Arbeitsgemeinschaft Experimentieren mit Licht Versuch 1: Woher kommt das Licht? Sonne, Glühlampe und Leuchtdiode.

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1 Versuch 1: Woher kommt das Licht? Sonne, Glühlampe und Leuchtdiode. 1.Die Sonne als glühende Kugel 2. Der Glühfaden Thermometer Licht ist pure Energie Licht wiegt nichts Licht kann man nicht anhalten Nichts ist schneller als Licht (Die Lichtgeschwindigkeit beträgt km/s. Da der Erdumfang nur km beträgt, kann ein Lichtstrahl in einer Sekunde die Erde fast 7,5 mal umkreisen!) Der Glühfaden einer Glühlampe: Die Sonne im Zimmer. Allerdings beträgt die (Farb-) Temperatur nur 2500 bis 3500 C. Die Sonne: Eine glühende Kugel mit einer Temperatur von etwa 6000 C. Die Sonne ist mal schwerer als die Erde. Sie ist etwa 150 Mio. km von der Erde entfernt. Leuchtdioden (LED, light emitting diode): Hier glüht nichts. Strom wird in einem Halbleiter direkt in Licht umgewandelt.

2 Versuch 2: Wie breitet sich Licht aus? Lichtstrahl, Brechung und Totalreflexion. 1. Wir verbiegen einen Lichtstrahl Luft Wasser Gerader Lichtstrahl senkrecht durch Grenzfläche. Abknickender Lichtstrahl bei schrägem Durchtritt durch Grenzfläche. Grenzfall: Abgeknickter Strahl läuft parallel zur Grenzfläche. Totalreflexion: Das Licht kann die Grenzfläche nicht passieren. 2. Wir suchen die unsichtbare Münze in einem Becher Grenzflächen zwischen zwei Stoffen passieren Lichtstrahlen senkrecht ohne Beeinträchtigung (brauner Strahl). Treffen sie dagegen schräg auf eine Grenzfläche zwischen zwei Stoffen unterschiedlicher (optischer) Dichte werden sie gebeugt sie zeigen einen Knick an der Grenzfläche (blauer Strahl). Wird der Knick zu stark, wird der Stahl an der Grenzfläche gespiegelt (roter Strahl). Diesen Effekt nennt man Totalreflexion...

3 Versuch 3: Wie manipuliert man Lichtstrahlen? Linsen, Lupe, Feuermachen. 1. Wir experimentieren mit Linsen: Eine Linse besteht aus mindestens einer, häufig zwei Kugelflächen: Konvexlinse Konkavlinse 2. Wir bauen uns eine Tropfenlinse. 3. Wir bündeln das Sonnenlicht und entzünden Papier. Konvexlinsen bündeln einen Lichtstrahl, Konkavlinsen weiten ihn auf. Dies geschieht durch Abknicken (Brechung) der Lichtstrahlen an den beiden Grenzflächen zwischen dem Glas der Linse und der Luft. In der Linse laufen die Lichtstrahlen gerade.

4 Versuch 4: Welche Farben enthält weißes Licht? Spektrum, Wellenlänge, IR-VIS-UV. Wir zerlegen weißes Licht mit einem Prisma und einem Gitter. Licht ist eine Welle. Die Länge eines Wellenzuges beträgt aber weniger als 1/1000 mm. Weißes Licht enthält alle Farben des Regenbogens (rot-gelb-grün-blau). An dieses sichtbare Licht (VIS) schließt sich im roten Wellenlängenbereich infrarotes Licht (IR) und im blauen ultraviolettes Licht (UV) an. IR und UV können wir aber nicht sehen. IR empfinden wir als Wärme. UV verursacht Sonnenbrand und Hautkrebs!

5 Versuch 5: Wie nutzt man die Energie des Lichts? Chlorophyl und Solarzelle. Wir bauen eine Solaranlage. Solarzellen wandeln Licht direkt in Strom um. Aus Lichtenergie wird elektrische Energie, die wir in einer Batterie speichern können. Solarzellen werden bevorzugt dort eingesetzt, wo es keine Steckdosen gibt, z. B. für Satelliten im Weltraum. Auch Pflanzen beziehen ihre Energie von der Sonne. Ihre Solarzellen sind die Blätter. Da Pflanzen aber keinen Strom gebrauchen können, wandeln sie das Sonnenlicht direkt in chemische Energie um. Dies geschieht im grünen Farbstoff der Blätter, dem Cvhlorophyl.

6 Versuch 6: Wie entstehen die Farben des Fernsehbilds? Additive Farbmischung. Wir überlagern rotes, grünes und blaues Licht mit Lampen und mit einem Farbenrad EBU Vergrößerung der Bildpunkte einer Bildröhre: Der Farbeindruck entsteht durch Überlagerung der drei Grundfarben.

7 Versuch 7: Wie sieht der Mensch? Stäbchen, Zäpfchen und Entfernung. Empfindlichkeitsspektren der Zäpfchenpigmente. Spektrale Augenempfindlichkeit: Da die Sonne grünes Licht am intensivsten aussendet, sind Blätter grün und das Auge ist für diese Farbe am empfindlichsten.

8 Versuch 8: Wie erzeugt man einfarbiges Licht? Lampe, Leuchtdiode und Laser. Wir untersuchen mit unserem Gitterspektrometer die Farbanteile (Spektren) von Halbleiterlichtquellen. In einer Leuchtdiode(LED) wandelt ein Halbleiterkristall elektrischer Strom direkt in einfarbiges Licht um, das in alle Richtungen abgestrahlt wird. In einem Laser wird dieses Licht durch zwei parallele Spiegel in den Kristall zurückgeworfen. Es entsteht ein scharfer Lichtstrahl, der durch einen teildurchlässigen Spiegel aus dem Laser austritt.

9 Versuch 9: Wie leitet man Licht durch ein Kabel? Polymer- und Glasfasern. Wir übertragen Informationen durch Morsezeichen. Mit Lichtblitzen aus Lasern werden heute Fernsehbilder, Daten und Sprache überglasfasern um die ganze Welt geleitet. Diese Fasern sind allerdings sehr dünn kaum dicker als ein menschliches Haar.Aufgrund der geringen Dicke sind diese Fasern sehr robust und flexibel. Sie können zu Schleifen mit einem Durchmesser unter 1 cm gebogen werden. Wir übertragen das Licht einer LED durch einen Plexiglasstab. Totalreflexion LED Plexiglasstab Photodiode Das Licht wird durch Totalreflexion im Plexiglasstab geführt. Wir können den Stab sogar verbiegen. Übertragen wir Lichtblitze, so können wir wie mit Morsezeichen Informationen (z. B. Texte, Sprache, Bilder) übertragen.

10 Versuch 10: Wie telefoniert man zwischen Kontinenten? Optische Datenübertragung. Wir ziehen eine Glasfaser. Ein Glasstab wird erwärmt und zu einem Faden ausgezogen. Licht wird schon sehr lange zur Informationsübertragung eingesetzt (Morsen, Leuchttürme, Lichtzeichen). Dabei breitet sich das Licht frei in der Luft aus. Neu ist nun die Führung des Lichts in optischen Kabeln (Glasfasern). Das Licht kann so gezielt von einem Ort zu einem anderen geführt werden. Mit diesen Lichtkabeln wurde inzwischen unsere gesamte Erde umspannt, so dass wir heute sogar zwischen den Kontinenten ohne teure Satelliten telefonieren können.