UV STRAHLUNG VERSTEHEN, MESSEN, FILTERN
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- Paul Bayer
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1 UV STRAHLUNG VERSTEHEN, MESSEN, FILTERN
2 INHALT Was ist UV Strahlung Wie wirkt UV Strahlung auf den Menschen Was misst mein UV Messgerät Wie breitet sich Strahlung aus Wie kann ich Strahlung filtern
3 WAS IST (UV) STRAHLUNG? Elektromagnetische Strahlung
4 WAS IST LICHT EIN PHOTON? Photon = Lichtteilchen Energie eines Teilchens abhängig von Frequenz: E = h ν E Energie [J] h Konstante (Planck'sche Wirkungsquantum) ν Frequenz [Hz] Frequenz und Wellenlänge indirekt abhängig: λ = c ν ν Frequenz [Hz] c Konstante (Lichtgeschwindigkeit) λ Wellenlänge [m]
![h ν E Energie [J] h Konstante (Planck'sche Wirkungsquantum) ν Frequenz](/docs-images/45/23281017/images/page_4.jpg "[Hz] Frequenz und Wellenlänge indirekt abhängig: λ = c ν ν Frequenz [Hz]")
5 HELLIGKEIT? Helligkeit ~ Anzahl der Photonen Photonen mit mehr Energie (höherer Frequenz) sind nicht heller Helligkeit läßt nicht auf Energie der Photonen schließen!
6 WAS IST (UV) STRAHLUNG? Elektromagnetische Strahlung
7 STRAHLUNG VON DER SONNE Welche Frequenzen/Wellenlängen kommen von der Sonne auf der Erde an?
8 STRAHLUNG VON DER SONNE Über das gesamte Spektrum 1347W/m² (Solarkonstante) Sonnenleistung zu Mittag auf der Erde In Mitteleuropa im Sommer ca. 700W/m² In Mitteleuropa im Winter ca. 250W/m²
9 WIE WIRKT UV STRAHLUNG AUF DEN MENSCHEN?
10 UV STRAHLUNG = IONISIERENDE STRAHLUNG Ionisation: ein elektrisch neutrales Atom/Molekül wird durch Energiezufuhr von außen elektrisch geladen d.h. reaktionsfreudig Ionisierende Strahlung: Strahlung, die Ionen (d.h. elektrisch geladene Teilchen) erzeugt Radioaktive Strahlung, UV Strahlung, Neutronenstrahlung, Es kann der Frömmste nicht in Frieden leben, wenn es dem Nachbarn nicht gefällt! F. Schiller
11 UV STRAHLUNG = IONISIERENDE STRAHLUNG UV Strahlung: niedrigst energetische ionisierende Strahlung Photonen mit weniger Energie (=größerer Wellenlänge) können nicht ionisieren egal wieviele kommen! Wenige UV Photonen können Schaden anrichten ganz viele rote Photonen nicht UV Photon Gewebe der Rest ist Biologe/Medizin! Analogie: 1000 Fliegen auf der Windschutzscheibe oder 1 Elch
12 UV STRAHLUNG MESSEN
13 WIE KÖNNEN WIR STRAHLUNG MESSEN? Augen (sichtbares Licht) Haut (IR Strahlung) Kochen von Wasser (Mikrowellenstrahlung) Messgeräte
14 WAS MISST SO EIN MESSGERÄT? μw/cm² - Mikrowatt pro Quadratzentimeter mw/cm² - Milliwatt pro Quadratzentimeter 1 Watt Einheit der Leistung 1W=1.000 Milliwatt = μW Leistung der Sonne: ca W/m² = 0,1 W/cm² oder 100mW/cm² oder μw/cm² In voller Sonne zeigt so ein UV Messgerät ca. 5mW=5000μW/cm² an Weniger als 1/20 der Leistung der Sonne ist im UV Bereich
15 WARUM ZEIGEN UNTERSCHIEDLICHE MESSGERÄTE UNTERSCHIEDLICHE WERTE AN? Unterschiedlicher Empfindlichkeitsbereich Unterschiedliche Empfindlichkeitskennlinie Unterschiedliche Messtoleranzen Serienstreuung Je empfindlicher, desto genauer aber desto weniger große Werte kann ich messen: Briefwaage Küchenwaage Badezimmerwaage - Brückenwaage
