Schleifen der Acryl-Prismen

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1 Alexander-von-Humboldt-GymnasiumKonstanz Naturwissenschaft und Technik Licht und Farben Schleifen der Acryl-Prismen Ausgangsmaterial und Werkzeuge - Rohlinge aus Acryl - Magnet - Nassschleifpapier (Körnungen 320 und 600) - Schwabbelscheibe, Schleifmittel - Schutzbrille Schleifen Das Schleifpapier (Körnung 320) wird nass gemacht und auf eine ebene, glatte Fläche gelegt. Der Rohling wird ohne großen Druck in weiten Bewegungen darüber geschoben. Die Oberfläche wird immer wieder kontrolliert und der Schleifvorgang fortgesetzt, bis keine Unebenheiten mehr erkennbar sind. Dann wird das Schleifen mit dem feineren Schleifpapier fortgesetzt. Polieren Mit der Schwabbelscheibe auf einer Bohrmaschine (Bild) oder einem Schleifbock und Schleifmittel. Die Bewegung des Acryl-Prismas auf der Schwabbelscheibe muss immer von der Mitte der zu polierenden Fläche gegen die Bewegungsrichtung der Schwabbelscheibe erfolgen. Ist das Ergebnis danach nicht befriedigend, muss nochmals geschliffen werden. Festkleben Sind alle Flächen des Prismas glatt, wird es senkrecht mit Heißkleber auf einen Magnet geklebt. Vorsicht 1. Lange Haare müssen zusammengebunden werden! Weder Bohrmaschine noch Schleifer lassen sich schnell genug abschalten, falls sich Haare darin verfangen sollten. Schlimme Unfälle sind die Folge. 2. Die Augen aller Personen in der Umgebung der Maschinen müssen durch Schutzbrillen geschützt werden. 3. In der Nähe der Maschinen darf immer nur eine Person stehen. NwT Spektroskopie.doc Seite 1 von 6

2 Alexander-von-Humboldt-GymnasiumKonstanz Naturwissenschaft und Technik Licht und Farben Selbstgebautes (Sonnen-) Spektroskop Material Werkzeug 1 Karton: Höhe 10cm, Breite 25cm, Länge 50cm (ca.) 1 Linse f = 10cm 1 Dreiecksprisma 2 Haltemagnete Messer Schere Zinksulfid-Schirm oder fluoreszierender Schirm (wenn vorhanden) Zink-Blech ca. 7cm x 10cm Pappe zur Herstellung der Blende div. Papiere Leuchtfarbe Kleber Bleistift, Geo-Dreieck Bemerkungen Die folgende Bauanleitung ist für eine Linse mit 10cm Brennweite und einem Prisma mit einem brechenden Winkel von 45 geschrieben. Die Maße des Kartons sind in gewissen Grenzen beliebig. Je länger der Karton ist, desto breiter wird das Spektrum. Um eine scharfe Abbildung des Spaltes zu erzielen, muss die Länge größer als die vierfache Brennweite der Linse sein. Die Breite ist so gewählt, dass das Spektrum möglichst nah am Beobachter ist, das auf der Seite einblickende Auge aber noch gut fokussieren kann. Bei schmaleren Kartons kann der Einblick durch einen Pappkegel verlängert werden. Maße bei Verwendung eines Acryl-Prismas mit einem brechenden Winkel von 60 (Ablenkungswinkel ca. 38 ) Abstand Spalt zur linken Ecke des Kartons 0,78. (Länge des Kartons - 20cm) Am besten probierst Du die Lage der Linse und des Prismas ohne Karton aus und überträgst die Maße auf den Karton. Bauanleitung 1. Schneide im Abstand von ca. 13cm vom linken Rand einen ca. 1cm breiten Schlitz. Die Höhe richtet sich nach der Höhe der Linse. Klebe dünnen Karton so davor, dass ein Spalt der Breite 0,5mm entsteht. Schneide als Einblick ein Loch mit 2,5cm Durchmesser. 2. Klebe das Eisenblech auf den Boden des Kartons (siehe Skizze). Schirm Einblick 3. Stelle jetzt den Karton mit der Kante a so auf einen Tisch in der Sonne, dass die Sonne parallel zur Seite b scheint. Das siehst Du daran, dass der Schatten der Ecke A mit dem Punkt B zusammenfällt. 47.5cm Eisenblech 4. Bilde mit Hilfe der Linse den Spalt scharf auf die gegenüberliegende Fläche ab. Prisma 5. Stelle das Prisma vor die Linse und drehe es so lange, bis das Minimum der Anlenkung eingestellt ist, markiere die Lage des Prismas und klebe es mit einem kleinen Stück doppelseitigem Klebeband fest. Jetzt kann die Lage der Linse noch etwas korrigiert werden, damit die Farben möglichst gut getrennt werden. Dort, wo später der Schirm angebracht wird, müsste jetzt ein Spektrum zu sehen sein! 13.0cm 13.0cm 25.0cm Linse f=10cm Blende NwT Spektroskopie.doc Seite 2 von 6

