Einfärbige Chemolumineszens

Transkript

1 1 Optik

2 2 Inhalt Einfärbige Chemolumineszens... 3 Zweifärbige Chemolumineszens... 4 Kernschatten und Halbschatten... 5 Reflexion und Brechung des Lichts gezeigt in einem Experiment... 6 Der gebogene Lichtstrahl... 7 Die Sammellinse als Brennglas... 8 Ein Augenlinsenmodell... 9 Modellversuch zum Lichtleiter Wirkliche Bilder des Hohlspiegels Die Farben der Seifenlamelle Umwandlung von UV-Strahlung in sichtbares Licht Warum kann man farbig fernsehen?... 14

3 3 Einfärbige Chemolumineszens Chemikalien: Luminol, Wasserstoffperoxid, destilliertes Wasser, Natriumcarbonat, rotes Blutlaugensalz Durchführung: Man löst eine Spatelspitze Luminol in sodaalkalischer Lösung (etwa einen Chemikalienlöffel Natriumcarbonat in 300 ml destilliertes Wasser). Während man umrührt, wird als Katalysator sehr wenig rotes Blutlaugensalz addiert, sodass eine bräunliche Lösung entsteht. Schließlich wird tropfenweise mit einer etwa 0,5%-Wasserstoffperoxidlösung oxidiert. Man beobachtet ein intensives blaues Leuchten.

4 4 Zweifärbige Chemolumineszens Chemikalien: NaOH, Luminol, Pyrogallol, Kaliumcarbonat, Formaldehyd, Wasserstoffperoxid Durchführung: In einem 250 ml Becherglas werden 0,8 g NaOH in 40 ml dest. Wasser gelöst. Dieser Lösung werden eine Spatelspitze Luminol, 25 g Kaliumcarbonat und 1 g Pyarogallol zugesetzt und ebenfalls gelöst. Nach der Zugabe von 10 ml 40%igem Formaldehyd wird die Lösung in ein 1 l- Becherglas (hohe Form) geleert. Im absolut dunklen Raum werden 30 ml 30%iges Wasserstoffperoxid dazugeleert. Die Lösung leuchtet zuerst einige Sekunden schwach rot, dann hellblau.

5 5 Kernschatten und Halbschatten weißer Karton (Format A3), Nagel, undurchsichtiger Gegenstand, 2 Kerzen Vorbereitung: Von dem Karton wird an der Längsseite ein etwa 20 cm breiter Streifen abgeschnitten. In diesen Streifen werden mit dem Nagel in etwa gleichen Abständen 5 Löcher mit einigen Millimetern Durchmesser gestochen. Die Löcher werden von links nach rechts mit den Buchstaben A, B, C, D, E bezeichnet. Beschreibung: Die beiden Kerzen werden so eingerichtet, dass auf die Löcher A und E kein Schatten fällt, die Löcher B und D im hellen Halbschatten und das Loch C im dunklen Kernschatten des undurchsichtigen Gegenstands liegen. Von der Rückseite des Kartons schaut man nun durch ein Loch nach dem anderen. Durch die Löcher A und E sieht man beide Kerzen, durch die Löcher B und D jeweils nur eine der beiden Kerzen, durch das Loch C hingegen keine der beiden Kerzen. Das dunkle Schattenbild heißt Kernschattenbild: In seinen Schattenraum dringt weder das Licht der einen Kerze, noch das Licht der anderen. Die hellen Schattenbilder heißen Halbschattenbilder: In ihren Schattenraum dringt das Licht jeweils einer Kerze.

