Optische Instrumente
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Polarisation und optische Aktivität Die Polarisationsebene Dipol Polarisationsebene Die Polarisationsebene Polarisationsebene des E-Feldes Dipol Polarisationsebene des B-Feldes Unpolarisierte Strahlung Polarisator Polarisatoren • Kristalle, „Nicolsches Prisma“ • Folien mit Vorzugsorientierung Linear polarisierte Strahlung Zirkular polarisierte Strahlung Elliptisch polarisierte Strahlung Polarisation durch Streuung Das in Richtung abgestrahlte Licht schwingt nur in der Ebene Lichtquelle für natürliches Licht Die suspendierten Teilchen werden zu Schwingungen in der Ebene angeregt Polarisation durch Reflexion am Dielektrikum Einfallender Strahl Reflektierter Strahl B B 90 90 B Ins Medium gebrochener Strahl Polarisation durch Reflexion am Dielektrikum Einfallender Strahl Reflektierter Strahl 90 Ins Medium gebrochener Strahl Polarisation in dem von einem Dielektrikum reflektierten Licht: Der Brewster Winkel sin n2 sin n1 sin B n2 sin( 90 B ) 1 tan B n Das Brechungsgesetz Speziell: Winkel 90° zwischen reflektiertem und gebrochenen Strahl Bedingung für den Brewster Winkel Brewster Winkel an Wasser tan B n Bedingung für den Brewster Winkel, im Wasser gilt n=1,33 Brewster Winkel im Wasser B 53,06 zwischen dem einfallenden Strahl und dem Einfallslot Winkel zwischen dem ins 90 B 36,94 Wasser gebrochen Strahl und dem Einfallslot Polarisation durch Reflexion am Wasser Einfallender Strahl Reflektierter Strahl 53 53 90 37 Ins Medium gebrochener Strahl 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) Die optische Achse • Achse höchster Symmetrie • Strahlt Licht in dieser Richtung ein, dann ist die Lichtgeschwindigkeit für alle Polarisationsrichtungen konstant Licht in Richtung der optischen Achse Jede Polarisationsrichtung ist ein ordentlicher Strahl 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 Einfall außerhalb der optischen Achse: Doppelbrechung Außerordentlicher Strahl Ordentlicher Strahl Trotz Einfalls senkrecht zur Oberfläche, aber schräg zur optischen Achse, wird der a.o. Strahl gebrochen. Im Kalkspat gilt cao=1,116c0 Speziell: Einfall auf Fläche parallel zur optischen Achse Ordentlicher Strahl Außerordentlicher Strahl Einfall senkrecht zur Oberfläche, die parallel zur optischen Achse stehe Spezielle Dicke: „Lambda-Viertel“ Plättchen Ordentlicher Strahl Außerordentlicher Strahl /4 Einfall senkrecht zur Oberfläche, die parallel zur optischen Achse stehe Erzeugt zirkular polarisiertes Licht Dichroismus Ordentlicher Strahl Außerordentlicher Strahl Einfall senkrecht zur Oberfläche, die parallel zur optischen Achse steht, Turmalin absorbiert den a.o.Strahl nach 1 mm Optische Aktivität • Voraussetzung: Chirale Baugruppen Optische Aktivität: „Linksdrehende Lösung“ Drehwinkel Polarisator d Lichtquelle für natürliches Licht Stellung des Analysators für maximale Intensität Drehwinkel der Polarisation 0 C d m C V 1 deg 1 g/cm3 Drehwinkel der Polarisationsebene Konzentration: Masse des gelösten Stoffs in g/ Volumen des Lösungsmittels in cm3 Weg in der Küvette oder im d 1 dm (!) Material, in Dezimetern (!) 0 deg cm3 1 g dm Spezifische Drehung Beispiele zum Drehwinkel der Polarisation 120 18 0 C d deg cm3 C6H12O6 Lösung 1 g dm 1 deg mm deg Festkörper: Quarz, für Rotlicht d in mm Beachten Sie die in der Praxis eingeführten Einheiten 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)
