennt man, daß das Verhalten eines polarisierten Lichtstrahls AB [* 6] (Fig. 4) sich leicht erklärt durch die Annahme, daß derselbe sich nur durch Querschwingungen fortpflanze, die sämtlich in einer und derselben durch den Strahl gelegten Ebene erfolgen. Diese Ebene, in [* 6] Fig. 4 die Ebene der Zeichnung, heißt seine Schwingungsebene.
Der Versuch mit den beiden Turmalinplatten erklärt sich mit gleicher Leichtigkeit, mögen wir nun annehmen, daß die Schwingungen des aus der ersten Platte tretenden polarisierten Strahls parallel zur Kristallachse oder senkrecht zu ihr erfolgen. Dieser Versuch vermag daher nicht zu entscheiden, welche von diesen beiden Richtungen die Schwingungsrichtung ist. Dagegen gestattet der folgende einfache Versuch, auf die Richtung der Schwingungen zu schließen. Dreht man eine Turmalinplatte abcd [* 6] (Fig. 5), während man durch dieselbe in der Richtung on nach einer weißen Fläche blickt, um eine zur Kristallachse parallele Umdrehungsachse fg in die Lage a'b'c'd', so bleibt die Helligkeit des Gesichtsfeldes fast ungeändert. Neigt man aber die Platte derart gegen die Strahlenrichtung no [* 6] (Fig. 6), daß die zur Kristallachse senkrechte Line hi die Umdrehungsachse bildet, so wird das Gesichtsfeld bedeutend dunkler. Nun ist es höchst wahrscheinlich, daß eine Änderung der Helligkeit nur dann eintreten kann, wenn der Winkel, [* 10] den die Schwingungsrichtung mit der Kristallachse bildet, ein andrer wird. Aus dem Umstand, daß bei der ersten Art zu drehen [* 6] (Fig. 5) die Helligkeit keine Änderung erfuhr, dürfen wir daher schließen, daß in diesem Fall die Richtung der Kristallachse in Bezug auf die Schwingungen dieselbe blieb, mochte nun die Platte in der Stellung abcd oder in der Stellung a'b'c'd' sich befinden. Die Richtung der Schwingungen kann sonach keine andre sein als diejenige der Kristallachse fg, welche in diesem Fall als Drehungsachse diente. Die Schwingungsebene des aus der Turmalinplatte austretenden polarisierten Strahls ist demnach zur Kri-
[* 6] ^[Abb.: Fig. 3. Querschnitte von Lichtstrahlen.
Fig. 4. Seilwellen. Polarisierter Lichtstrahl.
Fig. 5 u. 6. Versuch zur Ermittelung der Schwingungsrichtung.
Fig. 7. Lage der Schwingungsebene.] ¶
stallachse parallel, wie durch [* 11] Fig. 7 noch besonders veranschaulicht wird.
Der Versuch mit den gekreuzten Turmalinplatten [* 11] (Fig. 2) beweist, daß in einem polarisierten Lichtstrahl nur Querschwingungen, aber keine Längsschwingungen enthalten sind. Wären nämlich letztere vorhanden, so müßten sie, da die Beschaffenheit eines Strahls in Bezug auf Längsschwingungen notwendig ringsherum die nämliche ist, wie durch die erste, so auch durch die zweite Turmalinplatte hindurchgehen, welche Stellung man der letztern auch geben mag, und es könnte niemals, wie es doch bei gekreuzter Stellung der Platten der Fall ist, völlige Dunkelheit eintreten.
Wenn aber ein polarisierter Lichtstrahl keine Längsschwingungen enthält, so ist es höchst wahrscheinlich, daß auch ein natürlicher Lichtstrahl, wie er unmittelbar von einer Lichtquelle geliefert wird, nur aus Querschwingungen bestehe, und wir sehen uns zu dieser Annahme um so mehr berechtigt, als sich alle bekannten Lichterscheinungen durch Querschwingungen allein vollständig erklären lassen. Da ein natürlicher Lichtstrahl ringsherum die gleiche Beschaffenheit zeigt, so muß man sich vorstellen, daß gleichzeitig in seinen verschiedenen Teilen und rasch nacheinander an derselben Stelle die Schwingungen nach allen Seiten erfolgen, wie in [* 11] Fig. 3 A angedeutet ist, welche gleichsam den Querschnitt eines senkrecht aus der Papierfläche gegen das Auge des Beschauers kommenden natürlichen Lichtstrahls darstellt, während [* 11] Fig. 3 B in ähnlicher Weise den Querschnitt eines polarisierten Lichtstrahls versinnlicht.
