1. Strahlung ist überall

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1 Strahlung ist überall 1. Strahlung ist überall Vielleicht denkst du bei dem Wort Strahlung gleich an die Sonne, vielleicht aber auch an unsichtbare Strahlung, die für den Menschen gefährlich sein kann. Strahlung gibt es in unterschiedlichen Formen. Je nachdem, wie viel Energie durch sie transportiert wird, kann sie nützlich oder schädlich für den Menschen sein. Eines ist aber sicher: Ohne Strahlung könnten wir weder sehen Licht ist ja eine Strahlung noch könnten wir überhaupt existieren, denn Wärme wird auch in Form von Strahlung transportiert. Und auch wenn es schwer zu glauben ist: Jeder Gegenstand (auch du selbst!) sendet unsichtbare Infrarot-Strahlung aus. Mit einer Wärmebildkamera kannst du das sogar sichtbar machen. Es besteht also, kein Grund, Angst vor Strahlung zu haben. Es kommt eben immer darauf an, welche Art und wie viel davon. Einige Experimente mit Strahlung werden in diesem Kapitel vorgestellt. Du wirst staunen, wie leicht man unsichtbare Strahlung sichtbar machen kann und wie du spüren kannst, dass Strahlung Energie überträgt. Viel Spaß bei den folgenden strahlenden Experimenten! 3

2 50 Experimente- Physik / Schulstufe 20 min Komplette Dunkelheit Warst du schon einmal in einem Raum, in den überhaupt kein Licht eindringen konnte? Was hast du beobachten können? a) Ich konnte überhaupt nichts sehen, egal wie lange ich gewartet habe. b) Ich habe nur hell und dunkel unterscheiden können. Farben habe ich nicht gesehen. c) Ich habe zwar eine Zeit lang warten müssen, bis sich meine Augen an die Dunkelheit gewöhnt haben. Dann konnte ich aber zumindest Umrisse erkennen. Wenn deine Antwort b) oder c) war, war es offenbar kein komplett dunkler Raum. Um zu erfahren, wie es sich anfühlt, wirklich in kompletter Dunkelheit zu sein, probiere das folgende Experiment. Das wird gebraucht: ein Raum ohne Fenster (z. B. Vorratskammer, Kellerabteil ), Material zum Abdichten (z. B. Klebeband, dunkle Folie) Notizen: So wird es gemacht: Versuche den Raum vollständig abzudunkeln. Das ist gar nicht so leicht, da es üblicherweise immer Ritzen, Schlüssellöcher oder Ähnliches gibt, durch die Licht in den Raum gelangt. Solange du noch die Umrisse der Gegenstände sehen kannst, die sich im Raum befinden, hast du das Experiment noch nicht komplett geschafft. Das kann man beobachten: Wenn du wirklich in einem Raum bist, in den kein Licht von außen eindringen kann, kannst du die Gegenstände im Raum nicht sehen, egal wie lange du wartest. Antwort a) ist also richtig. Erklärung: Wir sehen Dinge, die nicht selbst leuchten nur, wenn sie Licht in unser Auge streuen. Dafür muss aber eine direkte Lichtquelle im Raum vorhanden sein oder es muss Licht von außen in den Raum gelangen können. 4

3 Komplette Dunkelheit Fenster und Türen werden abgedichtet, sodass in den Raum wirklich kein Licht hineinfällt. Wenn von außen kein Licht in den Raum dringen kann, können die Gegenstände auch kein Licht in unser Auge streuen. Durch das kleine Loch kann nun Licht in den Raum gelangen. Dieses wird am Gegenstand gestreut und das gestreute Licht kann von unseren Augen wahrgenommen werden. 5

