Elektrooptik

Elektrooptik behandelt das weite Gebiet der Beziehungen zwischen Licht und Elektrizität.

Die gesamte Optik ist gewissermaßen zu einem Spezialkapitel der Elektrizitätslehre geworden durch die Maxwellsche elektromagnetische Theorie des Lichtes, nach der dieses aus elektrischen Wellen (s.d.) von sehr kurzer Wellenlänge besteht. Die Bestätigung dieser Theorie wurde vor allem erbracht mit dem Nachweis der Existenz elektrischer Wellen durch Hertz, deren Fortpflanzungsgeschwindigkeit sich gleich der Lichtgeschwindigkeit ergab, sowie durch die Verifizierung der von der Theorie geforderten Beziehung D = n², worin D die Dielektrizitätskonstante (s.d.) und n den optischen Brechungsindex bedeutet. Diese letztere Beziehung gilt nicht mehr beim Auffallen des Lichtes auf Metalle, da in diesen unter der Einwirkung der elektrischen Felder der Lichtwelle elektrische Ströme entstehen, die infolge Entwicklung von Joulescher Wärme Energie, d.h. hier Licht, absorbieren. Die hiernach aus der Maxwellschen Theorie abzuleitenden Beziehungen haben neuerdings eine ausgezeichnete Bestätigung gefunden durch Versuche von Hagen und Rubens [6], die zeigten, daß für hinreichend lange, ultrarote Wellen die rein optischen Eigenschaften der Emission bezw. Absorption und der Reflexion des Lichts für Metalle aus deren elektrischer Leitfähigkeit berechnet werden kann. Eine mit bloßem Auge direkt sichtbare Beziehung zwischen Licht und Elektrizität liefert die von Faraday entdeckte elektromagnetische Drehung (s. Drehungsvermögen) der Polarisationsebene des Lichtes, ferner das von Kerr entdeckte Phänomen, daß die Polarisationsebene linear polarisierten Lichtes bei der Reflexion desselben an magnetischen Spiegeln von Eisen, Nickel oder Kobalt um einen kleinen Winkel gedreht wird. Ein direkter Beweis der elektrischen Natur des Lichtes ist auch in dem sogenannten Zeemaneffekt (s.d.) zu erblicken, der darin besteht, daß in einem sehr starken Magnetfelde die seinen Linien des Spektrums glühender Gase in mehrere verschiedenartig polarisierte Linien zerlegt werden.

Zu einer andern Kategorie der Elektrooptik gehören die sogenannten licht- oder photoelektrischen Erscheinungen. Sie bestehen darin, daß beim Auftreffen von Licht, besonders von ultravioletten und von Röntgenstrahlen besonders auf Metalle aus diesen negative Elektronen (s.d.) herausgeschleudert werden. Der Vorgang ist so zu deuten, daß die Elektronen im Metall durch Resonanz mit den einfallenden Wellen in Schwingungen versetzt werden, bis sie infolge ihrer steigenden kinetischen Energie herausfliegen. Photoelektrisch wirksam sind daher nur die die betreffende Wellenart absorbierenden Substanzen, also Wasser und wässerige Salzlösungen nicht, wohl aber gewisse gefärbte und fluoreszierende Lösungen, z.B. von Fluorescein, Eosin u.s.w., ferner verschiedene Kristalle, vor allem Flußspat, und einige lichtempfindliche Salze, z.B. Chlorsilber. Die Reihenfolge der Metalle in bezug auf ihre lichtelektrische Empfindlichkeit ist in Luft nahezu dieselbe wie die der elektrochemischen Spannungsreihe, d.h. die stark elektropositiven Metalle Kalium, Rubidium, Cäsium sind die empfindlichsten; doch scheint im stärksten Vakuum sich die Reihenfolge zu ändern. Auf diese Erscheinungen zurückzuführen ist noch die von Hertz zuerst gefundene Tatsache, daß durch ultraviolettes Licht das Ueberspringen von Funken zwischen zwei Elektroden sehr erleichtert wird. Durch resonanzartiges Mitschwingen von Ionen oder Elektronen hatte übrigens auch zuerst Helmholtz die anomale Dispersion (s. Farben), die aus der Maxwellschen Theorie nicht folgt, erklärt. n enger Beziehung zu den photoelektrischen Erscheinungen dürften auch noch die bei der Bestrahlung der einen von zwei gleichartigen Elektroden auftretenden sogenannten photochemischen Ströme [7] stehen, wie sie z.B. an oxydierten Kupferelektroden zu beobachten sind. Gewissermaßen das reziproke Phänomen der Photoelektrizität bildet die Entstehung der Röntgenstrahlen (s.d.) durch das Auftreffen von den mit nahezu Lichtgeschwindigkeit geschleuderten Elektronen der Kathodenstrahlen auf eine feste Wand.

Literatur: [1] Riecke, Lehrbuch der Physik, 2. Aufl., Leipzig 1902. – [2] Wüllner, Lehrbuch der Experimentalphysik, Leipzig 1886. – [3] Drude, Lehrbuch der Optik, Leipzig 1900. – [4] Stark, J., Die Elektrizität in Gasen, Leipzig 1902. – [5] Thomson, J.J., Die Entladung der Elektrizität durch Gase, deutsch von Ewers, Leipzig 1900. – [6] Hagen und Rubens, Drudes Annalen 1903, 11, S. 873. – [7] Wiedemann, G., Die Lehre von der Elektrizität, Braunschweig 1894.

F. Krüger.