Mündlichblatt Nr. 9

Lichtentstehung

• Entsteht in Elektrohüllen der Atome.
• Kann nur entstehen, wenn Atome mit positivem Atomkern und Elektronen vorliegen.
• Jedes Elektron hat, je nachdem wie nah es vom Atomkern ist, ein bestimmtes Energieniveau.
• Die Natur strebt immer ein möglichst tiefes Niveau an.
• Chemische Bildung nur mit Valenzelektronen möglich, da sie ein hohes Energieniveau haben und tiefes anstreben. à besonders Bindungsfreudig.
• Erhält Elektron Energieimpuls, kann vorübergehend auf höheres Niveau springen à Elektronensprung.
• Die zuvor aufgenommene Energie geben die Elektronen sofort oder evtl. verzögert und springen auf Ihr ursprüngliches Energieniveau zurück.
  • à zuvor aufgenommene Energie wird als elektromagnetische Welle abgestrahlt.
  • à Abhängig von Anziehungskraft des Atomkerns (je grösser der Kern, desto stärker die Anziehungskraft)
  • à Abhängig von Grundniveau des Elektrons.
• Ist die Welle im Wellenlängenbereich vom Menschlichen Auge à ruft Sehempfindung hervor, wird die Lichtwelle als Lichtemission bezeichnet à vereinfacht als Emission (Licht breitet sich dreidimensional aus).
• Energiereichem Quantensprung entstehen, wenn:
  • Elektron nahe bei Kern springt.
  • Elektron über mehrere Energieniveau springt.

Entstehung kurz/langwelliges Licht:

• Viel Energie à hohe Frequenz
  • à kurzwelliges Licht è Violett
  • à langwelliges Licht è rot
• Einzelne Lichtquellen sind monochromatisch
• Mehrere monochromatische Lichtquellen gemischt werden zu polychromatischem Licht.

Lichtquellen:

• Selbstleuchter/ Lichtquellen = erzeugen selber Licht
• Nichtselbstleuchter = sind sichtbar, wenn sie Licht reflektieren, erzeugen selber kein Licht.
• Lichtquellen unterteilt in Temperaturstrahler/ Kaltlichtstrahler
• Werden unterteilt in:
  • natürliche Lichtquellen à Leuchten selber ohne menschliche Hilfe
  • künstliche Lichtquellen à werden vom Menschen hergestellt/ zum Leuchten gebracht.

Temperaturstrahler:

• Zugeführte Energie wird in Wärme umgewandelt.
• Wärme bringt Lichtquelle zum Leuchten.
• Zugeführte Energie
  • Elektrische Energie
  • Chemische Energie
  • Kernenergie
  • Reibungsenergie
• Grösster Teil der Energie wird in Wärme, kleiner Rest in Licht umgewandelt. à enorme Wärmeverluste.

Natürliche Temperaturstrahler:

• Glühender zustand sendet Licht aus.
• Sonne, Sterne, Blitz, Vulkanlava.
• Nichtselbstleuchter kann zu Selbstleuchter werden à Waldbrand nach Blitzeinschlag, Meteor.

Künstliche Temperaturstrahler:

• 2 Typen:
  • Energiezufuhr à Lichtquellen werden elektronisch soweit erhitzt bis sie Licht aussenden à Glühlampe.
  • Gespeicherte Energie (chemisch). Bei Bedarf kann dies aktiviert werden. à Lagerfeuer, Kerze, Fackel

Lumieszenzstrahler, Kaltlichtstrahler:

• Zugeführte Energie wird direkt in Licht umgewandelt à kein Wärmeverlust
• Kleiner Energieverlust à eklektischer Strom von Kraftwerk zu Energiesparlampe.
• Erzeugen meist UV-Strahlung und kurzwelliges blaues Licht.

Natürliche Kaltlichtstrahler:

• Leuchten durch Gasentladung oder indem sie Bioenergie zu Licht umwandeln.
  • Leuchtkäfer (Bioenergie)
  • Tiefseefisch (Bioenergie)
  • Polarlicht (Gasentladung)
  • Kometenschweif (Gasentladung)

Künstliche Kaltlichtstrahler:

• Wird direkt in Licht umgewandelt
  • Leuchtstoffröhre
  • Energiesparlampen
  • Led; Leuchtdioden
  • Laser

Fluoreszenz:

• Lichtausbreitung während Energiezufuhr
• Stoppt Energiezufuhr, fällt Intensität sofort ab.
• Fluoreszenz ist abhängig von Temperatur.
• Kurzwellige Strahlung wird in langwelliges Licht umgewandelt.
• Elektronensprünge finden in Teilsprüngen statt.
  • Bsp. Getränke in Disco.