4 50 Experimente- Physik / Schulstufe Und man sieht sie doch 10 min In unserem Alltag begegnen wir vielen Arten von Strahlung: Unser Handy empfängt und sendet Strahlung, nach einem Unfall werden wir mit Röntgenstrahlung durchleuchtet und nicht zuletzt hilft uns sichtbare Strahlung (=Licht) dabei, uns in unserer Umwelt zu orientieren. Die meisten Strahlungsarten können wir mit dem menschlichen Auge nicht wahrnehmen. Trotzdem gibt es Methoden, manche Strahlungsarten sichtbar zu machen, wie das folgende Experiment zeigt. Das wird gebraucht: eine Fernbedienung oder ein anderes Gerät mit Infrarot-Diode, eine digitale Kamera oder die Kamera deines Handys So wird es gemacht: Drücke einen beliebigen Knopf auf der Fernbedienung und beobachte, ob du die Diode (das meist durchsichtige, knopfförmige Gebilde am oberen Ende der Fernbedienung) aufleuchten siehst. Betrachte nun denselben Vorgang durch eine digitale Kamera. Das kann man beobachten: Ohne Hilfsmittel kannst du die Strahlung, die von der Diode ausgesendet wird, nicht wahrnehmen. Wenn du die Diode aber durch die digitale Kamera betrachtest, kannst du sehen, wie sie aufleuchtet. Erklärung: Digitale Kameras sind für einen größeren Bereich des Lichtspektrums empfindlich als das menschliche Auge. Daher können sie auch die Infrarotstrahlung der Infrarot-Diode sichtbar machen. Du kannst diesen Trick z. B. auch dafür einsetzen, interaktive Poster zu gestalten (s. Abb.). Lass dir dabei von einem Erwachsenen helfen! Stelle eine Multiple-Choice-Frage auf dem Poster und montiere jeweils eine Infrarot- Diode neben den Antwortmöglichkeiten. Verbinde nur jene IR-Diode mit einer Spannungsquelle (Vorwiderstand beachten!), die sich neben der richtigen Antwort befindet. Das Publikum kann mit ihren Handys leicht testen, ob es die Frage richtig beantwortet hat, ohne dass die Lösung für alle sichtbar ist. 6

5 Und man sieht sie doch Mit freiem Auge kannst du die Infrarot-Strahlung der Diode nicht wahrnehmen. Mit Hilfe der Handy-Kamera kannst du die IR-Strahlung sichtbar machen. Die Betrachterin des Posters kann mit Hilfe ihres Handys kontrollieren, welche Antwort richtig ist, da die Infrarot-Strahlung der Diode durch das Handy sichtbar wird. 7

6 50 Experimente- Physik / Schulstufe Wie kann man Laserstrahlen sichtbar machen? 5 min Sicher hast du das schon in Filmen gesehen: Laserstrahlen, die als lange, rote Striche dargestellt werden. Aber entspricht das überhaupt der Wirklichkeit? Das wird gebraucht: Laserpointer, Haarspray oder Sprühflasche mit Wasser oder Deodorant, Leinwand oder weiße Wand So wird es gemacht: Versuche zuerst vorauszusagen, was genau du sehen wirst, wenn du mit dem Laserpointer an die Wand zielst. Probiere es dann selbst aus. Was passiert, wenn du etwas Wasser aus der Sprühflasche in den Raum zwischen Laserpointer und Wand sprühst? Du kannst diesen Versuch auch mit anderen Lichtquellen durchführen. Was siehst du, wenn du den Lichtkegel einer Taschenlampe auf eine weiße Wand richtest? Das kann man beobachten: Ohne die Hilfe der Sprühflasche siehst du nur einen kleinen, roten Punkt an der Wand, aber keinen Laserstrahl. Erst wenn du etwas Wasser in den Raum zwischen Laserpointer und Wand sprühst, kannst du den Laserstrahl sichtbar machen. Auch bei einer Taschenlampe ist nur ein heller Kreis auf der Wand sichtbar. Den Lichtkegel siehst du erst, wenn du Wassertropfen zwischen Wand und Taschenlampe sprühst. Erklärung: Viele Menschen glauben, dass man Lichtstrahlen von der Seite aus betrachtet sehen kann. Damit man Dinge aber sehen kann, muss Licht, das von einer Lichtquelle ausgesandt wird, von einem Gegenstand in unser Auge abgelenkt werden. Diese Aufgabe erfüllen die winzig kleinen Wassertropfen. Erst mit Hilfe dieser Wassertropfen ist es möglich, den Laserstrahl sichtbar zu machen. Auch die Lichtkegel, die z. B. im Theater von Scheinwerfern ausgehen, sieht man nur, wenn das Licht durch kleine Staubteilchen in unser Auge gestreut wird. 8

