II. Subtraktive Farbmischung

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1 II. Subtraktive Farbmischung Wird der Unterricht in der Mittelstufe gehalten, so muss im Folgenden der Begriff Wellenlängenbereich immer durch den Begriff Farbbereich ersetzt werden, da in der Mittelstufe nur Geometrische Optik behandelt wird. 1. Versuch Farbfilter absorbieren Licht bestimmter Wellenlängenbereiche und lassen die restlichen Wellenlängen des Spektrums durch. Läßt man weißes Licht (weißes Glühlicht oder Sonnenlicht) nacheinander durch zwei Filter gehen, so setzt sich die Filterfarbe des Doppelfilters aus den spektralen Anteilen zusammen, die beide Filter durchlassen. Solche Farbmischung durch Mehrfachfilter nennt man subtraktive Farbmischung. Man lässt weißes Licht einer Glühlampe durch verschiedene Farbfilter fallen und beobachtet jeweils die Farbe des durchgelassenen Lichtes. Man erzeugt Mischfarben, indem man mehrere unterschiedlich farbige Gläser als Mehrfachfilter verwendet. 1.1 Materialliste 1. 2 Dreifuß PASS 2. 1 Experimentierleuchte 2, Halogen, 50W (oder: Glühlampe 6V/30W) 3. 1 Blendenhalter für Experimentierleuchte 4. verschiedene Farbfilter aus Glas oder Kunststoff (Farbgläser) 5. 1 Schirm, transparent, 250mm x 250mm; besser: weiße Wand 6. 1 Elektrische Energieversorgung für Experimentierleuchte 12V/50W 1.2 Anordnung Die Experimentierleuchten 2 (event. mit Einfachkondensor f=100mm) wird in den Dreifuß gehaltert und so aufgestellt, dass ihre Lichtkegel auf den Schirm(in Dreifuß gehaltert)/wand fällt. Farbfilter liegen bereit. Als Experimentiertisch benützt man zweckmäßig einen fahrbaren Ansatztisch, mit dem man den Aufbau mühelos drehen kann. 1.3 Durchführung Die Spannungsversorgung der Experimentierleuchte wird eingeschaltet und der Raum verdunkelt. Man beobachtet den Lichtfleck auf dem Schirm/Wand und schiebt ein Farbglas (z.b. orange oder gelb) in den Blendenhalter. Danach schiebt man über das erste Glas (orange/gelb) das zweite Farbglas (z.b. blau) in den Blendenhalter, dass sich beide Gläser überdecken. Man beobachtet die Änderung der Farben auf dem Schirm. 1

2 1.4 Ergebnis Im Überdeckungsbereichen der Farbgläser entsteht eine je nach Farbgläser unterschiedliche, charakteristische Mischfarbe (hier: grün), die keine reine Spektralfarbe ist. Als Mischfarbe bezeichnet man eine aus mehreren Farbbereichen zusammengesetzte Farbe. Sie besteht aus denjenigen Wellenlängen, die jeweils von beiden Farbgläsern durchgelassen werden. Hieraus lässt sich folgern: Jedes Farbglas subtrahiert aus dem Spektrum des weißen Glühlichts diejenigen Farben, die es selbst absorbiert. Beispiel: Entstehung der Farbe Grün: o Orangefilter lässt die Wellenlängenbereiche hindurch, die Rot, Gelb, Grün erscheinen, d.h. von den orangen Teilchen wird nur Rot, Gelb und Grün reflektiert o Blaufilter lässt die Wellenlängenbereiche von Violett, Blau und Grün durch, absorbiert also die vom Orangfilter übriggebliebenen roten und gelben Wellenlängenbereiche. o Übrig bleibt nur noch der Wellenlängenbereich Grün, der von den Filtern abgestrahlt wird und auf unser Auge trifft. Die Grundfarben (die drei Farben, aus denen man alle anderen Farben herstellen kann) bei der subtraktiven Farbmischung sind Cyanblau, Gelb und Magentarot. Die paarigen Mischfarben sind Grün, Rot und Violett. Bei Überlagerung aller drei Grundfarben bzw. aller drei Mischfarben erhält man, abhängig von der Intensität, Dunkelgrau bis Schwarz. Diese Grundfarben sind die Grundfarben des CMYK-Farbsystems: Cyanblau, Magentarot, Yellow und Black. Anmerkung: Es gibt auch andere Farbsysteme mit anderen