Phosphorenz:

• Lichtaussendung während Energiezufuhr & danach (Nachleuchten)
• Teil Elektronen verharren gewisse Zeit auf höherem Niveau.
• Temperatur abhängig à tiefe Temperatur à Lichtabstrahldauer verlängert.
  • à genügend tiefe Temperatur wird Vorgang eingefroren. Elektronen springen bei Erwärmung zurück.
• Kurzwellige Strahlung wird in langwelliges Licht umgewandelt.
• Nachleuchten ist intensiver (heller), wenn mit kurzwelliger Strahlung (ultraviolett (UV)) belichtet.
• Bsp. Leuchtziffern.

Nichtselbstleuchter:

• Dunkle Körper
• Reflektieren auftretendes Licht
• Farbige Nichtselbstleuchter reflektieren bevorzugt Licht von Eigenfarbe.
• Licht von Komplementärfarbe bevorzugt absorbiert.
• Energie von absorbiertem Licht wird meistens in Wärme umgewandelt.
• Bsp. Roter Körper reflektieren vor allem rotes Licht und absorbiert vor allem Cyanfarbiges Licht.
• Können nur wahrgenommen werden, wenn sie angestrahlt werden.

Dualismus vom Licht:

• Licht besteht aus 2 Teilen
• Elektromagnetischen Wellen
• Korpuskel à Photon/ Lichtquant

Theorie erklären (Dualismus aus Wellen/ Korpuskular)

Elektromagnetische Wellen:

• Lichtwelle besteht aus 1^er elektrisch und 1^er magnetische Teilwelle.
• Teilwelle schwingen senkrecht zueinander.
• Mit Wellentheorie lassen sich optische Effekte erklären:
  • Allseitige Lichtausbreitung
  • Lichtbrechung
  • Interferenz (Überlagerung der Lichtwellen)
  • Beugung (Licht breitet sich in alle Richtungen aus)
  • Polarisation (alle Lichtwellen schwingen in eine Richtung)
  • Reflexion
  • Dispersion
  • Spektralfarben

Korpuskel:

• Lichtteilchen ist für optische Effekte zuständig, die nicht mit elektromagnetischen Wellencharakter erklärt werden kann.
• Mit Teilchentheorie werden folgende optische Effekte erklärt:
  • Lichtemission
  • Geradlinige Lichtausbreitung
  • Absorption
  • Reflexion
  • Fotoeffekt (Lichtelektrischer Effekt)
  • à dringen Lichtteilchen in Atomhülle von Metall, wird durch die «Aufprallenergie» der Elektronen vom Atom gelöst. à Belichtungsmesser in Kamera.
  • Compton-Effekt:
  • à Prallt Photon auf Elektron ab, kann Teil der Energie auf Elektron übertragen werden. Photon wird abgelenkt à verliert Teil von Energie. à grössere Wellenlänge. Elektron macht Quantensprung à sendet langwellige Welle aus. à kurzwellige Strahlung in langwellige Strahlung
  • Bsp. Leuchtstoffröhre

Lichtwelle:

• Elektromagnetische Wellen bestehen aus 2 Teilwellen à schwingen senkrecht zueinander à erreichen gleichzeitig höchst/ tiefwerte.
• Breiten sich in Vakuum in Lichtgeschwindigkeit aus.
• Elektromagnetische Wellen breiten sich von Erregungszentrum in alle Richtungen aus. à Lichtwelle leuchtet den gesamten Raum aus.
• Elektromagnetische Wellen schwingen senkrecht zu Ausbreitungsgeschwindigkeit à Transversalwellen (Querwellen)

Bezeichnungen:

Wellenlänge:

• Messung Distanz zweier Punkte bei gleicher Schwingungsphase (gleiche Höhe, stärke, Vorzeichen)
• Wenn nichts angegeben ist in Vakuum.
• In optisches dichteres Medium wird Wellenlänge verkleinert

Frequenz v:

• Gibt an wie viele Schwingungen es pro Sekunde gibt
• In jedem Medium gleich
• Bestimmt die Farbe und Energie der Lichtquelle
• Licht immer farblos à je nach Quantenenergie erzeugt Licht die Farbempfindung.
  • à viel Quantenenergie Violett, wenig Quantenenergie rot.
• Frequenzbereich Licht zwischen ca. 3.8 x 1014 HZ und 7.9 x 1014 HZ
• Bei Schallwelle wird die Tonhöhe durch die Frequenz bestimmt.

Periode T:

• Länge vollständiger Sinusschwingung von der Frequenz abhängig.
• Je grösser die Frequenz desto grösser die Periode.

Amplitude a:

• Gibt Schwingungshöhe der Wellen an.
• Unterteilung in positiven und negativen Amplituden.
• Bestimmt Helligkeit (Intensität) von Lichtwelle.
• Helligkeit von Licht ist von Erregungsenergiezufuhr abhängig.
• Helligkeit von Lichtquelle im Vergleich zu Amplitudengrösse im Quadrat à Amplitude x2 à Licht x4.