PL: Einführung in die Polarisation

Zur Einführung in die Polarisation existieren zwei Moodlekurse. Es gibt einen Moodlekurs für die Unterstufe und einen für die Oberstufe. Der Aufbau für die Experimente ist größtenteils der Gleiche, weswegen es nur einen Wiki Artikel dazu gibt.

Struktur

Das Schülerlabor ist grundsätzlich als Stationenarbeit gedacht. Es muss jedoch darauf geachtet werden, welche Materialien vorhanden sind und deswegen auch welche Stationen gleichzeitig bearbeitet werden können. Die Station zu 3D-Kinotechnik mit zirkularer Polarisation ist beispielsweise nur einfach vorhanden.

Stationen 3D Kino

3D-Kinotechnik mit Anaglyphentechnik

Material:

• 1 Breadboard
• Posts und Postholder mit passenden Höhen
• 2 Taschenlampen mit Halterung
• 2 Dias (rechts und links) mit Halterung
• 2 Linsen
• 2 Farbfilter (rot und cyan)
• 1 weißer Schirm

In dieser Station bauen die SuS sich den Aufbau selbst auf. Es sollte dafür gesorgt sein, dass alle Materialien zur Verfügung stehen und die Objekte bei der Justage auf die gleiche Höhe gestellt werden können. Außerdem ist es bei dieser Station wichtig, dass Taschenlampen verwendet werden, deren Helligkeit stufenweise eingestellt werden können. So kann bei Bedarf die Taschenlampe mit dem roten Farbfilter heller gestellt werden.

Tipps:

• Je weiter entfernt der Schirm von den Dias ist, desto größer ist das Bild und desto besser ist der 3D Effekt einstellbar.
• Darauf achten, dass erst ganz am Schluss die Farbfilter aufgesteckt werden sollen. Zu Beginn sollten die Sus genug Platz zwischen Taschenlampe und Dia lassen, damit der Farbfilter raufgesteckt werden kann, ohne die Justage zu zerstören.

3D-Kinotechnik mit linearer Polarisation

Material:

• 1 Breadboard
• Posts und Postholder mit passenden Höhen
• 2 Taschenlampen mit Halterung
• 2 Dias (rechts und links) mit Halterung
• 2 Linsen
• 2 Polarisationsfilter
• 1 silberner Schirm

In dieser Station bauen die SuS sich den Aufbau selbst auf. Es sollte dafür gesorgt sein, dass alle Materialien zur Verfügung stehen und die Objekte bei der Justage auf die gleiche Höhe gestellt werden können.

Tipps:

• Je weiter entfernt der Schirm von den Dias ist, desto größer ist das Bild und desto besser ist der 3D Effekt einstellbar.

3D-Kinotechnik mit zirkularer Polarisation

Material:

• 1 Breadboard
• Posts und Postholder mit passenden Höhen
• 2 Taschenlampen mit Halterung
• 2 Dias (rechts und links) mit Halterung
• 2 Linsen
• 2 Polarisationsfilter
• 2 Verzögerungsplättchen
• 1 silberner Schirm

In dieser Station bauen die SuS sich den Aufbau selbst auf. Es sollte dafür gesorgt sein, dass alle Materialien zur Verfügung stehen und die Objekte bei der Justage auf die gleiche Höhe gestellt werden können.

Diese Station ist in der Justage für die SuS eher herausfordernd. Hier ist es wichtig, dass engmaschig betreut wird und Unterstützung angeboten wird.

Tipps:

• Je weiter entfernt der Schirm von den Dias ist, desto größer ist das Bild und desto besser ist der 3D Effekt einstellbar.

Station: Polarisation in der Natur

Polarisation durch Streuung

Material:

• kleines Breadboard
• Posts und Postholder
• Laser
• linearer Polarisationsfilter klein
• linearer Polarisationsfilter groß
• Becken
• Wasser + Isopropanol-Mastix
• Erhöhung
• Schirm

In dieser Station können die SuS die Höhen etc selbst aufbauen und justieren. Die Lösung sollte allerdings schon vorbereitet sein. Dafür etwa 1cm des Beckens befüllen und 3-4 Tropfen der Iso-Mastix Lösung hinzufügen. Gut verrühren. Bei Bedarf kann mehr Iso-Mastix hinzugefügt werden.

