Ü-55 Forschertage; Fragen und Experimente zum Thema: Licht und Farben

Transkript

1 Ü-55 Forschertage; Fragen und Experimente zum Thema: Licht und Farben

2 Wie kann man Licht erzeugen? Wie entsteht der Regenbogen? Warum ist der Himmel blau und die Sonne beim Sonnenuntergang rot? Wie entstehen die Farben am Farbbildschirm? Warum sind Körper farbig? Woraus bestehen die Farben? Welche Farbe hat Rotkohlsaft? Wie leuchtet ein Glühwürmchen?

3 Wie kann man Licht erzeugen? 1 Nanometer (nm), das sind 10-9 (0, ) m

4 Wie kann man Licht erzeugen? Thermische Lichtquellen: Eine sehr alte und natürliche Methode zur Erzeugung von sichtbarem Licht ist das Erhitzen eines Stoffes auf einen sehr hohe Temperatur. Die Sonne ist die größte und älteste Lichtquelle der Erde, sie erhitzt sich durch Kernschmelze auf ca o C Oberflächentemperatur und strahlt daher als so genannter idealer Schwarzer Strahler Licht aus.

5 Wie kann man Licht erzeugen? Thermische Lichtquellen: Bei der Kerze wird in der Flamme durch chemische Reaktionen unter anderem Ruß zum Glühen gebracht und dieser strahlt dann Licht aus. Die blaue Farbe kommt von CH-Radikalen die bei etwa 400 nm Licht emittieren.

6 Wie kann man Licht erzeugen? Thermische Lichtquellen: Bei der Glühlampe, wie es schon der Name sagt, wird ein Metalldraht durch Stromfluss zum Glühen gebracht und strahlt wie die Sonne Licht aus.

7 Wie kann man Licht erzeugen? Thermische Lichtquellen: Je nach Farbe kann man der thermischen Lichtquelle eine Farbtemperatur zuordnen.

8 Wie kann man Licht erzeugen? Nichtthermische Lichtquellen: Bei der Leuchtstoffröhre,

9 Wie kann man Licht erzeugen? Nichtthermische Lichtquellen: der Leuchtdiode (LED),

10 Wie kann man Licht erzeugen? Nichtthermische Lichtquellen: dem Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung ),

11 Wie kann man Licht erzeugen? Nichtthermische Lichtquellen: Bei nichtthermischen Lichtquellen strahlen Elektronen beim Energieübergang Licht aus und sind daher in der Regel auch nicht heiß. Energieschema eines Helium-Neon-Lasers. Die Rote sichtbare Farbe kommt von der Lichtemission bei etwa 633 nm.

12 Wie kann man Licht erzeugen? Bei dem folgenden Experiment sollen verschiedene Lichtquellen, wie Taschenlampe, Kerzenflamme, LED, Leuchtstoffröhre auf ihre Lichtabstrahlung untersucht werden. Dazu wird ein Spektrum, d.h. die Lichtstärke (Intensität) der Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge (Farbe) mit einem Spektrometer aufgezeichnet.

13 Wie entsteht der Regenbogen? Trifft Licht im Bereich von 400 bis 700 nm auf einen Regentropfen, so wird das Licht im Regentropfen aufgrund unterschiedlicher Lichtbrechung, in die Farben blau, grün, gelb, orange und rot aufgespaltet. Es entsteht immer ein starker Haupt- und einen schwacher Nebenregenbogen. Im Hauptregenbogen liegt dabei die Farbe, rot außen und die Farbe, blau innen.

14 Wie entsteht der Regenbogen? Ursache für den Farbverlauf ist die Lichtspiegelung im Regentropfen, daher liegt beim Hauptregenbogen die Farbe rot beim Austritt aus dem Tropfen unten. Durch die Betrachtungsweise liegt aber im Regenbogen die Farbe blau innen und die Farbe rot außen.

15 Wie entsteht der Regenbogen? Der Nebenregenbogen entsteht durch einen anderen Strahlenverlauf im Regentropfen und damit verbundener Doppelspiegelung. Dadurch liegt die Farbe blau beim Austritt aus dem Tropfen unten und somit liegt beim betrachten nun die Farbe rot innen und die Farbe blau außen. Nebenregenbogen Hauptregenbogen

16 Wie entsteht der Regenbogen? Bei diesem Experiment wird weißes Licht von einer Glühlampe (Halogenlampe) auf ein Prisma bzw. CD (Regentropfen) gestrahlt und die austretenden Lichtstrahlen (Farben) auf eine weiße Wand geleitet. Es entsteht ein Hauptregenbogen

17 Warum ist der Himmel blau und die Sonne beim Sonnenuntergang rot? Unsere Erdatmosphäre besteht aus vielen kleinen Teilchen (Molekülen), wie z. B. Sauerstoff und Stickstoff. Wenn Sonnenlicht am Tag direkt auf diese Teilchen trifft, wird das Licht aufgeteilt und dabei wird das blaue Licht wird am stärksten gestreut und jagt kreuz und quer durch den Himmel. Daher erscheint der Himmel am Tag blau.

18 Warum ist der Himmel blau und die Sonne beim Sonnenuntergang rot? Beim Sonnenuntergang scheint die Sonne von der Seite, das Licht legt dabei einen längeren Weg durch die Erdatmosphäre zurück. Das blaue Licht wird auf dem langen Weg herausgestreut und gelbrötliches Licht bleibt übrig. Daher erscheint die Sonne bzw. die angestrahlten Wolken in einer gelbrötliche Farbe.

