Licht als Transversalwelle

Licht als 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.