Tipps:

• Zum Durchschauen einen großen Polarisationsfilter (Rahmen) nehmen, damit Fehler durch Verdrehen vermieden werden können.
• Wenn zu wenig Breadboards zur Verfügung stehen, ist es auch mit optischen Schienen möglich.

Wikinger auf der Suche nach der Sonne

Die Durchführung draußen ist bei klarem Himmel bis leichter Bewölkung möglich. Bei geschlossener Wolkendecken ist kein Effekt beobachtbar.

Das Experiment so früh wie möglich durchführen. Solange die Sonne noch hinter den Gebäuden ist, ist der Effekt am Besten. Danach ist auch noch möglich, jedoch wird es immer schlechter je näher die Sonne dem Zenit kommt. Sobald die Sonne zu hoch steht, stören Reflexionen und andere Effekte.

Beobachtungsort:

"Schwing"-Brücke auf dem Campus kurz vor dem Internationalen Zentrum (IZ)

Polarisierte Sicht

Für den Rosenkäfer ist kein Aufbau nötig. Es sollten verschiedene (lineare, rechts und linkszirkulare) Polarisationsfilter zur Verfügung gestellt werden.

Für den Schmetterling ist ein Stativ nötig, um die Taschenlampe in einem Winkel von 60° zu befestigen.

Der Aufbau um den Schmetterling zu beobachten sollte schon größtenteils fertig sein. Den Kasten über dem Schmetterling erst abnehmen, wenn tatsächlich beobachtet wird und direkt danach wieder fixieren. Unbedingt vorsichtig sein! Der Schmetterling ist sehr fragil!

Kontrolle eines Pixels

Material:

• Laser
• 2 kleine Polarisationsfilter
• Flüssigkristallzelle
• Adapter um Kabelklemmen an Bananenkabel zu befestigen
• Koaxialkabel
• Spannungsquelle
• Photodiode
• Oszilloskop

für Teil 2: + weißer Bildschirm

Aufbau wie auf dem Bild aufbauen. Alle Kabel anschließen, sodass die SuS nur die Polarisationsfilter verdrehen bzw. die Spannung hochdrehen müssen. Spannung auf der kleinen Einstellung bis ca 2,5 V hochdrehen.

Für den zweiten Teil einen weißen Bildschirm als Lichtquelle nutzen. Dadurch fällt ein Polarisationsfilter weg.

Ermitteln der Schaltzeiten

Hier wird der Aufbau von "Kontrolle eines Pixels" wieder umgebaut.

Material

• Laser
• Kabel
• 2 Polarisationsfilter
• Flüssigkristallzelle
• Frequenzgenerator
• Photodiode
• Oszilloskop

Aufbau wie auf dem Bild. Hier wird ebenfalls der Aufbau von den Betreuenden gemacht, die SuS justieren gegebenenfalls nur noch bzw. messen und schauen sich die Effekte an.

Der Flüssigkristall wird nun über den Frequenzgenerator angesteuert.

Frequenzgenerator pulsen: Periode 5s, Width 100ms, Peak-to-peak voltage 2,5 V evtl Offset anpassen

Signal des Frequenzgenerators auch auf das Oszi geben, um die Schaltzeiten abzulesen.

Spannungsdoppelbrechung

Material Teil 1:

• Lichtbrett
• großer Polarisationsfilter im Rahmen (32x34cm)
• kleiner Polarisationsfilter im Rahmen
• Schutzbrille, Geodreieck, Plastikbox, Lineal

Material Teil 2 (Belastungstests):

• runder und eckiger Haken
• Stativ und Schnur, um die Haken zu befestigen
• Zwinge und Halterung, damit diese steht
• runder und eckiger Rahmen
• Breadboard mit Schienen
• 3 Brückenmodelle
• verschiedene Massestücke
• Federkraftmesser