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Polarisation und optische Aktivität
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Die Polarisationsebene
Polarisationsebene
Dipol
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Die Polarisationsebene
Polarisationsebene des E-FeldesDipol
Polarisationsebene des B-Feldes
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Unpolarisierte Strahlung
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Polarisator
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Polarisatoren
• Kristalle, „Nicolsches Prisma“
• Folien mit Vorzugsorientierung
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Linear polarisierte Strahlung
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Zirkular polarisierte Strahlung
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Elliptisch polarisierte Strahlung
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Polarisation durch Streuung
Lichtquelle für natürliches Licht
Das in Richtung abgestrahlte Licht schwingt nur in der Ebene
Die suspendierten Teilchen werden zu Schwingungen in der Ebene angeregt
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Polarisation durch Reflexion am Dielektrikum
Reflektierter Strahl
Ins Medium gebrochener
Strahl
Einfallender Strahl
BB
B90
90
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Polarisation durch Reflexion am Dielektrikum
Reflektierter Strahl
Ins Medium gebrochener
Strahl
Einfallender Strahl
90
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Polarisation in dem von einem Dielektrikum reflektierten Licht: Der Brewster Winkel
Das Brechungsgesetz
Speziell: Winkel 90° zwischen reflektiertem und gebrochenen Strahl
Bedingung für den Brewster Winkel
1
2
sin
sin
n
n
1)90sin(
sin 2n
B
B
nB tan
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Brewster Winkel an Wasser
Bedingung für den Brewster Winkel, im Wasser gilt n=1,33
Brewster Winkel im Wasser zwischen dem einfallenden Strahl und dem Einfallslot
Winkel zwischen dem ins Wasser gebrochen Strahl und dem Einfallslot
nB tan
06,53B
94,3690 B
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Polarisation durch Reflexion am Wasser
Reflektierter Strahl
Ins Medium gebrochener
Strahl
Einfallender Strahl
90
53
37
53
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Anisotrope Medien: Doppelbrechung im Kristall
• Kalkspatkristall mit rhomboedrischer Form: – Optische Achse (3-zählige Symmetrie) – drei senkrecht dazu liegende 2-zählige Achsen (eine
ist als waagrechte Linie eingezeichnet)
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Die optische Achse
• Achse höchster Symmetrie• Strahlt Licht in dieser Richtung ein, dann ist die
Lichtgeschwindigkeit für alle Polarisationsrichtungen konstant
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Licht in Richtung der optischen Achse
Jede Polarisationsrichtung ist ein ordentlicher Strahl
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Licht nicht in Richtung der optischen Achse
• Strahlt Licht nicht in Richtung der optischen Achse ein, dann hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit von der Polarisationsrichtung ab:
• „Ordentliches Licht“: Licht mit elektrischem Feldvektor senkrecht zur optischen Achse, Geschwindigkeit co
• „Außerordentliches Licht“: Licht mit elektrischem Feldvektor in Richtung der optischen Achse, Geschwindigkeit cao
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Einfall außerhalb der optischen Achse: DoppelbrechungOrdentlicher Strahl
Außerordentlicher Strahl
Trotz Einfalls senkrecht zur Oberfläche, aber schräg zur optischen Achse, wird der a.o. Strahl gebrochen. Im Kalkspat
gilt cao=1,116c0
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Speziell: Einfall auf Fläche parallel zur optischen AchseOrdentlicher Strahl
Außerordentlicher Strahl
Einfall senkrecht zur Oberfläche, die parallel zur
optischen Achse stehe
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Spezielle Dicke: „Lambda-Viertel“ PlättchenOrdentlicher Strahl
Außerordentlicher Strahl
Einfall senkrecht zur Oberfläche, die parallel zur
optischen Achse stehe
4/
Erzeugt zirkular polarisiertes Licht
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DichroismusOrdentlicher Strahl
Außerordentlicher Strahl
Einfall senkrecht zur Oberfläche, die parallel zur optischen Achse steht, Turmalin absorbiert den a.o.Strahl
nach 1 mm
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Optische Aktivität
• Voraussetzung: Chirale Baugruppen
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Optische Aktivität: „Linksdrehende Lösung“
Lichtquelle für natürliches Licht
Polarisator
Stellung des Analysators für maximale Intensität
Drehwinkel
d
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Drehwinkel der Polarisation
1 degDrehwinkel der Polarisationsebene
1 g/cm3 Konzentration: Masse des gelösten Stoffs in g/ Volumen des Lösungsmittels in cm3
1 dm (!)Weg in der Küvette oder im Material, in Dezimetern (!)
Spezifische Drehung
dC 0
V
mC
d
0 dmg
cmdeg1
3
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Beispiele zum Drehwinkel der Polarisation
120 C6H12O6 Lösung
18Festkörper: Quarz, für Rotlicht
deg d in mm
dmg
cmdeg1
3
mm
deg 1
dC 0
Beachten Sie die in der Praxis eingeführten Einheiten
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Zusammenfassung• Polarisiertes Licht
– Linear– Zirkular– Elliptisch
• Optisch anisotrope Kristalle: Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts ist abhängig von– Polarisation– Richtung des Lichtwegs
• Tritt polarisiertes Licht durch ein Medium mit chiralen Baugruppen, dann dreht sich die Polarisationebene in Richtung des Drehsinns der Baugruppe (optische Aktivität)