Grundfarben! Überlagerung der Grundfarben Farbmischungen bei der subtraktiven Farbmischung Weiteres: Läßt das zweite Filter keine Wellenlängenbereiche durch, die das erste durchließ, so ist das Ergebnis Dunkelheit: je nach Intensitäten grau bis schwarz. Farbstoffe, und damit auch Wasserfarben, mischen sich subtraktiv. Die Mischfarbe ist der Rest des weißen Lichts, der von Teilfarbstoffen nicht absorbiert und von allen reflektiert wurde. Farbdias entstehen nach photochemischer Entwicklung aus drei übereinander liegenden Bildern in den Farben Magentarot, Gelb und Cyanblau. Die Farbe, in der eine Stelle des Bildes im durchfallenden Licht erscheint, ist die subtraktive Mischfarbe der drei Filter. Je nach Dichtigkeit des Teilfilters lassen sich so alle Mischfarben aus den drei Farbfiltern erzeugen. Die Farben einzelner Körper entstehen durch subtraktive Farbmischung. Ein uns im weißen Licht z.b. blau erscheinender Körper absorbiert vom weißen Licht die Farben im Spektralbereich von Gelb bis Rot und reflektiert die Farben von Violett bis Grün. Die Mischfarbe ist Blau. Technische Anwendungen der subtraktiven Farbmischung: Dreifarbendruck, Farbfotographie 2

3 2. Lernvoraussetzungen Schüler kennen den Begriff Spektralfarbe. Schüler wissen, dass sich weißes Licht in Spektralfarben zerlegen lässt, die ein kontinuierliches Spektrum bilden. Schüler wissen, was Komplementärfarben sind. Schüler wissen, was Absorption von Licht ist. Schüler kennen die Absorption von Flüssigkeiten und Feststoffen. Schüler wissen, was Farbfilter sind und wie sie als einzelne Farbfilter bei Absorption wirken. Schüler haben ein Bewusstsein von Intensität. (z.b.: Hält man eine Glühbirne nah an die Haut, verbrennt man sich. Hält man sie weit weg, spürt man fast nichts von der Wärme.) 3. Lernziele des Versuchs 3.1 Grobziele Schüler sollen wissen, wie Farben durch paarweise subtraktive 3.2 Feinziele Schüler sollen eine Definition von subtraktiver Farbmischung kennen. Schüler sollen erklären können, wie subtraktive Farbmischung entsteht. Schüler sollen wissen, welches die Grundfarben bei der subtraktiven Farbmischung sind. Schüler sollen den Begriff Mischfarbe kennen. Schüler sollen verstehen, was die Mischfarben sind und wie sie durch subtraktive Schüler sollen angeben können, welche Farben entstehen, wenn man die Grundfarben mit Schüler sollen wissen, dass bei Überlagerung der drei Grundfarben, abhängig von deren Schüler sollen verstehen und erklären, wann Dunkelheit entsteht. Schüler sollen einen Versuch(saufbau) kennen, mittels dessen man subtraktive Farbmischung vorführen kann. Schüler sollen wissen, dass die Farben einzelner Körper durch subtraktive Farbmischung entstehen. Schüler sollen wissen, dass sich Farbstoffe wie Wasserfarben gemäß der subtraktiven Farbmischung mischen. 4. Bezug zu einem übergeordneten Unterrichtsthema Die subtraktive Farbmischung gehört thematisch zum Bereich Farben von Licht oder in den Bereich Spektrum. Da Farbenlehre besonders im Kunstunterricht eine Rolle spielt, sollte versucht werden, fächerübergreifend das Thema Farbe zu behandeln. 5. Experimentelle Alternativen Anstatt der verschiedenen farbigen Filter können bei der Versuchsdurchführung auch zwei Farbgläser rot-grün mit Spalt und ein blaues Farbglas verwendet werden. Zunächst schiebt man ein rot-grünes Glas mit waagrechtem Spalt in den Blendenhalter. Danach schiebt man das blaue Glas so weit in den Blendenhalter, dass sich beide Gläser nur bis zur Hälfte bedecken. Man beobachtet die Änderung der Farben auf dem Schirm. Schließlich steckt man zwei rot-grüne Farbgläser mit gekreuzten Spalten in den Blendenhalter und beobachtet die Farberscheinungen in den grün/roten Überlappungsbereichen. In den Überlappungsbereichen der Farbgläser entstehen unterschiedliche charakteristische Mischfarben, die keine reinen Spektralfarben sind. Analog oben. 3

