Physik LK 42 - Spektralanalyse
Summary
TLDRDieses Video script präsentiert die Spektralanalyse von Emissionsspektren verschiedener Lichtquellen, wie Glühlampen, Gasentladungslampen und Haushaltslampen. Es erklärt die Anwendung von Spektralanalyse zur Identifizierung chemischer Elemente durch charakteristisches Licht, was auf historische Experimente von Kirchhoff und Bunsen zurückgeht. Es zeigt die Unterschiede zwischen kontinuierlichen und linienförmigen Spektren und führt durch die Bestimmung von Wellenlängen an Hand von Beispielen wie Quecksilber- und Natriumdampflampen. Schließlich wird die Anwendung der Spektralanalyse in der Astronomie erläutert, wobei das rötliche Leuchten des Orionnebel durch Emission von Wasserstoff identifiziert wird.
Takeaways
- 🔬 Die Spektralanalyse ist ein Verfahren, das verwendet wird, um chemische Elemente durch das charakteristische Licht, das sie aussenden, zu identifizieren.
- 🔥 Im Chemieunterricht werden verschiedene Salze wie Bariumnitrat, Strontiumnitrat und Natriumchlorid verwendet, um die charakteristischen Flammenfärbungen der Elemente zu zeigen.
- 💡 Die Spektralanalyse geht zurück auf die Arbeit von Gustav Robert Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen, die ein Apparat mit Prisma und Linsen verwendeten, um das weiße Licht in seine Spektralfarben zu zerlegen.
- 🌈 Das Emissionsspektrum ist das Lichtspektrum, das von selbst leuchtenden Lichtquellen ausgeht, und es zeigt charakteristische Linien für jedes Element.
- 🕊️ Die Glühlampe zeigt ein kontinuierliches Spektrum, bei dem alle Spektalfarben im Bereich von violett 400 Nanometer bis rot etwa 700 Nanometer vorhanden sind.
- 🌌 Der Orionnebel zeigt ein rötliches Leuchten, das durch die Spektralanalyse als charakteristische Linien von Wasserstoff identifiziert werden kann.
- 📏 Die Genauigkeit der Wellenlängenmessung kann durch den Einsatz eines Kohärenzspaltes und eines Gitters verbessert werden, um die Maxima der Spektrallinien zu bestimmen.
- 🚀 Gasentladungslampen, wie Quecksilberdampf- und Natriumdampflampen, zeigen linienförmige Spektren, die charakteristisch für das enthaltene Element sind und verwendet werden, um chemische Elemente zu identifizieren.
- 💡 Energiesparlampen und LED-Lampen haben unterschiedliche Spektren; Energiesparlampen enthalten Quecksilber und haben ein linienförmiges Spektrum, während LED-Lampen ein fast kontinuierliches Spektrum mit weniger UV-Strahlung haben.
- 🌟 Der Color Rendering Index (CRI, CSI) misst, wie gut eine Lampe das Sonnenlicht nachempfindet und wie gut sie Farben wiedergibt; LED-Lampen haben in der Regel einen besseren CRI als Energiesparlampen.
- 🔭 In der Astronomie wird die Spektralanalyse verwendet, um die Zusammensetzung von Sternen, Sternennebel oder anderen Objekten im Weltraum zu bestimmen.
Q & A
Was unterscheidet die Spektralanalyse von Emissionsspektren und Absorptionsspektren?
-Emissionsspektren zeigen die Lichtlinien, die von selbstleuchtenden Objekten wie Sternen oder Gasen ausgesendet werden, während Absorptionsspektren die Linien zeigen, an denen ein Medium wie eine Atmosphäre Licht absorbiert hat.
Welche drei Salze wurden im Video als Beispiel für die Flammenfärbung verwendet?
-Bariumnitrat, Strontiumnitrat und Natriumchlorid (auch bekannt als Tafelsalz oder Kochsalz) wurden verwendet, um die unterschiedlichen Flammenfärbungen zu demonstrieren.
Wie leuchtet Bariumnitrat in einer Flamme?
-Bariumnitrat verursacht ein leicht grünliches Leuchten in einer Flamme.
Was ist das charakteristische Leuchten von Strontiumnitrat in einer Flamme?
-Strontiumnitrat zeigt ein rötliches Leuchten in einer Flamme.