6 6 Reflexion und Brechung des Lichts gezeigt in einem Experiment Ebener Spiegel Wanne mit Wasser und Fluoreszin (Milch) große Glaswanne (Kunststoffwanne), Experimentierleuchte, ebener Spiegel, Fluoreszin (oder Milch) Beschreibung: Das Experiment wird wie in der Abbildung aufgebaut. Um den Verlauf des gebrochenen Strahls im Wasser besser beobachten zu können, wird ganz wenig Fluoreszin (notfalls einige Tropfen Milch) zugesetzt. In der Luft können die Lichtstrahlen sehr einfach mit Kreidestaub aus einem Tafeltuch sichtbar gemacht werden. Beim Übertritt von der Luft ins Wasser wird der Lichtstrahl zum Lot gebrochen, beim Austritt aus dem Wasser wird der Strahl vom Lot gebrochen. Vom Spiegel wird er reflektiert. Die Lichtbrechung wird mit der unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeit in den beiden optischen Medien erklärt. Tipp: Sehr gut eignet sich für dieses Experiment auch ein Laserpointer.

7 7 Der gebogene Lichtstrahl Laser Glaswanne (oder Kunststoffwanne), Zucker, Laser (z. B. Laserpointer ), Stativ und Stativmaterial Zuckerlösung mit nach unten hin zunehmender Konzentration Durchführung: In die etwa halb mit Wasser gefüllte Wanne wird so viel Zucker geleert, dass auch nach längerer Wartezeit ein Bodensatz bleibt, wobei die Lösung nicht umgerührt werden darf. Der Laserstrahl wird im flachen Winkel auf die Zuckerlösung gerichtet. Beobachtung: Der Laserstrahl verläuft leicht gebogen durch die Zuckerlösung. Der Laserstrahl wird mit zunehmender Konzentration der Zuckerlösung verlaufend stärker gebrochen. Hinweis: In Analogie zu diesem Versuch kann auch die ovale Form der tiefstehenden Sonne durch die verlaufend stärkere Brechung des Lichtes in der Erdatmosphäre erklärt werden.

8 8 Die Sammellinse als Brennglas Sammellinse, schwarzes Naturpapier, weißes Papier Durchführung: Bei Sonnenschein hält man in den Brennpunkt der Sammellinse nacheinander ein weißes und ein schwarzes Stück Papier. Ins schwarze Papier ist auf diese Weise sehr schnell ein Loch gebrannt, beim weißen Papier dauert es deutlich länger. Reflexion der Strahlung durch helle Körper, Absorption durch dunkle Körper.

9 9 Ein Augenlinsenmodell selbst angefertigtes Modell einer Augenlinse, Injektionsspritze mit dünnem Gummischlauch, halbdurchsichtiger Schirm, Kerze, destilliertes Wasser Herstellung des Modells einer Augenlinse: 5 Aus einer ca. 8 mm dicken Kunststoffplatte werden drei quadratische Teile mit ca.15 cm Seitenlänge geschnitten (in der Abbildung die Teile 2 1 1, 3, 5). Mit einer Lochsäge schneidet man aus diesen Platten kreisförmige Scheiben und bohrt in den Ecken Löcher, um die Teile miteinander verschrauben zu können. In die mittlere Kunststoffplatte (in der Abbildung Teil 3) werden von Spritze oben her zusätzlich 2 Löcher gebohrt. In diesen Modell der Augenlinse beiden Bohrungen werden zwei etwa 3 Zentimeter lange Messingröhrchen mit Kleber fixiert (in der Abbildung: 6, 7). Zwischen die Teile 1, 3 und 5 wird jeweils eine durchsichtige Kunststofffolie (in der Abbildung: 2 und 4) mit den gleichen Kerze Maßen wie die Kunststoffplatte gelegt. Vor dem Zusammenschrauben der Teile legt man Schirm zwischen die beiden Folien (2 und 4) und die Kunststoffplatte (3) noch jeweils einen passenden Gummiring (z. B. den Gummiring eines Einsiedglases). Durchführung: Eine brennende Kerze wird mit dem Augenlinsenmodell auf einem (halbdurchsichtigen) Schirm unscharf abgebildet. Durch Druck auf die Injektionsspritze wird die Krümmung der Augenlinse verändert, bis ein scharfes Bild auf dem Schirm entsteht. Eine stärkere Krümmung der Augenlinse bewirkt eine stärkere Brechung des Lichts.

