Künstliche Lichtquellen. Ein Projekt der 7.a (mit DG) im Gegenstand Chemie im Schuljahr 2001/2002

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Transkript:

Künstliche Lichtquellen Ein Projekt der 7.a (mit DG) im Gegenstand Chemie im Schuljahr 2001/2002

Konzept für die Erarbeitung eines Aspekts zum Thema Künstliche Lichtquellen Zu den Recherchen Recherchen über die Produkte (Herstellung, Verwendung, Vor- und Nachteile, technische Daten,...) bei Herstellern, bei Vertreibern, bei Verbrauchern, bei Verwendern,... Vorgehensweise beschreiben! Zur Theorie Zu Grunde liegende Reaktion/Prinzip erklären Funktion / Schema darstellen Zum Experiment Modellexperiment durchführen, beschreiben, grafisch darstellen (fotografieren?) und diskutieren.

Eine kurze Einführung zum Thema Licht und Sehen Licht gehört zu den elektromagnetischen Wellen Je kurzwelliger die Strahlung, desto höher die Frequenz Der sichtbare Bereich (380 nm 760 nm) ist von der ultravioletten (UV-) und der infraroten (IR-) Strahlung eingerahmt.

Spektrum der elektromagnetischen Wellen mit dem Ausschnitt des sichtbaren Lichts

Die Netzhaut des menschlichen Auges verfügt über zwei Arten von Rezeptoren für Licht - farbempfindliche Zapfen und helldunkelempfindliche Stäbchen.

Das So Zapfen erzeugt kombinierte enthalten ein gleich Reizsignal drei starkes Sehpigmente der Reizsignal drei - Sehpigmente im Bereich für Blau, Grün ergibt Grün und unser Rot und für Rot uns die Farbempfinden Farbempfindung Gelb.

Die menschliche Wahrnehmung kann nicht gut zwischen den verschiedenen Lichtfarben unterscheiden, da sie sich an die jeweilige Situation anpasst. Zusammenhang zwischen Lichttemperatur und Lichtfarbe

Natürliche Lichtquellen

Temperaturstrahler Künstliche Lichtquellen Chemolumineszenz Halbleiter

Behandelte Beispiele Temperaturstrahler Elektrische Anregung Verbrennungsvorgang Chemolumineszenz Organische Stoffe Anorganische Pigmente Halbleiter Leuchtdioden Laserdioden

Glühlampe Temperatur- Strahler (elektrische Anregung) Wendel aus Wolframdraht und Kolbenfüllung mit Inertgas Nur 5 % Lichtausbeute und 95 % Wärmeabgabe 1000 Stunden Lebensdauer

Großer Innendruck - Inertgasfüllung Sauerstoffzufuhr durchgebrannt

Halogenlampe Temperatur- Strahler (elektrische Anregung) Wendel aus Wolframdraht und Kolbenfüllung mit Halogenen (Brom, Iod) Höhere Glühtemperatur Höhere Lichtausbeute Hochvolt (230V) und Niedervolt (12V) Lampen

Xenonlicht Temperatur- Strahler (elektrische Anregung) Starkes tageshelles Licht Funkenüberschlag zwischen zwei Elektroden Ionisierter Gasschlauch (Xenon) im Lampenkolben

Xenonscheinwerfer

Leuchtstofflampe Temperatur- Strahler (elektrische Anregung) Quecksilberdampf mit Edelgas (Argon, Neon) Kathoden aus Wolfram Quecksilber wird angeregt UV-Strahlen werden abgegeben Leuchtstoffbeschichtete Röhre Umwandlung UV-Strahlen in sichtbares Licht

Aufbau und Funktion der Leuchtstoffröhre ( Neonröhre )

chwarzlichtlampe Temperatur- Strahler (elektrische Anregung) Leuchtstoffbeschichtete Röhre Blauer Glaskolben Umwandlung unsichtbare UV-Strahlung in Lichtstrahlung Langwellige UV-Strahlung regt Fluoreszenz an

Gegenstände im Schwarzlicht Kreide Kreide mit Fluorescein

Infrarotlampe Temperatur- Strahler (elektrische Anregung) Infrarotstrahlung enthält in geringem Maße auch sichtbare Rotstrahlung Erwärmung der bestrahlten Oberfläche

Fluoreszierende Kreide im Rotlicht

Kerze Temperatur- Strahler (Verbrennungsvorgang) Brennmaterial: Bienenwachs oder ein Gemisch aus Paraffin und Stearin Der Docht aus Baumwolle saugt die Brennmasse in die Verbrennungszone

Verbrennung des gasförmigen Wachses Die glühenden Rußpartikel geben der Flamme das typische warme gelbe Licht.

Öllampe Temperatur- Strahler (Verbrennungsvorgang) Öllampen waren schon im Altertum im mittleren Osten bekannt. Der Brennstoff ist das Petroleum, ein Destillat des Erdöls.

Öllampen

Notsignal Temperatur- Strahler (Verbrennungsvorgang) Verwendet in der Schifffahrt und in vielen Outdoor-Sportarten Beim zugrunde liegenden Verbrennungsvorgang wird viel Energie freigesetzt. Farbgeber ist Strontium für ROT und Barium für GRÜN

as Problem it der ündung Warnung Sachschaden Warnung Personenschaden Entwarnung

Luminol Chemolumineszenz (organischer Leuchtstoff) Die gespeicherte Energie von Luminol wird beim Zusammenschütten mit Blutlaugensalz aktiviert und in Form von Licht abgegeben. Verwendung in Knicklichtern

Reaktion von Luminol bei Tageslicht

Reaktion von Luminol im Dunkeln

Die Reaktion (Oxidationsvorgang) ist beendet

Reaktivierung des Luminol mit Natronlauge

Leuchtpigmente Chemolumineszenz (anorganische Leuchtstoffe) Sind Kristalle, in denen Aktivatoren Fehlstellen im Kristallgitter bilden Elektronen auf höheres Energieniveau Aussendung von Licht. Verwendung in Leuchtstoffröhren

Verwendung von Leuchtpigmenten in der Lichtreklame

Verschiedene Tages- und Nachleuchtpigmente

Leuchtpigmente der Textmarker

Leuchtdiode Halbleiter Funktioniert wie eine Diode (p- und n-leiter). Durch das Rekombinieren der Elektronen-Loch-Paare werden Photonen (Licht) abgegeben.

Grüne Leuchtdiode Rote Leuchtdiode

Weiße Leuchtdiode Gelbe Leuchtdiode

Ultraviolette Leuchtdiode

Laserdiode Halbleiter Funktioniert wie eine Leuchtdiode. Laserdioden sind an der Rückseite verspiegelt, daraus folgt 100%ige Reflexion des Lichtes.

Rote Laserdiode

Schlussbemerkung Alle Experimente wurden von den SchülerInnen selbst durchgeführt und fotografiert. Einige schematische Darstellungen wurden mit Genehmigung des Leuchtstoffwerkes Heidelberg verwendet, außerdem stellten sie uns die Leuchtpigmente für die Versuche zur Verfügung.