Welche Farbe zeigt Natriumchlorid in einer Flamme an?
-Natriumchlorid verursacht eine gelbe Flammenfärbung.
Was ist der Zusammenhang zwischen den chemischen Elementen und den Flammenfärbungen?
-Die chemischen Elemente wie Barium, Strontium und Natrium emittieren bei energetischer Anregung charakteristisches Licht, wodurch sie in einer Flamme unterschiedliche Farben zeigen.
Wer sind die Entdecker der Spektralanalyse und in welchem Jahr wurde das Verfahren entwickelt?
-Gustav Robert Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen entwickelten das Verfahren der Spektralanalyse im Jahr 1860.
Welche Anwendung hat die Spektralanalyse in der Astronomie?
-In der Astronomie wird die Spektralanalyse verwendet, um die Zusammensetzung von Sternen, Sternennebeln oder anderen Objekten im Weltraum zu bestimmen.
Was ist der Unterschied zwischen einer Glühlampe und einer Gasentladungslampe?
-Eine Glühlampe verwendet einen Heizdraht als Lichtquelle und erzeugt ein kontinuierliches Spektrum, während eine Gasentladungslampe, wie die Quecksilberdampflampe, ein linienförmiges Spektrum erzeugt, das charakteristische Linien für das enthaltene Gas zeigt.
Wie wird die Farbwiedergabe einer Lampe quantifiziert?
-Die Farbwiedergabe einer Lampe wird durch den Color Rendering Index (CRI, kurz CRI-Wert oder R9-Wert) quantifiziert, der die Ähnlichkeit der Farbe von Objekten bei der Beleuchtung mit der Lampe im Vergleich zur Sonnenbeleuchtung misst.
Was ist das Hauptmerkmal des Emissionsspektrums einer LED-Lampe?
-LED-Lampen zeigen ein fast kontinuierliches Spektrum mit weniger UV-Strahlung im Vergleich zu Halogen-Glühlampen und haben eine bessere Energieeffizienz.
Wie wird die Wellenlänge von Licht bestimmt, das von einem Objekt emittiert wird?
-Die Wellenlänge kann durch die Analyse des Emissionsspektrums des Objektes bestimmt werden, indem man die Position der Spektrallinien misst und die Gitterkonstante und den Abstand des Objektes zum Gitter berücksichtigt.
Outlines
🔬 Spektralanalyse und Emissionsspektren
Dieses Video behandelt die Spektralanalyse von Emissionsspektren, insbesondere anhand von Lichtquellen, die sich durch charakteristisches Licht auszeichnen. Es beginnt mit einem Experiment aus dem Chemieunterricht, bei dem die Flammefarbungen von verschiedenen Salzen untersucht werden, um die chemischen Elemente Barium, Strontium und Natrium zu identifizieren. Das Konzept der Spektralanalyse wird erläutert, einschließlich der Verwendung von Emissions- und Absorptionsspektren, um chemische Elemente zu identifizieren. Die historischen Beiträge von Gustav Robert Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen in diesem Bereich werden erwähnt, sowie die Verwendung von Apparaturen wie Prismen und Gitter zur Zerlegung von Licht in seine Spektralfarben.
🌟 Sonnen- und Glühlampenspektren
Der zweite Absatz konzentriert sich auf die Untersuchung des kontinuierlichen Spektrums einer Glühlampe und vergleicht es mit dem Spektrum des Sonnenlichts. Es wird erklärt, dass das Licht von Glühlampen ein breites Spektrum von Farben umfasst, wobei die Wellenlängen von Violett (400 Nanometer) bis Rot (700 Nanometer) reichen. Es wird auch auf die Verwendung von UV-Licht und seine Anwendungen hingewiesen. Der Absatz beschreibt auch die Vorteile eines Kohärenzspaltes und die Verwendung von Spektrallampen, um das Spektrum zu analysieren.
📏 Messung von Spektrallinien
In diesem Abschnitt wird die Methode zur Messung von Spektrallinien erläutert, die durch Gasentladungslampen erzeugt werden. Es wird gezeigt, wie das Quecksilberdampf-Lampenspektrum analysiert wird, um die charakteristischen Linien für verschiedene Farben zu bestimmen. Die Schattierung der Linien wird durch die Verwendung eines Gitters erreicht, und es wird beschrieben, wie die Position der Linien auf dem Schirm gemessen und die Wellenlängen der Linien berechnet werden, unter Verwendung der Gitterkonstante und der Beugungsformel.
