Malus-Gesetz: Zwei Polarisatoren im Winkel
1 · Vorhersagen
Licht durchläuft einen Polarisator und dann einen zweiten, der in einem bestimmten Winkel zum ersten steht. Hängt die übertragene Intensität reibungslos vom Winkel zwischen den Achsen der beiden Polarisatoren ab?
- Die übertragene Intensität nimmt linear mit dem Winkel ab.
- Licht geht entweder vollständig durch oder wird vollständig blockiert – kein sanfter Übergang.
- Ja – die übertragene Intensität folgt dem cos² des Winkels zwischen den Achsen und erreicht Null genau bei 90° („gekreuzte“ Polarisatoren).
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Preset für gekreuzte Polarisatoren und drücken Sie Zurücksetzen. Die Achsen der beiden Polarisatoren sind um 90° auseinander versetzt (vollständig gekreuzt – kein Licht durchgelassen).
- Aktivieren Sie die Anzeige der übertragenen Intensität.
- Stellen Sie den Winkel zwischen den Achsen der beiden Polarisatoren für jeden Versuch ein und zeichnen Sie den Anteil des durch den zweiten Polarisator übertragenen Lichts auf.
3 · Daten sammeln
| Winkel zwischen den Achsen Δθ (°) | Übertragener Anteil (über P2) |
|---|---|
| 0.00 | |
| 45.00 | |
| 90.00 |
Tragen Sie den übertragenen Anteil (y-Achse) gegen Δθ (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf. Wo trifft es genau Null?
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für einen Versuch den Anteil, der durch den zweiten Polarisator übertragen wird, als 0.5·cos²(Δθ) – die 0.5 stammt daher, dass die unpolarisierte Quelle am ersten Polarisator die Hälfte ihrer Intensität verliert, und cos²(Δθ) ist das Malus-Gesetz am zweiten. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum der durch P2 übertragene Anteil nur vom WINKEL ZWISCHEN den beiden Achsen und nicht von ihrer absoluten Ausrichtung abhängt – und warum genau 90° („gekreuzt“) eine Übertragung von Null ergibt.
5 · Vertiefen
- Polarisierte Sonnenbrillen blockieren horizontal polarisierte Blendung (wie Reflexionen von Wasser oder Straßen), indem sie ihre Polarisationsachse vertikal ausrichten. Erklären Sie anhand des Malus-Gesetzes, warum das seitliche Neigen des Kopfes beim Tragen einer polarisierten Sonnenbrille dazu führen kann, dass die Blendung plötzlich wieder auftritt.
- LCD-Bildschirme verwenden gekreuzte Polarisatoren mit einer Flüssigkristallschicht dazwischen, die die Polarisation des Lichts auf Befehl drehen und so steuern kann, wie viel Licht durch jedes Pixel gelangt. Erklären Sie, warum „gekreuzte“ (statt parallele) Polarisatoren der natürliche Standard-„Aus“-Zustand für ein Pixel sind.
Die Physik hinter diesem Experiment
Malus-Gesetz
Licht, das bereits entlang einer Achse polarisiert ist und einen zweiten Polarisator im Winkel Δθ zum ersten passiert, lässt einen Bruchteil cos²(Δθ) seiner Intensität durch. Bei Δθ = 90° („gekreuzt“) sinkt die Transmission auf genau Null.