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Polarisation

Polarisation einer stehenden Welle auf einem Gummifaden. Im Vordergrund wird das Ende des Fadens durch das Futter einer Bohrmaschine im Kreis geführt. Dadurch entsteht eine zirkuläre Schwingung. Zwei parallele Metallstangen erlauben eine freie Bewegung des Gummis in waagerechter, nicht aber in senkrechter Richtung. Dadurch schwingt das Gummi hinter den Stangen nur noch in einer Ebene. Dies entspricht linearer Polarisation.

Die Polarisation einer Transversalwelle beschreibt die Richtung ihrer Schwingung. Ändert sich diese Richtung schnell und ungeordnet, spricht man von einer unpolarisierten Welle. Der Polarisationsgrad gibt den geordneten Anteil an. Allgemein ist Polarisation eine physikalische Eigenschaft elektromagnetischer Wellen, die beschreibt, in welcher Ebene die elektrischen Feldvektoren schwingen. Bei in Ausbreitungsrichtung schwingenden Wellen, den Longitudinalwellen, wie etwa beim Schall, gibt es keine Polarisation im eigentlichen Sinn bzw. man spricht von longitudinaler Polarisation. Die Untersuchung der Polarisation von Transversalwellen ist Gegenstand der Polarimetrie.

Bauelemente, die unpolarisiertes Licht polarisieren oder polarisiertes Licht abhängig von der Art und Richtung der Polarisation aufteilen oder unterdrücken, heißen Polarisatoren. Gemessen wird der Polarisationsgrad mittels Polarimetern.

Zirkulare Polarisation: Auslenkung (z. B. einer Seilwelle) in x- und y-Richtung (in Ausbreitungsrichtung beträgt sie Null) in Abhängigkeit von der Zeit und von der z-Komponente des Ortes. Rot und blau die Komponenten der Auslenkung, schwarz die 3D-Ansicht. Der Pfeil illustriert den umlaufenden Auslenkungsvektor für einen Raumpunkt.

Bei der Untersuchung des Lichtdurchgangs durch Kalkspat stellte der französische Physiker Étienne Louis Malus 1808 fest, dass Licht unter bestimmten Umständen seine Symmetrie um die Fortpflanzungsrichtung verliert und somit eine „Seitlichkeit“ aufweist. Diese Eigenschaft nannte man nach Malus Vorschlag „Polarisation“. 1809 veröffentlichte Malus seine Erkenntnisse über die Polarisation durch Reflexion und im Jahr 1810 stellte er seine Theorie zur Doppelbrechung vor[1] und formulierte das Gesetz von Malus.

1814 entdeckte David Brewster, dass wenn unpolarisiertes Licht in einem bestimmten Winkel auf die Grenzfläche zweier Medien trifft, das reflektierte Licht senkrecht zur Einfallsebene polarisiert wird.

Um 1817 führte François Arago verschiedene Experimente zur Interferenz von polarisiertem Licht durch. Arago zerschnitt einen Quarzkristall senkrecht zur Kristallachse und erkannte die Drehung der Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht.[2] Zusammen mit Thomas Young, dem Arago die Ergebnisse zur Diskussion zusandte, kamen sie zu der Erkenntnis, dass es sich bei Licht um zwei senkrecht zueinander orientierte Transversalwellen handeln musste.[3]

William Nicol erfand 1828 ein Polarisationsprisma, das nach ihm nicolsches Prisma benannt wurde und das aus einem geschnittenen Kalkspatkristall bestand.

1841 ließ Arago einen cyanopolarimeter bei dem Gerätemacher Jean-Baptiste Soleil anfertigen, mit dem er die Rotation des polarisierten Lichts maß.[4]

Im Jahr 1844 konstruierte Eilhard Mitscherlich einen Polarisationsapparat, der etwa zur Zuckerbestimmung im Harn Anwendung fand.[5]

Jean Baptiste Soleil[6], Josef Pohl und Heinrich von Wild entwickelten Vorformen des Polarimeters zur Saccharimetrie mit zwei Nicolschen Prismen und beobachteten direkt den Grad der Ablenkung der Polarisation.[7][8]

Eine enge Zusammenarbeit des Chemikers Karl Ventzke von der Schicklerschen Zuckerfabrik mit einem Hersteller für optische Geräte legte 1890 den Grundstein für eine effektive Saccharosemesstechnik, bei der die Polarisation noch heute genutzt wird. Sie stellte den Zusammenhang zwischen der optischen Rotation von Quarz und der von Saccharose her und wurde fortan zur Messung des Saccharosegehalts in Zuckerrüben eingesetzt.[9]

  1. ↑ Geschichte der Polarisation In: LEIFIphysik
  2. ↑ Wie funktioniert eigentlich ein Polarimeter?
  3. ↑ Dennis H. Goldstein: Polarized Light, Revised and Expanded. 2. Auflage. CRC Press, 2011, ISBN 978-0-203-91158-7, S. xiii (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  4. ↑ Arago's cyanopolarimeter (1841) bei: HORIBA Scientific
  5. ↑ Paul Diepgen, Heinz Goerke: Aschoff/Diepgen/Goerke: Kurze Übersichtstabelle zur Geschichte der Medizin. 7., neubearbeitete Auflage. Springer, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1960, S. 38.
  6. ↑ Jean-Baptiste Soleil’s sensitive tint saccharimeter (1848) bei: HORIBA Scientific
  7. ↑
    Wikisource: Saccharimetrie – Quellen und Volltexte
  8. ↑ Jean-François Loude: Heinrich Wild’s Polaristrobometer: An early form of chemical polarimeter Museum of Physics Instruments at the University of Lausanne abgerufen am 1. Juni 2024.
  9. ↑ Geschichte des Unternehmens Schmidt und Hänsch, abgerufen am 1. Juni 2024
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