💡 Unterschiedliche Lichtquellen
Dieser Absatz vergleicht die Spektren verschiedener Lichtquellen wie Quecksilberdampf-, Natriumdampf- und Energiesparlampen. Es wird erklärt, dass die Energiesparlampen und Glühlampen ein Linienspektrum haben, was für eine schlechte Farbwiedergabe sorgt, während LED-Lampen ein fast kontinuierliches Spektrum besitzen. Die Bedeutung des Farbwiedergabeindexes (CRI) wird kurz erläutert, und es wird auf die bevorstehenden Verbote von Energiesparlampen und Glühlampen aufgrund von Quecksilberinhalten hingewiesen.
🚀 Spektralanalyse in der Astronomie
Der fünfte Absatz erweitert das Thema auf die Anwendung der Spektralanalyse in der Astronomie, insbesondere am Beispiel des Orionnebel-Sterns. Es wird beschrieben, wie die rötlichen Leuchten von Sternen und Sternennebeln durch die Spektralanalyse untersucht werden können, um die chemischen Elemente zu identifizieren, die für das Leuchten verantwortlich sind. Das Verfahren des subjektiven Spektrums wird vorgestellt, bei dem die Position der Spektrallinien durch die Verwendung eines Gitters und eines Maßbands bestimmt wird.
🌌 Identifizierung von Wasserstoff im Orionnebel
Schließlich wird in diesem Abschnitt die Identifizierung von Wasserstoff im Orionnebel durch die Spektralanalyse der charakteristischen Linien beschrieben. Es wird gezeigt, wie die Positionen der roten, türkisen und violetten Linien gemessen und die zugehörigen Wellenlängen berechnet werden. Die identifizierten Linien werden mit den bekannten Wasserstofflinien Hα, Hβ und Hγ verglichen, und es wird erklärt, dass diese Linien auch als die 'Beinahe-Serie' von Jacob Beimer bekannt sind.
Mindmap
Keywords
💡Spektralanalyse
💡Emissionsspektrum
💡Flammenfärbung
💡Gitter
💡Kontinuierliches Spektrum
💡Gasentladungslampe
💡Wellenlänge
💡Farbwiedergabe
💡Ultraviolettlichte (UV-Licht)
💡Orionnebel
Highlights
Das Video behandelt die Spektralanalyse anhand von Emissionsspektren, untersucht verschiedene Lichtquellen und führt Berechnungen zur Bestimmung von Wellenlängen durch.
Ein einfaches Experiment aus dem Chemieunterricht zeigt die Flammefarbungen von drei verschiedenen Salzen: Bariumnitrat, Strontiumnitrat und Natriumchlorid.
Die verschiedenen chemischen Elemente wie Barium, Strontium und Natrium zeigen charakteristische Flammenfärbungen, die durch Spektralanalyse identifiziert werden können.
Die Spektralanalyse geht zurück auf die Arbeiten von Gustav Robert Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen, die ein spezielles Gerät zur Zerlegung von Licht entwickelten.
Das Spektrum einer Glühlampe zeigt ein kontinuierliches Spektrum mit allen Spektrafarben, wobei das weiße Licht durch konstruktive Interferenz der Farben entsteht.
Die Verwendung von Gittern ermöglicht die Untersuchung von Emissionsspektren, bei denen charakteristische Linien für die jeweiligen Elemente sichtbar sind.
Die Analyse von Spektrallampen, wie Quecksilberdampf- und Natriumdampflampen, zeigt spezifische Linienspektren, die die Elemente identifizieren.
Die Quecksilberdampflampen zeigen ein blauliches Leuchten, während Natriumdampflampen ein gelbliches Licht aussenden.
Die Bestimmung der Wellenlänge erfolgt durch die Messung des Abstands der Spektrallinien und die Anwendung von Gitterkonstanten.
Die Energiesparlampen zeigen ein Linienspektrum und enthalten Quecksilber, was zu einer schlechten Farbwiedergabe führt.
LED-Lampen haben ein fast kontinuierliches Spektrum mit weniger UV-Licht und einer besseren Farbwiedergabe im Vergleich zu Halogenlampen.