10 10 Modellversuch zum Lichtleiter Laserpointer am Stativ befestigt hoher Standzylinder, Aluminiumpulver, Laserpointer, Stativ und Stativmaterial weiße Unterlage Durchführung: In den Standzylinder gibt man ganz wenig feinstes Aluminiumpulver und füllt ihn mit Wasser. Das Pulver verteilt sich im Wasser. Nun richtet man den Strahl des Laserpointers schräg auf die Wasseroberfläche und beobachtet ihn im abgedunkelten Raum. Beobachtung: Der Lichtstrahl wird von einer Wand des Standzylinders zur gegenüberliegenden reflektiert. Totalreflexion Standzylinder mit Wasser und etwas Alu-Pulver Hinweise: Sollte sich Aluminiumpulver an der Wasseroberfläche sammeln, wird dieses vor Durchführung des Experimentes z. B. mit einem Papiertaschentuch entfernt. Wenn der Standzylinder längere Zeit ruhig steht, muss das Aluminiumpulver, das sich am Boden absetzt, wieder aufgeschüttelt werden.

11 11 Wirkliche Bilder des Hohlspiegels Hohlspiegel (z. B. Rasierspiegel), weißer Karton (Format A3) Beschreibung: Auf dem weißen Karton wird das Bild eines Gebäudes aus der Umgebung des Physiksaals (der Klasse) abgebildet. Günstig ist es, wenn bei diesem Gebäude links und rechts eindeutig unterschieden werden können. Das Bild ist höhenverkehrt, seitenverkehrt und verkleinert.

12 12 Die Farben der Seifenlamelle Experimentierleuchte Ring mit Seifenlamelle Ring mit Stiel (Durchmesser des Rings: ca. 10 cm), optische Bank, Experimentierleuchte, Sammellinse (z. B. f = 20 cm), Schirm (z. B. Projektionswand), Seifenlösung Sammellinse Durchführung: Der Lichtstrahl der Experimentierleuchte wird Abbildungsschirm in einem Winkel von ca. 45 auf die Seifenlamelle im Ring gerichtet. Der Abstand zwischen Experimentierleuchte und Seifenlamelle ist gering (z. B cm). Der reflektierte Anteil des Strahls wird mit der Sammellinse scharf auf der Projektionswand abgebildet. Nach kurzer Zeit beobachtet man an der Projektionswand ein prächtiges Farbspiel. Auch schwarze Stellen sind möglich. Eine Erklärung der Beobachtung ist nur mit den Mitteln der Wellenoptik möglich und in der Literatur unter dem Namen Farben dünner Blättchen bekannt. Anmerkung: Der Strahlenverlauf ist in der Abbildung aus technischen Gründen nicht korrekt wiedergegeben.

13 13 Umwandlung von UV-Strahlung in sichtbares Licht Leuchtstoffröhre, UV-Lampe Beschreibung: Im abgedunkelten Raum wird eine Leuchtstoffröhre in das Licht einer UV-Lampe aus der Versuchssammlung gehalten. Beobachtung: Die Leuchtschicht der Röhre sendet Licht aus. Die Leuchtschicht der Leuchtstoffröhre wandelt unsichtbares UV-Licht in sichtbares Licht um. Tipps: Wenn man die UV-Lampe vor den Bildschirm eines (nicht eingeschalteten) Fernsehers stellt, leuchtet der Bildschirm. Im völlig abgedunkelten Raum können mit der UV-Lampe weitere motivierende Experimente durchgeführt werden, z. B.: Die Schüler fletschen die Zähne, beobachten die weißen Flächen im Physiksaal, schreiben mit fluoreszierendem Textmarker an der Tafel usw.

14 14 Warum kann man farbig fernsehen? Farbfernsehgerät, Sammellinse (Lupe) Durchführung: Der Bildschirm eines eingeschalteten Farbfernsehgerätes wird durch die Lupe betrachtet. Am Bildschirm werden Stäbchen in den Farben rot, grün und blau sichtbar. Durch die Farbaddition der drei Grundfarben ergibt sich die Farbe des betrachteten Fernsehbilds.