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Erklärung
/ Hintergrund:
Das Licht fällt durch den Eintrittsspalt (die
durchsichtige Linie rechts neben der Skala auf der
schwarzen Folie, die die Rückwand des Spektrometers
bildet), trifft auf der gegenüberliegenden Seite auf
das Gitter (ein unscheinbares Stück Plastikfolie
direkt hinter der Lupe), und tritt aus dem
Spektrometer wieder aus.
Die
Faszination liegt darin, dass der Strahl nicht nur
gradlinig austritt, sondern ein Teil des Strahls
seitlich abgelenkt wird. Die Ablenkung ist abhängig
von der Wellenlänge, wodurch der Strahl spektral
zerlegt wird.
Strahlengang des Spektrometers:
(Quelle: "jupex"-Projekt)
Energiereiches
blaues Licht wird wenig aus der Hauptrichtung
abgelenkt, energiearmes rotes mehr. Im Spektrometer
beobachtet man die Strahlen (gestrichelt
angedeutet), die nach rechts abgelenkt werden.
Das Auge schaut nicht um die Ecke, es weiß nichts
davon, dass die Strahlen rechts abgelenkt wurden.
Unbedarft denkt der Betrachter, das Licht käme aus
der Richtung, aus der er es sieht, hier aus der
Richtung der Skala. Da die Abstände Spalt – Skala –
Gitter vorgegeben sind, ist das Spektrometer
automatisch geeicht.
Die
Ablesegenauigkeit der Wellenlänge ist besser als 5
nm. Bei der Spaltbreite von 0.3 mm könnten Linien
getrennt werden, die weniger als 1 nm auseinander
liegen.
Beispielspektren: |
Spektrum
einer Glühlampe:
Eine
Glühlampe ist ähnlich wie die Sonne ein thermischer
Strahler. Das Spektrum ist kontinuierlich und
leuchtet in allen Spektralfarben. Ihre Überlagerung
ergibt den Sinneindruck des weißen Lichts.
Spektrum
einer Straßenlaterne:
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Glühlampen,
Kerzen und die Sonne glühen mit hoher
Atomdichte (Metall, Ruß, Sonnenplasma).
Liegen die Atome aber als Gas vor so ergibt
sich ein anderes Spektrum.
Als
Beispiel dafür dient eine Straßenlaterne
deren Spektrum der einer Quecksilberlampe
gleicht.
Statt
eines Spektrums sehen wir rote, gelbe, grüne
und blaue Linien. Anders als bei den
Temperaturstrahlern leuchtet hier kein
Atomverband, sondern einzelne Atome. Jedes
Atom strahlt in einer charakteristischen
Weise, die durch seine Atomstruktur
vorgegeben sind.
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Die
charakteristischen Linien für Quecksilber sind:
254 nm (hartes UV, sehr energiereich, gefährlich für
Augen und Haut!)
405 nm (blau)
436 nm (blau)
546 nm (blaugrün)
578 nm (gelbgrün)
Spektrum
einer Leuchtstoffröhre:
Man
erkennt Linien bei 405 nm, 436 nm, 546 und 578 nm
und damit fast die gleichen Linien wie bei
Quecksilber! Unsere Schreibtischlampe und die
Straßenlaterne enthalten nämlich freies
Quecksilbergas. Die Linie bei 254 fehlt, aus
Gesundheitsgründen. Kurzwellige UV
Strahlung ist sehr gefährlich und muß bei
Quecksilberlampen sorgfältig abgeschirmt werden.
Spektrum
einer Schwarzlichtlampe:
Schwarzlichtlampen
werden z.B. für Diskobeleuchtung oder als
Geldscheintester verwendet. Sie sind
Quecksilberlampen deren Inneres mit einem Farbstoff
ausgekleidet ist, der UV Licht aufnimmt und es als
blaues Licht ausstrahlt. Anstelle einer Linie bei
405 nm sehen wir ein ganzes Band. Die Einfärbung des
Lampenglases filtert die blaugrüne und grüngelben
Linien.
Spektrum
von Kochsalz (Natriumchlorid):
Kochsalz,
in die Flamme eines Brenners gestreut, steigert die
Lichtausbeute um mehrere Größenordnungen. Das Licht
erstrahlt in reinem Gelb. Das Spektrum der
Kochsalzflamme ist schwarz, bis auf eine starke
Spektrallinie bei ca. 590 nm, der typischen
Spektrallinie für das Element Natrium.
Spektrum von LEDs:
LED Leuchtmittel wurden wegen ihrer
geringen Lichtausbeute lange Zeit nur für
Anzeigeelemente und Ähnliches genutzt. Mit der Zeit
wurden sie weiterentwickelt und eigneten sich nun
auch für andere Bereiche, beispielsweise in
Taschenlampen, zur Effektbeleuchtung und in Ampeln.
Heutzutage können LEDs in nahezu jedem Bereich
eingesetzt werden. Da sie besonders energiesparend
sind, werden sie auch im Wohnbereich und als Aussenleuchten
immer häufiger eingesetzt. LEDs emittieren Licht in
einem begrenzten Spektralbereich, das Licht ist
nahezu monochromatisch. Das weiße Licht ist eine
Mischung aus sämtlichen Lichtfarben. Jede Lichtfarbe
einzeln betrachtet umfasst nur einen kleinen
Wellenlängenbereich und somit ein kleines Spektrum.
Da in LED-Leuchtmitteln viele kleine Leuchtdioden
mit unterschiedlicher Lichtfarbe zusammen eingesetzt
werden können, sind alle Farbtöne innerhalb des
Gesamtspektrums möglich..
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Vorsicht, nicht direkt in die Sonne blicken! Es
genügt, knapp neben sie oder in eine helle Wolke
anzupeilen.