Die Spektralanalyse wird auch in der Astronomie eingesetzt, um die Zusammensetzung von Sternen, Sternennebel oder anderen Objekten im Weltraum zu bestimmen.
Das Orionnebel-Experiment zeigt, wie Spektralanalyse dazu verwendet wird, chemische Elemente in Sternennebeln zu identifizieren.
Die Wasserstoffspektrallampe zeigt rötliches Leuchten, ähnlich dem Orionnebel, und ermöglicht die Identifizierung von charakteristischen Linien.
Die subjektive Spektralanalyse ermöglicht die Bestimmung von Wellenlängen durch die Beobachtung von Spektrallinien und deren Positionierung am Gitter.
Die identifizierten Spektrallinien des Wasserstoffs, H-alpha, H-beta und H-gamma, werden auch als die 'Beinahe-Serie' nach Jacob Beimer bezeichnet.
Transcripts
in diesem video geht es um die
spektralanalyse anhand von emission spec
drin
dazu untersuchen wir verschiedene
lichtquellen und führenden berechnungen
zur bestimmung von wellenlängen durch
wir beginnen mit einem einfachen
experiment aus dem chemieunterricht der
achten klasse wir untersuchen drei salze
barium nitrat strontium nitrat und
natriumchlorid auch bekannt als
tafelsalz oder kochsalz davon habe ich
jeweils eine kleine menge in diese glas
schälchen davor gegeben
ich befürchte ein magnesia stäbchen mit
destilliertem wasser und bringe damit
eine kleine probe des jeweiligen stoffes
in die flamme eines gasbrenners bei
barium nitrat sehen wir ein leicht
grünliches leuchten
bei der verwendung von strontium nitrat
sieht man ein rötliches leuchten
natriumchlorid zeigt eine gelbe flammen
färbung die verschiedenen chemischen
elemente barium strontium und natrium
zeigen verschiedene flammen färbungen
chemische elemente emittieren bei
energetischer anregungen
charakteristisches licht emittieren
bedeutet aussenden umgekehrt wenn man
die chemischen elemente nicht kennt kann
man anhand des lichtes dass sie
aussenden auf die chemischen elemente
schließen genau dieses verfahren heißt
spektralanalyse wir untersuchen hier
emissions- spektren das bedeutet dass
wir hier licht spektren untersuchen die
von lichtquellen ausgehen die selber
licht aussenden das verfahren geht
zurück auf gustav robert kirchhoff und
robert wilhelm bunsen aus dem jahre 1860
sie verwendeten damals einen krismer und
zwei linsen mit einem okular in einem
holzkasten
und zerlegten damit damals das weiße
licht so ähnlich wie ich das hier mit
dieser apparatur mache dort trifft
weißes licht auf ein prisma und man
sieht dahinter die spektrale zerlegung
das heißt die zerlegung des weißen
lichtes in seine spektralfarben
heute verwendet man dafür
gitter so machen wir das hier in diesem
video auch ähnlich wie in dem video zur
vorbeugung und interferenz am gitter
die elemente zeigen bei energetischer
anregungen zb durch den gasbrenner oder
bei gasentladungslampen die zeige ich
gleich noch oder auch bei licht von
sternen charakteristische lichtspektrum
anhand der spektren können chemische
elemente identifiziert werden
wir beginnen noch einmal mit
thom einer glühlampe ich beschreibe den
aufbau nicht noch einmal ganz
vollständig ja also wir haben hier die
glühlampe das netzgerät die eingebaute
linse davor den spalt den kohärenz bald
davor eine weitere linse das gitter und
hinten den schirm mit der zentimeter
skala wir sehen bei der verwendung eines
gitters einmal das maximum norden in der
mitte wo sich alle farben konstruktiv
überlagern dadurch entsteht eben das
weiße licht und zu den beiden seiten
nach rechts und nach links hin sehen wir
die maximal erster ordnung für die
jeweiligen farben und wellenlängen von
der farbe violett ausgehend über blaue
über grün über gelb orange und rot
dieses spektrum ist ein kontinuierliches
spektrum mit allen spektralfarben im
folgenden werden wir immer die maximal
erster ordnung verwenden mit enden
gleich eins warum sieht man hier noch