Die Richtigkeit dieser Anschauung wird durch folgenden Versuch bestätigt. Läßt man eine Turmalinplatte rasch in ihrer Ebene (um die Strahlenrichtung no, [* 11] Fig. 5, als Achse) sich drehen, so verhält sich das aus der Platte austretende Licht, dessen Schwingungen jetzt innerhalb sehr kurzer Zeit nach allen möglichen zum Strahl senkrechten Richtungen vor sich gehen, ganz wie natürliches Licht. Nehmen wir im Querschnitt eines natürlichen Lichtstrahls zwei beliebige zu einander senkrechte Richtungen an [* 11] (Fig. 3 C), so läßt sich jede Schwingung [* 12] den Regeln der Mechanik gemäß (s. Parallelogramm der Kräfte) [* 13] nach diesen beiden Richtungen in zwei Teilschwingungen (Komponenten) zerlegen; durch Zusammenfassung aller in dieselbe Richtung fallenden Komponenten kann daher die Bewegung in einem natürlichen Lichtstrahl auf zwei gleiche, zu einander senkrechte Schwingungen zurückgeführt werden, oder, mit andern Worten, ein natürlicher Lichtstrahl darf angesehen werden als zusammengesetzt aus zwei zu einander senkrecht polarisierten Strahlen von gleicher Lichtstärke. Auch diese Anschauung wird durch den Versuch gerechtfertigt, denn zwei zu einander senkrecht polarisierte gleich helle Strahlen geben, miteinander vereinigt, in der That einen Lichtstrahl, der sich wie ein natürlicher verhält, indem die Seitlichkeit des einen durch die entgegengesetzte des andern vollkommen aufgehoben wird.
Betrachtet man das von einer ebenen Glasplatte oder irgend einer andern nichtmetallischen Oberfläche zurückgeworfene Licht durch eine Turmalinplatte, so erscheint dasselbe, wenn man die letztere in ihrer Ebene um den zurückgeworfenen Strahl als Achse dreht, bald heller, bald dunkler, verschwindet jedoch (im allgemeinen) bei keiner Stellung der Turmalinplatte vollständig. Am hellsten erscheint es, wenn die Kristallachse des Turmalins zur Zurückwerfungsebene oder Einfallsebene (s. Spiegelung) [* 14] senkrecht steht, am dunkelsten, wenn sie in diese Ebene zu liegen kommt.
Das von der Glasplatte zurückgeworfene Licht ist sonach weder natürliches, noch ist es vollständig polarisiert, sondern verhält sich so, als ob es aus natürlichem und aus polarisiertem Lichte, dessen Schwingungen zur Reflexionsebene senkrecht stehen, gemischt wäre; man bezeichnet es daher als teilweise polarisiert. Das Verhältnis des polarisierten Anteils zum nichtpolarisierten ändert sich mit dem Einfallswinkel. Bei senkrechtem Einfallen z. B. enthält das zurückgeworfene Strahlenbündel gar kein polarisiertes Licht; beträgt aber der Einfallswinkel 57°, oder bildet der einfallende Strahl (ab, [* 11] Fig. 8) einen Winkel abh von 33° mit der Glasplatte, so fehlt der unpolarisierte Anteil ganz.
Bei diesem Einfallswinkel, welcher der Polarisati
onswinkel genannt wird, ist also das von der Glasplatte zurückgeworfene
Licht (bc) vollständig polarisiert, und zwar erfolgen seine Schwingungen senkrecht zur Polarisati
onsebene, wie die Zurückwerfungsebene
abc in diesem Fall auch genannt wird. Diese Lage der Schwingungsebene (dfim) wird durch
[* 11]
Fig. 8 versinnlicht.
Statt das von der Glasplatte zurückgeworfene Licht mittels einer Turmalinplatte zu untersuchen, kann man es auch unter demselben
Winkel auf einer zweiten Glasplatte auffangen
[* 11]
(Fig. 9); stehen die beiden Platten, wie in der
[* 11]
Figur, zu
einander parallel, so fallen ihre Reflexionsebenen zusammen, und der an der ersten Platte polarisierte Strahl bc, dessen Schwingungen
zur gemeinschaftlichen Reflexionsebene senkrecht sind, wird an der zweiten Platte nach cd zurückgeworfen.
Dreht man aber die zweite Platte, während sie mit dem Strahl bc stets den Winkel 33° bildet, aus dieser Stellung heraus, so wird das von ihr zurückgeworfene Licht immer schwächer und verschwindet endlich ganz, wenn die beiden Reflexionsebenen senkrecht aufeinander stehen, weil bei dieser gekreuzten Stellung die Schwingungen des Strahls bc in die Reflexionsebene der zweiten Platte zu liegen kommen, die Platte aber unter diesem Einfallswinkel nur solche Schwingungen zurückzuwerfen vermag, die zu ihrer Reflexionsebene senkrecht erfolgen. Zu diesem Versuch werden die Platten gewöhnlich auf der Rückseite geschwärzt, oder sie sind aus schwarzem Glas [* 15] verfertigt, um das sonst durch sie hindurchgehende unpolarisierte fremde Licht auszuschließen.
Auch das von einer Glasplatte unter schiefem Winkel durchgelassene Licht erweist sich, mit einer Turmalinplatte untersucht, als teilweise polarisiert, und zwar liegen die Schwingungen des polarisierten Anteils in der Einfallsebene, oder das durchgelassene
[* 11] ^[Abb.: Fig. 8. Polarisation durch Reflexion. [* 16]
Fig. 9. Polarisati
onsspiegel.]
¶