Bibliothek
- Physik
- Q1 – Elektrodynamik
- Coulomb-GesetzBerechnung der Coulomb-Kraft, Vergleich mit Gravitation, Beispielaufgaben.
- Elektrisches Potential und SpannungElektrisches Potential, Äquipotentiallinien, Spannung als Potentialdifferenz.
- Energie im elektrischen FeldKondensator-Energie, Energiedichte, Feldenergie.
- Hall-EffektPrinzip des Hall-Effekts, Hallspannung, Anwendungen.
- Selbstinduktion und WirbelströmeInduktivität, Lenzsche Regel, Wirbelströme und Anwendungen.
- Q2 – Schwingungen und Wellen
- Resonanz und ResonanzkatastropheErzwungene Schwingungen, Resonanzkurve, Resonanzkatastrophe.
- Wellengleichung und AusbreitungWellenlänge, Frequenz, Amplitude, Phasengeschwindigkeit, Wellengleichung.
- Huygenssches PrinzipElementarwellen, Beugung, Reflexion und Brechung erklärt.
- PolarisationLineare und zirkuläre Polarisation, Polarisationsfilter, Gesetz von Malus.
- Totalreflexion und DispersionGrenzwinkel, Totalreflexion, Glasfaser, Dispersion und Prisma.
- Q3 – Quantenphysik
- Compton-EffektCompton-Streuung, Wellenlängenverschiebung, Teilchencharakter von Photonen.
- Heisenbergsche UnschärferelationOrts- und Impulsunschärfe, Energie-Zeit-Unschärfe, Konsequenzen.
- Franck-Hertz-VersuchVersuchsaufbau, Beobachtung, Deutung der Energiequantisierung.
- Linienspektren und Rydberg-FormelEmissions- und Absorptionsspektren, Serien, Rydberg-Formel mit Berechnung.
- Charakteristische RöntgenstrahlungCharakteristische vs. Bremsstrahlung, Moseleysches Gesetz, Anwendungen.
- Q1 – Elektrodynamik
Polarisation
Polarisation beschreibt die Richtung der Schwingung einer Transversalwelle. Bei elektromagnetischen Wellen bezieht sich die Polarisation auf die Schwingungsebene des elektrischen Feldvektors \( \vec{E} \).
Wichtig: Nur Transversalwellen können polarisiert werden. Longitudinalwellen (z. B. Schall) haben keine Polarisation – dies ist ein wichtiger experimenteller Beweis, dass Licht eine Transversalwelle ist.
Polarisation von Licht
Ein Polarisationsfilter lässt nur Licht einer bestimmten Schwingungsrichtung durch.
1. Lineare Polarisation:
- Der \( \vec{E} \)-Vektor schwingt in einer festen Ebene.
- Natürliches (unpolarisiertes) Licht enthält alle Schwingungsrichtungen gleichmäßig. Durch einen Polarisationsfilter wird es linear polarisiert.
2. Zirkuläre Polarisation:
- Der \( \vec{E} \)-Vektor rotiert mit konstanter Amplitude um die Ausbreitungsrichtung – die Spitze beschreibt einen Kreis.
- Entsteht durch Überlagerung zweier senkrecht zueinander linear polarisierter Wellen gleicher Amplitude mit \( 90° \) Phasenverschiebung.
- Anwendung: 3D-Kino (unterschiedliche zirkuläre Polarisation für linkes und rechtes Auge).
3. Elliptische Polarisation:
- Allgemeinster Fall – die Spitze des \( \vec{E} \)-Vektors beschreibt eine Ellipse.
Ein Polarisationsfilter (Polarisator) lässt nur die Komponente des \( \vec{E} \)-Vektors durch, die parallel zur Durchlassrichtung des Filters steht.
Gesetz von Malus: Fällt linear polarisiertes Licht der Intensität \( I_0 \) auf einen Analysator, der um den Winkel \( \alpha \) gegen die Polarisationsrichtung gedreht ist:
\( I = I_0 \cdot \cos^2 \alpha \)
Spezialfälle:
- \( \alpha = 0° \): \( I = I_0 \) (maximale Durchlässigkeit)
- \( \alpha = 90° \): \( I = 0 \) (Auslöschung – gekreuzte Polarisatoren)
- \( \alpha = 45° \): \( I = \frac{I_0}{2} \)
Unpolarisiertes Licht durch einen Polarisator: Die Intensität wird auf \( \frac{I_0}{2} \) reduziert (Mittelung über alle Winkel).
Polarisation durch Reflexion (Brewster-Winkel):
Unter dem Brewster-Winkel \( \alpha_B \) ist das reflektierte Licht vollständig linear polarisiert:
\( \tan \alpha_B = \frac{n_2}{n_1} \)
Abitur-Tipp: Das Gesetz von Malus ist eine häufige Rechenaufgabe. Merke: Zwei Polarisatoren hintereinander – erst den Polarisator-Effekt berechnen (\( I_0 / 2 \)), dann Malus anwenden!