Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Licht - Moderne Technologie mit Schattenseite

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1 Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Licht - Moderne Technologie mit Schattenseite Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de

2 KOMPAKT LICHT Moderne Technologie mit Schattenseite > > Mit dem Blick durch die Wand > > Das Auf und Ab der Lichtverschmutzung > > Star Wars wird Realität FOTOLIA / ZHU DIFENG

3 EDITORIAL IMPRESSUM Daniel Lingenhöhl E->Mail: Folgen Sie uns: Liebe Leserin, lieber Leser, elektrisches Licht ist heute allgegenwärtig: Von der ersten Glühbirne bis hin zu den heutigen, extrem effizienten Leuchtdioden wurde die Nutzung dieser elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren Bereich immer weiter revolutioniert und die Entwicklung ist noch nicht an ihrem Ende angekommen. Heute nutzen wir Licht auf vielfältige Weise in verschiedensten Disziplinen. Doch der leichte Zugang zur Lichttechnologie hat auch seine Kehrseite: Die so genannte Lichtverschmutzung trübt unseren Blick zum Sternenhimmel und verwirrt die Natur auf mannigfaltige Weise. Unser Kompakt zum Internationalen Jahr des Lichts 2015 stellt daher nicht nur den aktuellen Stand von Forschung und Technologie dar, sondern behandelt auch die Probleme, die unser über>mäßiger Einsatz von Leuchtmitteln mit sich bringt. Eine erhellende Lektüre wünscht Ihnen Chefredakteure: Prof. Dr. Carsten Könneker (v.i.s.d.p.), Dr. Uwe Reichert Redaktionsleiter: Christiane Gelitz, Dr. Hartwig Hanser, Dr. Daniel Lingenhöhl Art Director Digital: Marc Grove Layout: Oliver Gabriel Schlussredaktion: Christina Meyberg (Ltg.), Sigrid Spies, Katharina Werle Bildredaktion: Alice Krüßmann (Ltg.), Anke Lingg, Gabriela Rabe Paid-Content-Managerin: Antje Findeklee Verlag: Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbh, Slevogtstraße 3 5, Heidelberg, Tel , Fax ; Amtsgericht Mannheim, HRB , UStd-Id-Nr. DE Geschäftsleitung: Markus Bossle, Thomas Bleck Marketing und Vertrieb: Annette Baumbusch (Ltg.) Leser- und Bestellservice: Helga Emmerich, Sabine Häusser, Ute Park, Tel , service@spektrum.de Die Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbh ist Kooperationspartner der Nationales Institut für Wissenschaftskommunikation ggmbh (NaWik). Das NaWik ist ein Institut der Klaus Tschira Stiftung ggmbh und des Karlsruher Instituts für Technologie. Wissenschaftlicher Direktor des NaWik ist Spektrum-Chefredakteur Prof. Dr. Carsten Könneker. Bezugspreis: Einzelausgabe 4,99 inkl. Umsatzsteuer Anzeigen: Wenn Sie an Anzeigen in unseren Digitalpublikationen interessiert sind, schreiben Sie bitte eine an anzeigen@spektrum.de. Sämtliche Nutzungsrechte an dem vorliegenden Werk liegen bei der Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbh. Jegliche Nutzung des Werks, insbesondere die Vervielfältigung, Verbreitung, öffentliche Wiedergabe oder öffentliche Zugänglichmachung, ist ohne die vorherige schriftliche Einwilligung des Verlags unzulässig. Jegliche unautorisierte Nutzung des Werks berechtigt den Verlag zum Schadensersatz gegen den oder die jeweiligen Nutzer. Bei jeder autorisierten (oder gesetzlich gestatteten) Nutzung des Werks ist die folgende Quellenangabe an branchenüblicher Stelle vorzunehmen: 2015 (Autor), Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbh, Heidelberg. Jegliche Nutzung ohne die Quellenangabe in der vorstehenden Form berechtigt die Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbh zum Schadensersatz gegen den oder die jeweiligen Nutzer. Bildnachweise: Wir haben uns bemüht, sämtliche Rechteinhaber von Abbildungen zu ermitteln. Sollte dem Verlag gegenüber der Nachweis der Rechtsinhaberschaft geführt werden, wird das branchenübliche Honorar nachträglich gezahlt. Für unaufgefordert eingesandte Manuskripte und Bücher übernimmt die Redaktion keine Haftung; sie behält sich vor, Leserbriefe zu kürzen. Erscheinungsdatum:

4 INHALT 04 NOBELPREIS FÜR PHYSIK 2014 Es werde blaues Licht! In Sachen Lichtausbeute und Lebensdauer sind Leuchtdioden heute unübertroffen FOTOLIA / DEMARCO CHRISTIAN HACKENBERGER, LMU 09 ATTOSEKUNDENPHYSIK Schalten mit Lichtblitzen Mit Laserpulsen gesteuert könnten neue Transistoren enorme Geschwindigkeiten erreichen YOUNG DUCK KIM, COLUMBIA ENGINEERING 22 NANOLEUCHTE Graphen-Glühlampe > bringt Licht in die Nanowelt Trick lässt Graphenbänder hell erstrahlen FOTOLIA / LIGHTPOET 25 OPTIK Mit dem Blick > durch die Wand Dank Laser und Computer lässt > sich Undurchsichtiges durchleuchten 34 UMWELT Das Auf und Ab der Lichtverschmutzung 46 ÖKOLOGIE Straßenbeleuchtung > lässt Vögel früher singen NASA / EARTH OBSERVATORY Die Lichtverschmutzung nimmt > zu aber nicht überall FOTOLIA / HEINO PATTSCHULL Nächtliches Kunstlicht beeinflusst > den Vogelgesang FOTOLIA / ANDREY ARMYAGOV 48 MILITÄRTECHNOLOGIE Star Wars wird Realität Laser sollen die Defensivwaffen der > Zukunft werden PIXABAY / LOGGAWIGGLER / CC0 (CC0) 57»JAHR DES LICHTS«9 Meilensteine der Lichtforschung Was machen Photonen alles möglich? 02 EDITORIAL / IMPRESSUM 18 GEGENSÄTZE DES LICHTS VEREINT 32 LICHTTEILCHEN ZERFALLEN FRÜHESTENS NACH DREI JAHREN 39 OSTDEUTSCHLAND LEUCHTET HELLER 41 VOM LICHT VERGRÄMT 3

5 NOBELPREIS FÜR PHYSIK 2014 Es werde blaues Licht! von Thomas Bührke Die Erfinder der blauen Leuchtdiode, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura, erhalten den Nobelpreis für Physik Energieeffiziente, langlebige weiße LEDs wären ohne diese Entwicklung der 1990er Jahre nicht möglich gewesen. FOTOLIA / DEMARCO 4

6 Nach dem Willen seines Stifters zeichnet der Nobelpreis vor allem Entwicklungen zum Nutzen der Menschheit aus. Dieser Nutzen liegt manchmal in grundlegenden theoretischen Erkenntnissen, die sich noch nicht im Alltag niedergeschlagen haben, wie 2013 bei der Auszeichnung des Higgs-Mechanismus verleiht das Nobelkomitee den prestigeträchtigen Preis dagegen für eine Erfindung, die bereits das Leben eines großen Teils der Menschen verändert hat. Die drei Laureaten Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura entwickelten in den 1990er Jahren Leuchtdioden (kurz: LEDs), die blaues Licht aussenden. Kombiniert mit den bereits gebräuchlichen roten und grünen LEDs ermöglichten sie erstmals, weißes Licht zu erzeugen. Diese Lichtquellen haben eine sehr hohe Lichtausbeute, sparen also eine wertvolle und an vielen Orten der Welt nur eingeschränkt verfügbare Ressource: Strom. Leuchtdioden erzeugen Licht auf völlig andere Weise als die hergebrachten Glühbirnen oder Fluoreszenzlampen. Sie bestehen aus mehreren Lagen unterschiedlicher Halbleiter. Eine Schicht enthält einen Überschuss an negativ geladenen Elektronen und bildet einen so genannten n-halbleiter. Der gegenüberliegenden»p-schicht«fehlen dagegen Ladungsträger. Diese Elektronenverarmung kann man sich als Löcher im Atomgitter vorstellen, das den Kristall formt als»defektelektronen«, die sich als positive Ladungsträger durch das Material bewegen. Zwischen beiden Schichten bildet sich ein so genannter p-n-übergang. Die Ladungsträger folgen hier dem Konzentrationsgefälle und wandern in das jeweils andere Material. So entsteht eine ladungsneutrale Zone. Legt man nun eine elektrische Spannung an die Diode an, treibt diese die Elektronen und Löcher zurück in die neutrale Übergangszone. Treffen sie dort aufeinander, vereinigen sie sich und setzen Energie frei bei Leuchtdioden in Form von Licht. Die Tücken der Kristallzucht Die Energie stammt hierbei vom Elektron. Es fällt aus einem energiereicheren Zustand des so genannten Leitungsbands, in dem es sich leicht durch den Halbleiter bewegen kann, in dessen»valenzband«, in dem es stärker an die Atome des Kristall- Isamu Akasaki Isamu Akasaki und sein damaliger Student Hiroshi Amano entwickelten an der japanischen Universität Nagoya Methoden, um Halbleiter zu züchten, und erzeugten mit den von ihnen entwickelten Strukturen erstmals blaues Licht eine Aufgabe, an der andere Forscher zwei Jahrzehnte lang scheiterten. NAGOYA UNIVERSITY 5

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