einmal die maximal zweiter und dritter
ordnung überlappen sich ja auch das
haben wir im letzten video schon gesehen
des weiteren ist die lichtintensität
natürlich im bereich des ersten maximums
jeweils hören und die abmessungen passen
dann auch besser geometrisch beim
experimentellen aufbau
hier seht ihr noch einmal das
kontinuierliche spektrum einer glühlampe
auf einer leinwand
man sieht dort alle farben also von
violett über blau grün gelb orange und
rot auf papier sieht man vor der
violetten farbe noch einen fluoreszenz
bereich das kommt durch die optischen
aufheller im papier zustande
diese wellenlängen liegen dann schon im
uv bereich und können eigentlich vom
auge nicht mehr wahrgenommen werden
die wellenlängen gehen von violett 400
nanometer bis rot etwa 700 nanometer die
angaben können hier leicht
unterschiedlich sein von physik buch zu
für sie buch bei lambda größer 700
nanometer sind wir im infrarotbereich im
bereich der wärmestrahlung bei lambda
kleiner als 400 nanometer sind wir im
bereich des v lichtes ultraviolet oder
schwarzlicht nennt man das ja auch das
uv licht kann man zum beispiel verwenden
um geldscheine zu prüfen oder um stoffe
wie floristin zum leuchten zu bringen
unser erstes beispiel ist das
sonnenlicht oder das licht einer
glühlampe vom spektrum her ist das
relativ ähnlich außer dass bei
sonnenlicht noch absorptions linien die
sogenannten fraunhofer schon linien
auftauchenden die werden wir allerdings
später behandeln da wären wir dann schon
im bereich der absorption spektren wir
sind ja hier erstmal im bereich der
emission spektren das weiße licht
beinhaltet eine farben die wir sehen
können und hier in der zeichnung benutze
ich einmal blau grün gelb und rot das
ist nicht ganz korrekt eigentlich müsste
dann auch violett rhein und der gelbe
bereich müsste etwas kleiner sein
die farbe orange schritte man auch noch
hinein fügen aber das ist hier als etwas
vereinfacht dargestellt als prinzipielle
es geht
in der mitte haben wir das maximum
ordnung dort überlagern sich alle farben
ist ergibt sich die farbe weiß wir haben
hier ein kontinuierliches spektrum mit
allen spektralfarben von violett bis rot
orange und violett habe ich hier weg
gelassen und wie gesagt der gelbe
bereich ist sie etwas zu groß gezeichnet
ja hier noch mal zum vergleich dann in
wirklichkeit wie das aussieht im
folgenden werden wir nun allerdings hier
die glühlampe abbauen und
gasentladungslampen verwenden sogenannte
spektral lampen die sehen wie folgt aus
außen ist eine metallhülle mit einem
loch drinnen dahinter befindet sich dann
die eigentliche lampe das netzgerät ist
auch ein spezielles netzgerät eine
sogenannte drossel für spektral lampen
diese drossel begrenzt die stromstärke
auf 1 ampere hinter der metallhülle
dieser lampe könnt ihr die eigentliche
lampe schon etwas erkennen ich nehme
aber die hülle auch einmal abschied
darin befindet sich ein glasröhrchen uns
interessiert dieses innere glasröhrchen
zunächst dort sind zwei metall kontakte
angebracht oben und unten an diesen
kontakten liegt gleich eine hohe
spannung an und in dem glasröhrchen
selber ist dann das entsprechende gas
drin in dem fall ist dass
quecksilberdampf hd steht für
quecksilber die metallhülle mit dem loch
ist dazu da dass man nicht geblendet
wird und dass das licht eben nur in
einer richtung austreten kann
da in dieser lampe noch keine linse
eingebaut ist wie bei der glühlampe muss
ich hier noch eine weitere links oder
vorstellen dass es in dem fall eine 50
millimeter sammle linse die sorgt dafür
dass möglichst viel der lichtintensität
auf dem spalt landet in
anführungszeichen
in unserem aufbau haben wir also
zunächst die spektrale lampe mit der
drossel danach folgt die erste sammle
insel die die lichtintensität der lampe
auf dem spalt bündelt ja dann folgt
natürlich dass bald selber der kohärenz