4 6. Mögliche bzw. notwendige Modifikation bei Einsatz als Schülerexperiment. Grundsätzlich kann dieser Versuch auch leicht von den Schülern selbst durchgeführt werden, da der Versuchsaufbau einfach und die benötigten Bauteile und Materialien vorhanden sind. Man kann diesen Versuch von einem einzelnen Schüler oder einer Schülergruppe im Rahmen eines Referats über subtraktive Farbmischung vorstellen und durchführen lassen. Man kann die Schüler auch im Rahmen eines Kurses Schüler experimentieren selbst experimentieren lassen, wobei man ihnen die Aufgabe geben kann, verschiede Mischfarben herzustellen. Die Ergebnisse müssen notiert werden. Dieser Versuch ist auch im Rahmen eines Lernzirkels einsetzbar. Dabei kann die subtraktive Farbmischung neben der additiven Farbmischung und der Absorption von Flüssigkeiten/Feststoffen eine Station des Zirkels sein, an der bestimmte Sachverhalte erkannt und erarbeitet werden sollen. Auch hier werden die Ergebnisse wieder im Heft oder auf dem Arbeitsblatt notiert. 7. Unterrichtsverfahren Typ: Modifiziertes Normalverfahren 7.1 Sozialform Unterrichtsgespräch mit Demonstrationsexperiment 7.2 Lehrformen und Lernformen Lehrformen darbietend (Tafelanschrift/Folie Overhead, Versuch demonstrieren), fragend entwickelnd Lernformen vermittelndes Lernen, rezeptiv (aufnehmendes Lernen: Schüler beobachten die Durchführung des Versuchs), Kontrolle: Schüler äußern Vermutungen vor den jeweiligen Versuchen; bei Schüler- bzw. Gruppenexperiment oder Lernzirkel: selbst erarbeitend, Kontrolle: Lehrer vergleicht mit den Schülern deren Ergebnisse. 7.3 Motivationssituation oder Einstiegssituation Der Versuch eignet sich selbst gut als Einstieg in eine neue Stunde, wobei allerdings nur eine und nicht alle Kombinationen vorgeführt werden. Im Anschluss sollte man die Schüler fragen, ob sie wissen, weshalb die vorgeführte Kombination von Farbfiltern eine bestimmte Farbe ergibt. Mit einem anderen Einstieg, der weniger stark gelenkt ist und die Schüler vermutlich auch mehr motiviert, kann man die Schüler gut ansprechen, indem man Wasserfarben mischt oder einzelne Schüler damit beauftragt, und die verschiedenen Mischfarben präsentiert. Im Anschluss kann man die Schüler fragen, ob sie wissen, weshalb bestimmte Farben beim Mischen bestimmte andere Farben ergeben. Da die Schüler mit dem Umgang mit Wasserfarben reichlich Erfahrung haben, dürften sie sich leicht motivieren lassen, den Hintergrund erfahren zu wollen. Dieser Einstieg bietet auch die Möglichkeit, eine, die Schüler ansprechende, Problemfrage zu formulieren: 7.4 herauszuarbeitende Problemfrage bzw. Hypothese, die zur Versuchsplanung führen Wie kommt es, dass ich aus meinen 12 Farben im Farbkasten noch so viele andere Farben mischen kann? Eine oder mehrere Hypothesen sind hier nicht empfehlenswert, da es für die Schüler zu kompliziert ist, auf diese Hypothesen zu kommen. 8. Lernzielkontrolle Bei Versuchsvorführung durch den Lehrer: Schüler sollen den Begriff Mischfarbe kennen. Schüler sollen verstehen, was die Mischfarben sind und wie sie durch subtraktive Schüler sollen erklären können, wie subtraktive Farbmischung entsteht. 4