3 Alexander-von-Humboldt-Gymnasium Konstanz Naturwissenschaft und Technik Licht und Farbe Untersuchung verschiedener Lichtquellen Einfluss der Temperatur Schon mit bloßem Auge erkennst Du Unterschiede in der Farbe von Lichtquellen. Das Licht von Straßenlaternen ist oft gelb, das Xenon-Licht von manchen Autoscheinwerfern eher blau und in Diskotheken gibt es meist sogenannte Schwarzlicht -Scheinwerfer. Die verschiedenen Farbeindrücke dieser Lichtquellen sollen genauer untersucht werden. Suche in der Umgebung Deiner Wohnung nach Lichtquellen mit verschiedenen Farben. Wiederhole das Thema Zerlegung von Licht in Spektralfarben. - Spektroskop - diverse Lichtquellen auch mit Dimmer oder - Experimentierleuchte und Netztrafo - Kerze - Straßenlaterne Stelle das Spektroskop mit der kurzen Kante auf einen Tisch, so daß Du von oben hineinschauen kannst. Peile mit dem Spektroskop die Lichtquelle an. Dann sind die Längskanten parallel zum Lichtweg und die Schatten dieser Kanten auf dem Tisch sehr kurz. Warte bei schwachen Lichtquellen, bis sich Deine Augen an die geringe Helligkeit angepaßt haben. Experimentelle Aufgaben 1. Untersuche Dir zur Verfügung stehende Lichtquellen mit dem Spektroskop. Achte auch darauf, ob überhaupt ein kontinuierliches Spektrum entsteht. 2. Verwende eine Lampe, deren Helligkeit eingestellt werden kann (Dimmer) oder eine Experimentierleuchte, die mit verschiedenen Spannungen des Netztrafos betrieben wird. Vergleiche die Helligkeit der einzelnen Spektralfarben bei verschiedenen Lampenhelligkeiten bzw. Temperaturen der Glühwendel. Aufgaben zur Auswertung Bewerte für die Aufgaben 1 und 2 jeweils die Helligkeit der einzelnen Spektralfarben auf einer Skala von 0 (nicht zu sehen) bis 3 (sehr hell) und trage in einer Tabelle ein. Farbe Rot Orange Gelb Grün Blau Violett Welchen Einfluss hat die Temperatur der Glühwendel einer Glühbirne auf die Helligkeit der verschiedenen Spektralfarben? NwT Spektroskopie.doc Seite 3 von 6