7 Wie kann man Laserstrahlen sichtbar machen? Erst die Wassertröpfchen machen den Laserstrahl sichtbar. Sie machen es möglich, dass das Licht des Lasers in unser Auge gestreut wird. Den Strahl des Lasers, der z. B. von einem Gebäude in den Nachthimmel gerichtet ist, kannst du auch nur deswegen sehen, weil sein Licht von kleinen Teilchen in der Luft in dein Auge gelenkt wird. Wären diese Teilchen nicht da, könntest du den Strahl nicht sehen. Auch in vielen wissenschaftlichen Forschungslaboren wird mit Laserlicht gearbeitet. 9

8 50 Experimente- Physik / Schulstufe UV-Absorption 20 min Sonnenbrillen sind nicht nur dazu da, einen Teil der sichtbaren Strahlung des Sonnenlichts zu absorbieren, damit wir besser sehen können. Sie sollen auch möglichst viel unsichtbare und für unser Auge schädliche ultraviolette (=UV)-Strahlung aufnehmen. Mit folgendem Experiment kannst du leicht testen, ob deine Sonnenbrille diese Anforderung erfüllt. Das wird gebraucht: Sonnenbrille, UV-empfindliche Materialien wie UV- Perlen oder UV-empfindliche Kleidung du erhältst sie im Internethandel So wird es gemacht: Teste zunächst, wie sich das UV-empfindliche Material verändert, wenn du es mit dem Licht einer künstlichen Lichtquelle bzw. mit Sonnenlicht bestrahlst. Wiederhole dann den Vorgang, verwende nun allerdings die Sonnenbrille als UV-Filter. Überlege dir anschließend ein Experiment, mit dem du die Qualität von Sonnencreme testen kannst. Das kann man beobachten: Abhängig von der Art des Lichts, mit dem du die Gegenstände bestrahlst, nimmst du eine Verfärbung wahr. Unter künstlichem Licht bleiben die Gegenstände farblos, im Sonnenlicht verfärben sie sich. Je nachdem, wie viel UV-Strahlung deine Sonnenbrille absorbiert, wirst du nur eine leichte bzw. gar keine wahrnehmbare Verfärbung beobachten. Erklärung: UV-empfindliche Materialien bestehen aus einem speziellen Kunststoff, der unter künstlichem Licht farblos ist und sich unter UV- Einwirkung verfärbt. Statt ins Freie zu gehen, kannst du als UV-Quelle auch spezielle UV- Taschenlampen verwenden, die du im Elektrofachhandel kaufen kannst. Diese werden oft dazu verwendet, zu überprüfen, ob ein Geldschein echt ist. Einige Stellen leuchten dann besonders (s. Abb.). 10

9 UV-Absorption UV-empfindliche Gegenstände unter künstlichem Licht, das keine oder nur sehr wenige UV-Anteile enthält Die gleichen Gegenstände im Freien fotografiert: Die UV-Strahlung des Sonnenlichts verfärbt die Gegenstände. Mit UV-Licht kann man auch noch andere Experimente machen: Es lässt zum Beispiel speziell gefertigte Kunststoff-Buchstaben aufleuchten. Mit Hilfe einer Taschenlampe, die UV-Strahlung aussendet, lässt sich feststellen, ob ein Geldschein gefälscht ist, da die Sicherheitsmerkmale auf UV-Strahlung reagieren. 11