19 Wie entstehen die Farben am Farbbildschirm? Durch Mischen von verschiedenen Lichtfarben (Lichter) kann man neue Lichtfarben erzeugen. Man spricht daher auch von einer Farbaddition (Additive Farbmischung). Mischt man z. B. grünes und rotes Licht, so erhält man gelbes Licht. + =

20 Wie entstehen die Farben am Farbbildschirm? Der gleiche Effekt findet beim Farbbildschirm statt. Dort hat man jeweils die drei Farblichtquellen, Rot, Grün und Blau sehr nah aneinander angebracht und erzeugt so durch Mischen der drei Farben verschiedene Farbtöne.

21 Wie entstehen die Farben am Farbbildschirm? Bei folgendem Experiment kann man mit Hilfe von drei Farblichtquellen, Rot, Grün und Blau in einer Farbmischbox, die drei Farben mischen und wie auf dem Farbbildschirm, verschiedene Farben erzeugen.

22 Warum sind Körper farbig? Trifft weißes Licht auf einen farbigen Körper, so werden alle Farbanteile, außer der Eigenfarbe absorbiert. Man spricht daher auch von einer Farbsubtraktion (Subtraktive Farbmischung). So werden bei einem Körper mit roter Farbe, die Farbe Cyan absorbiert. - = Rot und Cyan sind Komplementärfarben

23 Warum sind Körper farbig? Bedingt durch die drei Rezeptorenarten des Sehsinns, die möglichst unabhängig gereizt werden sollen, findet man meist in der Praxis die Filterfarben Magenta, Gelb und Cyan. So filtert ein Cyan-Filter hauptsächlich das rote Licht, ein Magenta-Filter das grüne Licht und der Gelb-Filter das blaue Licht. Bei folgendem Experiment werden verschiedene Körper, wie eine z. B. eine Tomate und eine Zitrone mit weißem Licht einer Leuchtstofflampe bestrahlt. Wie zu erwarten erscheint die Tomate Rot und die Zitrone Gelb. Anschließend beobachtet man die Tomate und die Zitrone durch einen Cyan-Filter. Die Tomate erscheint nun Schwarz und die Zitrone Grün.

24 Woraus bestehen die Farben? Beim Mischen von Farben, wie z. B. beim Malen mit Filzstiften, kann man verschiedene Farben erzeugen. Kann man eigentlich alle Farben durch Mischen erzeugen, bzw. welche Filzstiftfarbe ist durch Mischen mit anderen Farben entstanden? Bei folgendem Experiment werden vier verschiedene Filzstiftfarben, wie z.b. Rot, Grün, Blau und Braun mit Hilfe eines Filterpapiers, das mit Wasser getränkt wird, in die Mischfarben aufgeteilt.

25 Woraus bestehen die Farben? Dazu wird ein rundes Filterpapier, mit einem Bleistift in vier Teile aufgeteilt und in der Mitte mit einem Bleistift ein Loch gestochen. Danach trägt man in der Mitte des Filters die vier Farben im Kreis auf und steckt von einer Seite ein etwa 5 cm langes aufgerolltes saugfähiges Papier in das Loch. Danach legt man das Filterpapier auf ein mit Wasser gefülltes Getränkeglas, sodass das saugfähige Papier ins Wasser eintaucht. Nach kurzer Zeit laufen die Farbpunkte auseinander und teilen sich in ihre Grundfarben auf.

26 Welche Farbe hat Rotkohlsaft? Normaler Rotkohl (Saft) aus dem Glas hat eine violette Farbe. Setzt man zu Rotkohlsaft verschiedenen Stoffe, wie Zitronensaft, oder Essigreiniger, oder Sodalösung hinzu, so ist eine deutliche unterschiedliche Färbung zu erkennen. Violetter Rotkohlsaft wird durch Säuren wie z. B. Zitronensäure oder Essig rot gefärbt. Neutralstoffe wie z. B. Leitungswasser verändern die violette Farbe des Rotkohlsaftes nicht. Laugen wie z. B. Sodalösung oder seifenähnliche Stoffe färben den Rotkohlsaft blau bis grün. Alternative ph-wert Messung

27 Wie leuchtet ein Glühwürmchen? Das Glühwürmchen produziert in seinem Körper Luciferine, welche in Gegenwart eines entsprechenden Luciferase- Enzyms mit molekularen Sauerstoff (O 2 ) oxidiert werden. Durch Weiterreaktion, meist durch Abspaltung von Teilgruppen an dem Luciferin, entsteht Energie, die in Form von Licht abgestrahlt wird.

28 Wie leuchtet ein Glühwürmchen? Bei dem folgenden Experiment verwenden wir Leuchtstäbchen in denen eine sogenannte Peroxioxalat - Chemilumineszenz abläuft. Hierbei wird im ersten Schritt ein Oxalsäurederivat, mit Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) oxidiert. Dabei entstehen energetisch angeregte Reaktionsprodukte, die ihre Energie auf einen zugesetzten Farbstoff, übertragen und diesen zur Lumineszenz anregen. Man kann auch mit Licht (z.b. Blaulicht) dem Farbstoff Energie zufügen und zum Leuchten bringen.

29 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Weitere Info unter: