Suchfunktion

 
 

Navigation

Das Spektrum von (Sonnen)licht (Niveau Sek I)

Allgemeines: 

Wenn wir Sonnenlicht durch ein (geeignetes) geschliffenes Glas bzw. Kristall betrachten, so beobachten wir, dass farbiges Licht entsteht.Normales (weißes) Licht scheint also eine Zusammensetzung von verschieden farbigen "Lichtteilen" zu sein. Diese Zusammensetzung von Licht werden wir uns nachfolgend betrachten.

Das (sichtbare) Spektrum von (Sonnen)licht:

Um die Zusammensetzung von Licht experimentell zu beobachten, nehmen wir Sonnenlicht, einen Spalt (bzw. eine Spaltöffnung), ein Prisma und ein weißes Papier, auf den wir den Lichtstrahl "projizieren".

In ersten Versuch nehmen wir das (Sonnen)licht und fokussieren dieses durch einen Spalt (hiermit erzeugen wir eine klare scharfe Linie) und auf das Papier. Dabei beobachten wir eine scharfe "weiße" Linie auf dem Papier.

Anschließend führen wir ein zweites Experiment durch, und bauen ein Prisma zwischen Papier und Spalt ein. Durch den Spalt wird wieder das Licht fokussiert, dass anschließend auf ein Prisma trifft. Dabei beobachten wir, dass auf dem Papier hinter dem Prisma keine scharfe weiße Linie mehr zu erkennen ist, sondern ein "Band", dass sich aus Linien vieler verschiedener Farben zusammensetzt.  Wir haben mit dem zweiten Experiment geschafft, (Sonnen)licht zu "zerlegen", Aus der ehemals weisen Linie ist ein "Band" aus verschiedenfarbigen Linien entstanden. Dieses (Farb)Band wird auch in der Fachsprache auch als Spektrum bezeichnet.

Nun ist die Frage, ob man diese sogenannten Spektralfarben auch noch weiter zerlegen kann. Dazu modifizieren wir den zweiten Versuch und bauen hinter dem ersten Prisma einen weiteren Spalt auf und dahinter wieder ein Prisma. Nehmen wir beispielsweise blaues Licht, dass durch die Zerlegung von Licht am ersten Prisma entsteht. Der Spalt hinter dem Prisma ist so aufgebaut, dass der Spalt nur dieses blaue Licht durchlässt (und die anderen Spektralfarben nicht) und dieses blaue Licht trift anschließend auf das zweite Prisma. Dabei beobachten wir auf dem Papier hinter dem zweiten Prisma kein neues Band bzw. neues Spektrum, sondern (nur) eine blaue Linie.  Das blaue Licht, wie auch alle anderen Spektralfarben, kann also nicht durch ein zweites Prisma weiter zerlegt werden. Daher nennt man solche Spektralfarben, die nicht weiter zerlegbar sind, auch als spektralrein.



Das (gesamte) Spektrum von (Sonnen)licht:

In unserem Versuch haben wir gesehen, dass das Prisma das Sonnenlicht in ein Spektrum aus vielen Spektralfarben aufspaltet. Dieses Spektrum, dass wir mit unserem Auge beobachten können, zeigt ein "kontinuierliches" Spektrum, dass der Spektralfarbe Rot bis Violett reicht. Nun wollen wir in einem weiteren Versuch feststellen, ob das Licht nicht noch mehr "Komponenten" enthält, als wir mit unserem Auge erkennen können.

Dazu nehme wir anstelle des Papiers einen Sensor, der "elektromagnetische Strahlung" anzeigen kann. Treffen die einzelnen Spektralfarben auf den Sensor, so schlägt dieser aus. Stellen wir den Sensor auf einen Bereich, der nicht mehr dem Bereich der sichtbaren Spektralfarben (ca. 400 bis 800 nm) entspricht, beobachten wir auch eine Anzeige am Messgerät und zwar vor 400 nm und nach 800 nm. Es gibt also "vor" der Spektralfarbe Rot und nach der Spektralfarbe Violett noch "Spektralfarben" bzw. Lichtkomponenten, die wir mit dem menschlichen Auge nicht mehr sehen können. Daher bezeichnet man den Bereich zwischen 400 nm und 800 nm als das Spektrum des sichtbaren Lichtes, während man die anderen Spektren des "unsichtbaren" Lichtes als infrarotes Licht (das Licht das jenseits der Spektralfarbe Rot nachweisbar ist)  und ultraviolettes Licht (das Licht, das jenseits der Spektralfarbe Violett nachweisbar ist).

Das Sonnenlicht besteht also aus dem Bereich (Spektrum) des infraroten Lichtes, dem sichtbaren Licht und dem ultravioletten Licht. Im Bereich des sichtbaren Lichts sind alle farbigen Lichtbestandteile (die sogenannten Spektralfarben) enthalten. Daher bildet sich bei der Brechung von (sichtbaren) Licht ein farbiges Spektrum.



Verschiedene Spektren von unterschiedlichen Lichtquellen

Ändern wir die durchgeführten Versuche, indem wir nicht Sonnenlicht als Lichtquelle verwenden, sondern eine Glühlampe. Dabei beobachten wir die gleichen Ergebnisse. Es entsteht ein Band aus vielen Spektralfarben, die ineinander übergehen. Daher wird dieses Spektrum auch als kontinuierliches Spektrum bezeichnet.

Nun gibt es aber auch (moderne) Lampen, die nicht mehr eine glühende Wendel (=> Licht wird durch Glühlicht) haben, sondern auf anderen "Leuchtmechanismen" beruhen, Beispiele sind die Natriumlampe.

Zerlegen wir das Licht einer Natriumlampe, so besteht dieses Spektrum nur aus einer einzigen Linie, nämlich aus einer gelben Linie (der sogenannten Natrium-Linie). Andere Lampe, wie beispielsweise die Lampe mit Wasserstoffgas, zeigen mehrere Linien. Daher wird ein solches Spektrum nicht als kontinuierliches Spektrum (wie beim Sonnenlicht), sondern als Linienspektrum bezeichnet.



Wie entsteht das Spektrum des sichtbaren Lichts?

Wenn wir Licht mit Hilfe eines Prismas zerlegen, beobachten wir ein Band (Spektrum) an verschiedenen Spektralfarben, die ineinander übergehen. Warum aber entsteht ein Band, d.h. die Spektralfarben werden durch das Prisma unterschiedlich "stark" aufgetrennt.

Wie wir in dem Versuch (an dem Papier) beobachten, wird das rote Licht weniger stark gebrochen als beispielsweise blaues Licht. Die Lichtstrahlen verschiedener Farben werden verschieden stark (an dem Prisma) gebrochen. Dies lässt sich mit den Gesetzen der Reflexion bzw. der Wellenoptik erklären
.


.