spalt dahinter eine weitere linie die
den spalt auf dem schirm abbildet und
zwischen der zweite linse und dem schirm
steht natürlich das gitter hier noch
einmal in kürze die lampe die erste
linse der spalt die zweite linse das
gitter und der schirm
ich schalte die lampe ein bis sie
richtig hell ist dauert das ein wenig
das überbrücke ich hier mit einem
videoschnitt und stelle die lampen noch
etwas höher damit der spalt richtig
ausgeleuchtet wird
ich entferne zunächst das gitter und
positioniere alles wieder so dass der
spalt hinten hell und auch scharf auf
dem schirm abgebildet wird die erste
linse sorgt dafür dass der spalt richtig
ausgeleuchtet wird wie ich gerade schon
sagt er
das zeige ich hier noch einmal und die
zweite linse bildet den spalt auf dem
schirm ab wenn ich das gitter vorstelle
seht ihr hinten auf dem schirm ein
sogenanntes linien spektrum das ist nun
das linien spektrum der
quecksilberdampflampen der hg den
flanken und in der mitte seht ihr das
maximum und ordnung wo sich alle farben
überlagern das licht sieht dann
insgesamt so weiß bläulich aus das
bläuliche leuchten das sieht man hier im
video nicht so richtig daneben rechts
und links seht ihr jeweils die
spektrallinien für die erste beugung
ordnung mit n gleich 1 dort befinden
sich die maxima erster ordnung für die
jeweiligen farben ihr seht dort einige
violette linien eine grüne linie und
eine orangefarbene linien
fall b gasentladungslampen hier eine
quecksilberdampflampen hg dampf lampe
kurz
in der mitte das bläulich weiß liegt das
maximum norden alle farben überlagern
sich hier die von der lichtquelle
ausgesendet werden das ist quasi die
gesamt farbe in anführungszeichen
deswegen traf ihre ich das ein wenig in
blau
des weiteren sehen wir mehrere blaue
beziehungsweise violette linien hier in
der zeichnung zeichne ich das in blau
unter anderem auch eine grüne und eine
orangefarbene linie ich zeichne sie hier
mal in gelb ein
wir haben also hier ein vereinfachtes hd
spektrum in der zeichnung
insgesamt liegt hier einen linien
spektrum vor
die linien sind charakteristisch für das
jeweilige chemische element und ja wie
ein strichcode könnte man sagen in
anführungszeichen für das jeweilige
element hier im vergleich noch einmal
kontinuierliches spektrum mit allen
farben die ineinander übergehen und und
in ein linien spektrum das eben nur
bestimmte linien beinhaltet hier seht
ihr ein foto des hg spektrums das sieht
natürlich viel besser aus als ein video
und wir werden die analyse gleich einmal
durchführen anhand der grünen linie die
beiden grünen linien haben insgesamt den
abstand 2a der abstand zwischen dem
nullten maximum und der grünen linie
beträgt jeweils a
allerdings ist die genauigkeit besser
wenn ich den abstand zwar bestimme und
ihnen durch zwei teile weil der aufbau
leicht unsymmetrisch sein könnte
und weil der messfehler beim essen einer
längeren strecke eben nicht so ins
gewicht fällt
links befindet sich die grüne linie an
der position 9 15 cm rechts befindet sie
sich bei 53 0 5 cm
das ganze zeichne ich einmal damit man
das besser versteht wie die berechnung
funktioniert analyse am beispiel der
grünen hg linie
der abstand der beiden grünen linien von
einer
beträgt 2 a der abstand von der mitte
zur grünen linie beträgt jeweils a wobei
der je nach aufbau nicht ganz gleich
sein muss ja das kann ja leicht
unsymmetrisch auch durchaus ein
die beiden grünen linien sind die
maximal erster ordnung wenngleich 1 für
die jeweilige wellenlänge die wir gleich
berechnen wollen
der abstand 2a wird bestimmt
zweigeteilt
denn der aufbau
und symmetrisch sein
ab lesefehler der ja hier etwa im
bereich von einem millimeter liegt ist
bei der betrachtung der längeren strecke
zwar nicht so gravierend wie bei der
betrachtung der strecke
links hatten wir neun 15 cm rechts 53 05
demnach ist zwar gleich 43 9 cm
