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Was ist Licht

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					              Was ist Licht?


1             Licht ist Energie


Versuchsanordnung:




Lichtquelle



                                                  „Lichtmühle“




              Was beobachten Sie?
              (Drehrichtung, Drehzahl abhängig v. Lichtintensität usw.)




              Das klären wir gemeinsam: Wie funktioniert die Lichtmühle?




              Ein wenig Physik: Licht ist Energie in Form elektromagnetischer Wellen, d. h.,
              dass diese Energie keinen "Träger" braucht, wie etwa Lageenergie oder
              Bewegungsenergie, die immer an Gegenstände gebunden sind. Licht benötigt
              zum Transport deshalb auch kein Transportmittel oder "Medium", es transportiert
              sich so zu sagen selbst.
    Was ist Licht?


2   Licht ist ein
    elektrisches Phänomen



    Versuchsanordnung:




                        “Funkeninduktor“




    Was beobachten Sie, wenn der Funkeninduktor eingeschaltet ist ?

    Sendet der Funkeninduktor Radiowellen aus? (Überprüfen mit Radio)


    Sendet er Lichtwellen aus? (Überprüfen mit Auge...)




    Überall, wo geladene Teilchen beschleunigt werden (Elektronen in Drähten oder
    Antennen, Elektronen und Ionen in Materialien usw.) werden elektromagnetische
    Wellen ausgesendet. Die ersten Radiosender waren so aufgebaut, wie der
    Funkeninduktor in diesem Versuch (daher der Name Rundfunk, Funkgerät usw.).
    Heute werden neben Radiowellen auch die viel kürzeren Lichtwellen zur
    Nachrichtenübertragung verwendet, z.B. in Lichtleitern in Computernetzen,
    Telefonfernleitungen oder auch in der Unterhaltungselektronik.
    Was ist Licht?


3   Licht ist ein
    "Wellen-Phänomen"


    Ein wichtiger Hinweis für das Vorhandensein von Wellen ist die Interferenz,
    d.h. die Auslöschung bzw. Addition von Wellenbergen und Wellentälern.



    Versuchsanordnung:




    kleine, starke Lichtquelle,
    möglichst weit entfernt            kleines Tüll-Stück   Beobachter



    Was beobachten Sie, wenn Sie die Lichtquelle durch den Tüll betrachten?

    - Zeichnen Sie das beobachtete Muster:




    - Was passiert, wenn Sie den Tüll
      hin und her bewegen bzw. drehen?




    Das klären wir gemeinsam: Wie entsteht das beobachtete Muster?
               Eigenschaften von Licht


4              Licht breitet sich
               geradlinig aus

               Ein „Lichtstrahl“ ist das Geradeste, das es überhaupt gibt. Man beobachtet
               zwar, dass Lichtstrahlen in der Nähe grosser Sterne (d.h. grosser
               Schwerefelder) leichte Kurven beschreiben. Dann sagt der Wissen-
               schaftler: Der Lichtstrahl ist grad, aber der Raum ist krumm...


               Versuchsanordnung: Der Laserstrahl als Richtschnur




Laserpointer




Ziehen Sie eine Kreide so über die Wandtafel, dass der Laserstrahl immer die Kreide trifft.


               Beobachtung: Überzeugen Sie sich von der Gradlinigkeit des Kreidestrichs!




               Das klären wir gemeinsam: Weshalb wird es auf der Erde am Morgen hell,
               bevor die Sonne aufgegangen ist – die Lichtstrahlen können doch nicht
               über die Berggipfel kurven?
            Eigenschaften von Licht


5           Licht breitet sich im
            Vakuum mit c = 300'000 km/s aus

    Das Überraschende ist nicht nur der hohe Wert dieser Geschwindigkeit, sondern auch
    die verwirrende Tatsache, dass dieser Wert von "Beobachtern" gemessen wird, die sich
    gegen den Lichtstrahl oder von ihm weg bewegen. Das ist nur dann widerspruchsfrei
    möglich, wenn unterschiedliche Beobachter u. U. auch eine unterschiedlich schnell
    verlaufende Zeit und unterschiedliche Abmessungen des Raumes erleben (spezielle
    Relativitätstheorie, A. Einstein, 1905).


    An Stelle eines Versuchs eine(nicht ganz ernst gemeinte) Geschichte...

    Uni Leipzig, Wintersemester 1998. Ein überfüllter Hörsaal, 1. Semester Physik. Der Professor kündigt
    überraschend eine mündliche Prüfung an: Nach der Vorlesung müssen alle Studenten einzeln antreten und
    eine Frage richtig beantworten. Große Aufregung, Getuschel, schließlich geht’s los und der erste Student
    betritt den Prüfungsraum:

    Professor:       "Was ist schneller, der Schall oder das Licht?"
    Student:         Antwort nach einigem Überlegen: "Der Schall."

    Professor:       "Falsch, aber wie kommen Sie darauf?"
    Student:         "Wenn ich den Fernseher einschalte, kommt zuerst der Ton und dann das Bild.."
    Professor:       "Durchgefallen, der Nächste bitte!"

    Wiederum die gleiche Frage, diesmal die Antwort:
    Student:        "Das Licht".

    Professor:       "Richtig, aber können Sie das begründen?"
    Student:         "Wenn ich mein Radio einschalte, geht zuerst das Licht an und dann kommt Musik.."

    Der Professor ist fassungslos, nur mit Mühe kann er sich beruhigen und beschließt, noch einen letzten
    Versuch zu starten.

    Professor:       "Was ist schneller, der Schall oder das Licht?"
    Student:          nach kurzer Überlegung: "Das Licht".

    Professor:       misstrauisch: "Warum?"
    Student:         "Bei einem Gewitter sehe ich zuerst den Blitz, danach höre ich den Donner.".

    Professor,       erfreut: "Ja, richtig. Aber woran liegt das ?"
    Student:         sichtlich stolz: "Das liegt daran, daß die Augen weiter vorne liegen als die Ohren..."




            Das klären wir gemeinsam: Was heisst das genau - "die
            Lichtgeschwindigkeit hat für jeden Beobachter den Wert 300 000 km/s" - ?
    Eigenschaften von Licht


6   Material kann Licht verschlucken

    Das schwarze Loch...
    Auch schwarzes Material verschluckt Licht nur teilweise. Durch eine
    Anordnung, in der das Licht mehrfach reflektiert und bei jeder Reflexion
    zusätzlich absorbiert wird, kann man jedoch fast ideal absorbierende
    „Objekte“ herstellen.


    Versuchsanordnung:

    Wir kleben Tüte aus schwarzem Papier in einen Schachtelboden mit einem Loch.
    Als Tütendurchmesser wählen wir etwa 1,5 mal den Lochdurchmesser.




    Versuchen Sie, das Loch zu beleuchten (mit Lampen, mit Tageslicht...).


    Beobachtung: Was ist dunkler - das schwarze Papier oder das schwarze
    Loch?
               Eigenschaften von Licht


7             Material kann Licht reflektieren

              Alle Gegenstände reflektieren Licht, zum Teil sehr schwach („schwarz“),
              zum Teil aber auch fast vollständig (Metalle).
              Ebene Flächen spiegeln das Licht, aufgerauhte Flächen, Aerosole (wie
              Nebel) und Emulsionen (wie Milch) streuen das Licht.



              Versuchsanordnung 1: Streuung und Spiegelung

Wir kleben ein weisses Papier auf einen Spiegel.

Spiegel und auch Papier reflektieren über 90% des
Lichts, einmal als Spiegelung (gerichtete Reflexion)
und einmal als Streuung (ungerichtete Reflexion).

Spiegelnde Gegenstände sind glänzend
(beispielsweise der Glanz von poliertem Metall).