5 Zunächst sollte man den Versuch an einem Beispiel vorführen und ausführlich erklären, damit die Schüler verstehen, wie eine subtraktiv gemischte Farbe entsteht. Führt man anschließend weitere Versuche mit anderen Farbfiltern vor, so sollte man die Schüler jeweils vorher fragen, welcher Farbfilter welche Farben absorbiert, welche er durchlässt und was sich dann als Mischfarbe bei Überlappung auf der Wand ergeben müsste. Die Erwartung der Schüler wird dann durch den Versuch überprüft. Von Vorteil ist auch ein Arbeitsblatt mit Lückentext, das gemeinsam ausgefüllt wird. Die Lücken werden von den Schülern am Overhead ausgefüllt. Der Vorteil ist, dass die Schüler sich aktiv beteiligen und der neue Stoff nicht nur mündlich wiederholt, sondern gleich schriftlich festgehalten wird. Die Schüler prägen sich den neuen Stoff besser ein und man spart Zeit. Bei Lernzirkel: Schüler sollen wissen, welches die Grundfarben bei der subtraktiven Farbmischung sind. Schüler sollen den Begriff Mischfarbe kennen. Schüler sollen verstehen, was die Mischfarben sind und wie sie durch subtraktive Schüler sollen angeben können, welche Farben entstehen, wenn man die Grundfarben mit Schüler sollen wissen, dass bei Überlagerung der drei Grundfarben, abhängig von deren Schüler sollen verstehen und erklären, wann Dunkelheit entsteht. Schüler sollen einen Versuch(saufbau) kennen, mittels dessen man subtraktive Farbmischung vorführen kann. Wird der Versuch im Rahmen eines Lernzirkels durchgeführt, so muss ein Arbeitsblatt erstellt werden, auf dem die Schüler festhalten können, bei welcher Mischung sich welche Farben ergeben. Hierbei sind die Versuche nicht nur mit Farbfiltern, sondern auch mit farbigen Flüssigleiten in Küvetten durchzuführen. Die Schüler sollen subtraktiv Farben mischen, indem sie jeweils zwei Küvetten mit farbigen Flüssigkeiten hintereinander in den Strahlengang bringen (analog Farbfilter), oder die Flüssigkeiten durch Zusammengießen mischen. Die Ergebnisse der verschiedenen Kombinationen von Flüssigkeiten werden notiert. Hausaufgabe: Schüler sollen wissen, welches die Grundfarben bei der subtraktiven Farbmischung sind. Schüler sollen den Begriff Mischfarbe kennen. Schüler sollen verstehen, was die Mischfarben sind und wie sie durch subtraktive Schüler sollen angeben können, welche Farben entstehen, wenn man die Grundfarben mit Schüler sollen wissen, dass bei Überlagerung der drei Grundfarben, abhängig von deren Schüler sollen verstehen und erklären, wann Dunkelheit entsteht. Schüler sollen einen Versuch(saufbau) kennen, mittels dessen man subtraktive Farbmischung vorführen kann. Die Hausaufgabe soll zur Wiederholung des Versuchsablaufs dienen und zur Vertiefung des Verständnisses beitragen. Die Schüler sollen beispielsweise mittels Farbkastenfarben verschiedene Farben mischen. Entweder werden den Schülern verschiedene Kombinationen vorgegeben oder sie dürfen sich selbst Farben aussuchen, die sie mischen wollen. Die Hausaufgabe mit Farbvorgaben findet sich auf dem Arbeitsblatt. Hausaufgabe: Schüler sollen wissen, welches die Grundfarben bei der subtraktiven Farbmischung sind. Schüler sollen den Begriff Mischfarbe kennen. Schüler sollen verstehen, was die Mischfarben sind und wie sie durch subtraktive 5

6 Schüler sollen angeben können, welche Farben entstehen, wenn man die Grundfarben mit Schüler sollen wissen, dass bei Überlagerung der drei Grundfarben, abhängig von deren Schüler sollen verstehen und erklären, wann Dunkelheit entsteht. Haben die Schüler Computer und Internetzugang, so sollen sie im Internet Applets verwenden, mit bzw. in denen sie Farben subtraktiv mischen können. Falls die Schüler keinen Internetzugang haben, kann der Lehrer die Applets auch downloaden und verteilen. 9. Sicherung der Lernziele siehe Arbeitsblatt und I. Lichtabsorption, Punkt I.9 6