4 Untersuchung von Malfarben und Textilien Aus dem Kunstunterricht weißt Du, dass Wasserfarben so gemischt werden können, dass eine ganz neue Farbe entsteht. Mischst Du schließlich alle Farben des Malkastens, erhältst Du eine braune Brühe. In diesem Experiment soll untersucht werden, wie überhaupt der Farbeindruck einer Farbe zustande kommt und wie durch Mischung andere Farben entstehen können. Wiederhole die Themen Streuung von Licht sowie Spektrum und Spektralfarben. Informiere Dich über die Mischung von (Wasser-)Farben bei Deinem Kunstlehrer. - Spektroskop oder Aufbau wie in Erzeugung eines kontinuierlichen Spektrums - Malkasten - Feiner Pinsel - Weißes Papier ohne optische Aufheller als Schirm - Verschiedene Textilien mit kräftigen Farben Zeichne auf das Papier nebeneinander dünne farbige Linien mit Zwischenräumen, so daß das später darauf erzeugte Spektrum Linien und Zwischenräume beleuchtet. Mische auch Farben und zeichne mit den Mischfarben ebenfalls Linien auf den Schirm. Spektrum Verlauf der farbigen Linien Farbige Linien Experimentelle Aufgaben 1. Erzeuge auf dem Papierschirm ein Spektrum und vergleiche das von den farbigen Linien gestreute Licht mit dem der weißen Zwischenräume. 2. Vergleiche das von Mischfarben gestreute Licht mit dem der gemischten Farben. 3. Bringe an die Stelle des Schirms Textilien und untersuche das gestreute Licht. Aufgaben zur Auswertung Bewerte die Streuung der einzelnen Spektralfarben auf einer Skala von 0 (nicht mehr zu sehen) bis 3 (im Vergleich zum Schirm unverändert) und trage in einer Tabelle ein. Farbe Rot Orange Gelb Grün Blau Violett NwT Spektroskopie.doc Seite 4 von 6

5 Alexander-von-Humboldt-Gymnasium Konstanz Naturwissenschaft und Technik Licht und Farbe Vereinigung von Spektralfarben Durch Verwendung eines Prismas konnten wir das Licht einer Lampe in Spektralfarben zerlegen. Jetzt soll untersucht werden, ob dieser Vorgang auch wieder rückgängig gemacht werden kann. Um dies herauszufinden vereinigen wir die Spektralfarben wieder mit einer zweiten Linse. In einem zweiten Experiment wird die Frage geklärt, was geschieht, wenn einzelne Farben ausgeblendet werden, sodaß nicht alle Spektralfarben vereinigt werden. Wiederhole das Thema Zerlegung von weißem Licht in Spektralfarben. Lampe mit gerader Glühwendel Schlitzblende zum Abblenden des direkten Lichts Prisma 2 Sammellinsen f = 10cm 2 Metallplatten Schirm Streichholz oder dünner Stift Linse1 Prisma Linse 2 Verwende den selben Versuchsaufbau wie in Erzeugung eines kontinuierlichen Spektrums und stelle vor den Schirm zusätzlich eine zweite Linse zur Vereinigung der Spektralfarben im Abstand von ca. 12cm. Decke im zweiten Teil mit dem Streichholz eine Spektralfarbe so ab, daß sie nicht mehr zur Vereinigung beiträgt. Vereinigung der Spektralfarben Streichholz Prisma Linse 2 Experimentelle Aufgabe Beobachte jeweils die Farben des Lichtflecks. Linse 1 Ausblenden einzelner Farben mit einem Streichholz Aufgaben zur Auswertung Stelle Deine Beobachtungen in farbigen Zeichnungen und in Form einer Tabelle dar. NwT Spektroskopie.doc Seite 5 von 6

6 Alexander-von-Humboldt-Gymnasium Konstanz Naturwissenschaft und Technik Licht und Farbe Können wir Spektralfarben weiter zerlegen? Mit Hilfe eines Prismas konnte weißes Licht in Spektralfarben zerlegt werden. Sind diese Farben jetzt rein oder kannst Du sie weiter zerlegen? Wiederhole das Thema Zerlegung von weißem Licht in Spektralfarben. Lampe mit gerader Glühwendel Blende zum Abblenden des direkten Lichts 2 Prismen Sammellinse f = 10cm 3 Metallplatten Schirm Schlitzblende oder weitere Schirme Verwende den selben Versuchsaufbau wie in Erzeugung eines kontinuierlichen Spektrums. Stelle zwei weitere Schirme so auf, daß nur eine Spektralfarbe durch den entstehenden Schlitz fallen kann. Stelle nun das zweite Prisma und den Schirm so hinter den Schlitz, daß Du das gebrochene Licht beobachten kannst. Lampe Prisma 1 Linse Prisma 2 Experimentelle Aufgabe Zerlegung einer Spektralfarbe Beobachte die Farbe(n) des vom zweiten Prisma erneut gebrochenen Lichts. Aufgabe zur Auswertung Beschreibe Deine Beobachtung in Worten und versuche die Beobachtung zu erklären. NwT Spektroskopie.doc Seite 6 von 6