              Versuchsanordnung 2: Streuung in einer Emulsion




Laser


                                                              Lichtstrahl im Seifenwasser
                                                              sichtbar oder unsichtbar?
                       Lichtstrahl in Luft: sichtbar
                       oder unsichtbar?
                                                              _______________________
                       _______________________
    Eigenschaften von Licht


8   Material kann Licht brechen

    Licht breitet sich immer gradlinig aus. Beim Übertritt von einem "Medium"
    (Material) ins andere können Lichtstrahlen aber geknickt werden. Innerhalb
    des Mediums erfolgt die Ausbreitung dann wieder gradlinig (wenn der
    Brechungsindex im Medium konstant ist).

    Zeichnen Sie die Fortsetzung des Lichtstrahls für die beiden untenstehenden
    Anordnungen:




    Selbst wenn ein "Medium" durchsichtig ist, kann das Licht unter
    Umständen nicht ohne weiteres in dieses hinein strahlen. Es kann an der
    durchsichtigen Oberfläche des Mediums reflektiert werden! Man nennt das
    "Totalreflexion".

    Zeichnen Sie die Fortsetzung des Lichtstrahls für die beiden untenstehenden
    Anordnungen:
             Wirkungen des Lichts

9            Wärmewirkung

Versuchsanordnung: Hellraumprojektor




Bringen Sie die Linse mit dem Spiegel
in die oberste Position.

Mit einem Blatt Papier können Sie den
Strahlenverlauf sichtbar machen: Das
Licht wird durch eine sog. Fresnel-
Linse in der Schreibfläche gebündelt.

Halten Sie ein Streichholz oder ein
Stück Papier in den Brennpunkt des
Lichtbündels!

Achtung: Schützen
Sie Ihre Augen
(dunkles Glas)!



Beobachtung:
              Wirkungen des Lichts

10            Chemische Wirkung

              Wir wissen, dass Sonnenbestrahlung unsere Haut bräunt – als Folge einer
              durch das UV-Licht ausgelösten chemischen Reaktion.
              Eine ähnliche Wirkung, aber mit einem anderen chemischen Mechanismus,
              nützt man für Brillengläser, die im Sonnenlicht automatisch dunkler werden
              und so die Sonnenbrille ersetzen sollen.




              A) Legen Sie eines von zwei Brillengläsern für etwa 2 Minuten unter die UV-
              Lampe. Vergleichen Sie anschliessend das belichtete und das unbelichtete Glas,
              indem Sie diese auf ein weisses Papier legen.

              Achtung: Gläser sind zerbrechlich!




              B) Nehmen Sie ein Stück Photopapier aus dem schwarzen Umschlag (... und
              verschliessen Sie diesen wieder lichtdicht). Wählen Sie einen flachen
              Gegenstand, den Sie als Bildmotiv auf das Photopapier legen. Belichten Sie das
              Papier etwa 1 Minute mit der UV-Lampe.




Weitere Anwendungen und Phänomene:

- Photosynthese bei Pflanzen
- Bräunung der Haut
- Kunststoffe aushärten mit UV-Licht (Zahnfüllungen)
- Photozelle, Solarzelle ("Strom" aus Sonnenlicht)
              Wirkungen des Lichts


11            Physikalische Wirkung


              Licht kann physikalische Eigenschaften von Materialien beeinflussen.
              Beispielsweise werden in elektrischen Leitern durch die Lichtenergie
              Elektronen "angeregt" und in das sog. "Leitungsband" angehoben. So
              erhöht sich die Zahl der freien Ladungsträger; der elektrische Widerstand
              sinkt.


              Versuchsanordnung: Ohmmeter mit Photowiderstand




Beobachtung:

Widerstand Rdunkel =             Ohm

Widerstand Rhell =               Ohm




              Überlegen Sie sich: In welchen Messgeräten oder Vorrichtungen könnte
              man diesen "Effekt" ausnützen?

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