16 SOLARMETER MODEL 5.7
17 PEAKTECH 5085
18 WIE BREITET SICH (UV) STRAHLUNG AUS?
19 WELLENAUSBREITUNG In der Nähe der Quelle: kugelförmige Ausbreitung In weiter Enfernung: parallele Ausbreitung
20 BEISPIEL FÜR PARALLELE AUSBREITUNG Licht von der Sonne: 150 Mio. Kilometer zur Erde D.h. Sonnenstrahlung bei uns parallel D.h. egal ob ich 1000m näher bei der Sonne bin, oder nicht
21 BEISPIEL FÜR KUGELFÖRMIGE AUSBREITUNG Licht von einer Lampe: wenige cm Abstand Ausbreitung folgt 1 durch Radius Quadrat Gesetz: 1/r² doppelter Abstand ¼ der Strahlung Dreifacher Abstand 1/9 der Strahlung Zehnfacher Abstand 1/100 der Strahlung 2-3cm
22 BEISPIEL 4cm Abstand = ca. 80 μw/m²
23 BEISPIEL 8cm Abstand = ca. 20 μw/m² Doppelter Abstand= 1/4 der Strahlung (1/r²)
24 BEISPIEL 16cm Abstand = ca. 5 μw/m² 4-facher Abstand= 1/16 der Strahlung (1/r²)
25 BEISPIEL FÜR KUGELFÖRMIGE AUSBREITUNG ACHTUNG: ein Reflektor verändert die Abstrahlung dann gilt 1/r² nicht mehr!
26 WIE KANN ICH (UV) STRAHLUNG FILTERN
27 (FILTERN VON) WEISSES LICHT
28 WIE KÖNNEN WIR LICHT FILTERN? Roter Filter Blauer Filter Es bleibt rotes Licht über Es bleibt blaues Licht über
29 FILTERKURVE Roter Filter Blauer Filter Durchlässigkeit Durchlässigkeit 100% 100% 0% 0% 400nm Türsteher bei der SPD 700nm Wellenlänge 400nm Türsteher bei der FPÖ 700nm Wellenlänge
30 WIE KÖNNEN WIR LICHT FILTERN? Durchlässigkeit 100% 0% Roter Filter 100% Blauer Filter Kein Licht über - Schwarz! 0% 400nm 700nm Wellenlänge
31 WIE KÖNNEN WIR LICHT FILTERN? 100% 0% Blauer Filter Blauer Filter 100% Es bleibt blaues Licht über 0% 400nm 700nm Wellenlänge
32 WAS PASSIERT WENN WIR EINEN GRAUFILTER NEHMEN? Durchlässigkeit 100% 50% 50% Grau Filter 0% 400nm 700nm Wellenlänge Es bleibt halb helles Licht über Türsteher der jeden 2. Gast reinlässt
33 UND WENN WIR JETZT 2 DAVON NEHMEN? Durchlässigkeit 100% 50% 50% Grau Filter 50% Grau Filter 0% 50% Es bleibt ¼ der Einstrahlung über 0% 400nm 700nm Wellenlänge
34 EIN FILTER IM ECHTEN LEBEN: RUBIN Nie 100% Durchlässigkeit Lässt auch nicht-rotes Licht durch Was passiert, wenn ich den verdopple?
35 UND UV FILTERUNG? Gleiche Regeln: Ich muss die Filterkurve kennen, um sagen zu können, was passiert. Im Idealfall: 1mm UV Filter X hat 99% UV Filterung (i.e. 1% Durchlässigkeit) 2mm UV Filter X haben 99,99% UV Filterung (0,01*0,01=0,0001= 0,01% Durchlässigkeit) Im schlechtesten Fall: 1mm UV Filter Y hat 99% UV Filterung (i.e. 1% Durchlässigkeit) 2mm UV Filter Y hat 99% UV Filterung (i.e. 1% Durchlässigkeit) Schwächen in einem Filter lassen sich nicht durch Vervielfachung beseitigen! MESSEN!
36 UV FILTERUNG IN DER ATMOSPHÄRE Zunahme der Strahlung um ca. 20% pro 1000m Seehöhe
37 WIEVIEL FILTERT WASSER? Maximale Durchlässigkeit im grünblauen Licht Lässt auch relativ viel UV Licht durch Schutzfaktor z.t. unter 10!
38 ZUSAMMENFASSUNG Je kurzwelliger die Strahlung, desto mehr Energie pro Photon (Lichtteilchen) UV Licht = schwächste ionisierende Strahlung. Längerwelliges Licht kann nicht ioniseren (und dadurch Schaden anrichten) Wir messen eine (sehr kleine) Leistung nimmt von der Sonne mit dem Abstand bei uns quasi nicht mehr ab parallele Ausbreitung Bei Lampen 1/r² Gesetz der Ausbreitung doppelter Abstand, ¼ der Leistung Messgeräte mit unterschiedlichen Charakteristika & Serienstreuung drum unterschiedliche Anzeigen Durchlässigkeit von Filtern kann im besten Fall multipliziert werden (10%*10%=1%) im schlechtesten Fall bringen 2 gleiche Filter nicht mehr als 1 Filter. Leichter Anstieg in der Höhe; Wasser schützt nicht! Messen, Messen, Messen!
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