Dispersion Und Polarisation
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Lernziele:1. Der Brechungsindex n(ω)hängt von der Frequenz derelektromagnetischen Welleab.2. Zerlegung von weißem Lichtin seine Spektralfarben ist mitdispersiven Medien(Dielektrika) und mitInterferenzgittern möglich3. Transversaleelektromagnetische Wellenkann man polarisieren.Optisch aktive Medienkönnen die<strong>Polarisation</strong>sebene drehen..Begriffe:• <strong>Dispersion</strong> von Prismen• Disperson von Gittern• Auflösungsvermögen vonPrismen und Gittern• Spektralphotometrie• Transversale <strong>Polarisation</strong> desLichts• Optische AktivitätH. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 2
<strong>Dispersion</strong>H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 3
<strong>Dispersion</strong>n(λ)n(ω)WellenlängeFrequenzIn den meisten Fällen nimmt der Brechungsindex von blaunach rot kontinuierlich ab. Die Steigung an die Kurve dn/dλwird Disperionsfähigkeit des brechenden Materials genannt.dn/dλ ist typischerweise 10 5 m -1 .H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 4
Zerlegung von weissem Lichtin seine KomponentenγEinfallendes weißes LichtWeißes Licht entsteht durch die Überlagerung aller Wellenlängen imsichtbaren Bereich. Durch die <strong>Dispersion</strong>sfähigkeit kann ein Prisma weissesLicht in seine verschiedenen Wellenlängen zerlegen.Bei der Brechung ändert sich die Ausbreitungsrichtung des Lichts und seineWellenlänge, aber nicht seine Frequenz. Brechung ist farberhaltend! ImWasser sehen wir die gleichen Farben wie an Land!H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 5
Wellenabhängigkeitdes Strahlengangsγϕ(rot)γϕ(blau)γ + φ(rot)sinn(rot)= 2n(blau) γ + φ(blau)sin2Bei symmetrischem Strahlengang ist der Winkel φ für rotkleiner als für blau.H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 6
Wellenlängenauflösungeines PrismasAuflösungsvermögen eines Prismas bezeichnetdie Fähigkeit, zwei verschiedene Wellenlängenoch trennen zu können.BDas Auflösungsvermögen hängt von derBasislänge B des Prismas und den<strong>Dispersion</strong>seigenschaften (dn/dλ) desPrismenmaterials ab:λΔλ=BBasislänge×Wellen-längenauflösungdndλ<strong>Dispersion</strong>Beispiel: Bei einer Basislänge des Prismas von 10 cm und einer <strong>Dispersion</strong>des Prismenglases dn/dλ = 10 5 m -1 wird eine Auflösung von 10 4 erreicht.H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 7
Auflösungsvermögen des PrismasH. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 8
<strong>Dispersion</strong>s- und Auflösungsvermögenvon GitternH. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 9<strong>Dispersion</strong>s- u. Auflösungsvermögen vonGittern
Interferenz mit verschiedenenWellenlängen20 Spaltem3210-1-2∆λ-3H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 10Interferenz mit verschiedenenWellenlängen
Prinzip der SpektralphotometrieLampePrismen- oderGitterspektralapparatdI 0 (λ)Küvette mitLösung derKonzentrationcI(λ,d)Detektormisst transmittierteIntensitätpolychromatischesweißes Lichtmonochromatisches Licht,Intensität I 0 (λ)I( ) ( )−ε( λ)cdλ,d = I λ0 eε(λ) = molare Extinktionskoeffizient, hängt von der Wellenlänge abH. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 12
AbsorptionsspektrenOxyhämoglobin (HbO 2 ) und desoxygeniertes Hämoglobin (Hb)H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 15
Gitterspektralapparat im PraktikumGitterspektrometer zurDurchführung vonSpektralphotometrieH. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 16
Infrarotspektren liefernFingerabdrücke von MolekülenH. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 17
<strong>Polarisation</strong> von LichtH. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 18
EM-Wellen sind transversale WellenElektromagnetische Wellen sind transversale Schwingungen deselektrischen und magnetischen Feldes.Das E-Feld und B-Feld stehen senkrecht aufeinander, und beidestehen senkrecht auf der Ausbreitungsrichtung:H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 19
Lampen erzeugenunpolarisiertes LichtxzyUnpolarisiert bedeutet, dass alleSchwingungsrichtungen derelektromagnetischen Welle um dieAusbreitungsrichtung z vor-kommen.Keine Richtung in der x-y Ebene istausgezeichnet.H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 20
Linear polarisierte EM-WellexzyLinear polarisiertes Licht besteht aus EM-Wellen, deren E-Vektor in nur einer Ebeneschwingt, z.B. der x-z Ebene. Umpolarisiertes Licht zu erzeugen, muss einPolarisator bzw. Filter in den Strahlenganggebracht werden, der Transmission in nureiner Ebene erlaubt und alle anderenRichtungen absorbiert.H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 21
<strong>Polarisation</strong> durch einTransmissionsfilter<strong>Polarisation</strong>sfilter sind Polymerschichtenmit paralleler Anordnung derPolymerketten, die nur eine bestimmte<strong>Polarisation</strong>srichtung durchlassen undalle anderen durch Absorptionabschwächen.Gekreuzte Polarisatoren lassen keinLicht durchH. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 22
<strong>Polarisation</strong>sfilter<strong>Polarisation</strong>sfilter werden eingesetzt bei:• Sonnengläsern• Kameras• PolarimeterH. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 23
PolarisierteWelle in LuftOptische AktivitätαPolarisierteWelle inoptischer aktiverSubstanzSubstanzen, die die <strong>Polarisation</strong>sebene des Lichts bei derTransmission kontinuierlich drehen können, werden optisch aktiveSubstanzen genannt. Drehwinkel α der <strong>Polarisation</strong>sebene nach derStrecke d:α = αspcdα sp ist die spezifische optische Aktivität eines Stoffes (z.B. pro 10 cm Längeund einer Konzentration von 1g in 100 ml Lösung), c ist dieGewichtskonzentration einer optisch aktiven Substanz.Einheit der spezifischen optischen Aktivität ist [α sp ] = Grad m 2 /kgdH. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 24
Gekreuzte Polarisatorenmit und ohne aktive SubstanzGekreuzte Polarisatorenergeben vollständigeAuslöschungOptisch aktive Substanzzwischen den Polarisatorenergibt AufhellungH. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 25
Ursache für optische AktivitätOptisch aktive Moleküle sind unsymmetrische Moleküle, die inzwei Formen vorkommen: eine normale Form und einespiegelbildliche Form. Falls die normale Form mit seinemSpiegelbild nicht durch Drehung zur Deckung gebracht werdenkann, dann hat das Molekül eine Chiralität, und die beidenspiegelbildlich verwandten Formen werden Enantiomeregenannt. Beispiele für Enantiomere:H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 26
Zusammenfassung <strong>Dispersion</strong> bedeutet, dass verschiedene Wellenlängenunterschiedlich stark gebrochen werden. Auflösungsvermögen von Prismen hängt von der Basislänge ab. Licht sind transversale Wellen des elektrischen und magnetischenFeldes Linear polarisiertes Licht hat eine bevorzugte Richtung derSchwingung des E-Vektors Mit polarisiertem Licht kann man die optische Aktivität vonLösungen nachweisen Chirale Moleküle sind optisch aktiv.H. Zabel 36. Lektion: <strong>Dispersion</strong> und <strong>Polarisation</strong> 27
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