8. – 10. Schuljahr

Rita Wodzinski

Analyse von Licht mit dem Schuhkarton-Spektroskop

Für Spektroskope findet man im Internet verschiedene Bauanleitungen. Für einfache Experimente eignet sich das Schuhkarton-Spektroskop (s. Abb. 1 ) besonders gut. Eine Anleitung dazu findet man bei LeiFi-Physik [1].
Material
  • Schuhkarton mit Deckel
  • CD
  • verschiedene Lichtquellen (LED-Teelicht, Teelicht, UV-Taschenlampe, rote und grüne Lampe zur Farbmischung)
Durchführung und Beobachtung
Von der CD wird ein ca. 2 –3 cm breiter Sektor ausgeschnitten, der an der hinteren Seite eines Schuhkartons mit Klebestreifen angeklebt wird (s. Abb. 2 ). In die Vorderseite des Kartons schneidet man ein rundes Guckloch (am besten mit der Nagelschere) und einen ca. 1 mm breiten Schlitz, durch den das Licht fällt. (Alternativ kann ein breiterer Schlitz mit Papierstreifen variabel abgedeckt werden.) Das CD-Stück wird etwa bei 2/3 des Abstands zwischen Loch und Schlitz positioniert (ggf. nachjustieren, bis das gesamte Spektrum gut zu sehen ist). Der Deckel sorgt für die notwendige Verdunklung.
Versuch 1: Ein echtes und künstliches Teelicht im Vergleich
Man betrachtet das Licht eines echten Teelichts und das eines LED-Teelichts mit dem Spektroskop: Im Wachskerzenlicht sind alle Farben enthalten (s. Abb. 3 ), während im Spektrum der LED- Kerze nur das gelbe Licht zu sehen ist (s. Abb. 4 ).
Versuch 2: Gelbes Mischlicht aus rotem und grünem Licht
Man lässt rotes und grünes Licht auf den Spalt fallen, so dass der Spalt im gelben Lichtkegel liegt. Im Spektrum fehlt nun das gelbe Licht und nur rote und grüne Anteile werden deutlich (s. Abb. 5 ).
Versuch 3: weitere Lichtquellen
Die Untersuchung des weißen Licht eines Smartphones zeigt, dass das Licht des Displays sich nur aus den drei Farben Rot, Grün und Blau zusammensetzt und kein gelbes Licht enthält. Das Spektrum einer UV-Taschenlampe enthält wie das Laptopdisplay die Farben Rot, Grün und Blau, der Bereich des blau-violetten Lichts ist aber auffallend stark ausgeprägt ist.
Erklärung
Die Aufnahmespuren der CD bilden ein feines Reflexionsgitter, dessen Linienabstand 1,6 μm beträgt. Durch die Anordnung wird das Maximum 1. Ordnung beobachtet. Bei einer Wellenlänge von 400 nm (violett) beträgt der Winkel zwischen dem 0. und dem 1. Maximum etwa 15°, bei 750 nm (rot) etwa 28° (s. Abb. 6 ). Das unter einem etwas anderen Winkel ins Auge fallende Licht wird als Lichtobjekt auf der CD interpretiert. Im Spektrum erscheinen deshalb das rote Licht rechts und das violette Licht links.
Hinweise
  • In der Unter- und Mittelstufe lässt sich das Schuhkarton-Spektroskop im Kontext Farben einsetzen. In Analogie zur Kreidechromatografie, bei der man die Farbe von Farbstiften in Einzelfarben zerlegt, lässt sich damit farbiges Licht in seine farbigen Anteile zerlegen.
  • Das Spektroskop wird in all den Versuchen als Black Box genutzt. Um einer Verwechslung von Brechung und Interferenz vorzubeugen, sollte man darauf hinweisen, dass die Ursache für die Farbzerlegung bei der CD und bei der Brechung unterschiedlich ist. Als Ergänzung können Schülerinnen und Schüler durch eine fein gewebte Gardine aus etwa 3 m Entfernung auf die vorher untersuchten Lichtquellen schauen. Die Gardine trennt die Farben auf ähnliche Weise wie die CD.
Literatur

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