das ist der abstand der beiden linien
ist gleich 21 95 cm
außerdem ist er gleich 62 8 cm das ist
der abstand vom gitter zum schieben das
zeige ich hier einmal
die wellenlänge london
schon aus dem letzten video berechneten
lang da ist gleich 1 durch enden mal geh
mal sinus von tangens hoch - einst von a
durch
lambda hg grün ist gleich 1 x 1 600 x
10.0 - drei meter das ist die gitter
konstante also der spalt abstand beim
guitar mal sinus von tangens hoch -
einst von 21,95 zentimeter geteilt durch
62 cm
das ergibt 550 nanometern laut literatur
beträgt die wellenlänge des grünen
lichtes von quecksilber 546 nanometer
das ist die so genannte e linie von
quecksilber wir liegen also nur vier
nanometer daneben das ist ein recht
guter wert hier für eine schul
experiment zur ergänzung entferne ich
hier einmal den kohl renz spalt man
sieht dass das spektrum dann verwischt
dass man die einzelnen spektrallinien
nicht mehr richtig sehen kann
das heißt auch bei der
gasentladungslampen benötigen wir zur
analyse einen kohärenz spalt
als nächstes analysieren wir das licht
einer natriumdampflampen die gelben
atrium linie solche natriumdampflampen
kennt ihr vielleicht von straßenlaternen
die so ein gelbliches licht aussenden
ich schalte die quecksilberdampflampen
aus und entfernen sie aus dem aufbau und
setzte dafür eine relativ ähnlich
aussehende natriumdampflampen die kann
auch mit demselben netzgerät betrieben
werden unter der metallhülle sieht man
ebenfalls so ein glasröhrchen mit zwei
metall kontakten an denen gleich wieder
eine spannung anliegt die das darin
befindliche gas zum leuchten bringt in
dem glasröhrchen selber befindet sich
natriumdampf das wird hier
gekennzeichnet mit dem buchstaben n a
für natrium
ich setze die hülle wieder darauf damit
wir nicht geblendet werden schaltet die
lampe allen der aufbau ist ansonsten
genauso wie bei der
quecksilberdampflampen hier zeige ich
noch einmal die ausleuchtung des spalten
und hinten auf dem schirm sehen wir nun
drei gelbe linien in der mitte das
maximum unterordnung das ist dann wieder
die gesamte farbe in anführungszeichen
die sie dann einfach gelblich aus und
rechts und links jeweils das maximum
erster ordnung für offensichtlich eine
linie für eine farbe
eigentlich wären das zwei linien aber
hier mit unserem verfahren können wir
das nicht so weit auflösen wir sehen
also nur eine linie
und ebenfalls links müssten das
eigentlich zwei linien seien dort sehen
wir auch das maximum erster ordnung für
die jeweilige farbe
auch hier liegt ein linien spektrum vor
bei einer natriumdampflampen und
offensichtlich besteht dieses licht nur
aus einer einzigen farbe aus einer
einzigen wellenlänge mehr oder weniger
hier zumindest in dieser analyse
eigentlich müssten dass zwei linien
seien wie gesagt jeweils rechts und
links wir bestimmen gleich wieder den
abstand 2 a
links liegt die
7 15 cm
und rechts liegt sie bei 5
50 cm
analyse der gelben natrium linie
in der mitte das maximum 0
und rechts und links jeweils eine gelbe
linie die linke liegt bei 7 15
zentimetern die rechte bei 55 cm
ist demnach 47,85 cm
da ist
ich komme 9 25 cm und ist immer noch
gleich 62 zentimeter demnach ist lambda
natrium gelb gleich einmal 1 600 x 10.3
meter mal sinus von tangens hoch - 1 von
23 9 25 cm geteilten 62
8 cm das ergibt einen wert von 593
nanometern
natur sollten es 589 nanometer sein das
ist die idee linie von natrium auch dort
liegen wir etwa mit vier nanometern
abstand relativ nah dran als nächstes
untersuchen wir einmal haushaltslampen
ihr kennt zum beispiel noch diese form
hier das ist die gute alte
energiesparlampen die manche leute
vielleicht noch zu hause haben
dort setze ich auch so eine hülle darauf
einfach aus papier mit einem loch drin
und und wir untersuchen das spektrum
hier das ist ebenfalls ein linien
spektrum und wir sehen auch dass dort
unter anderem die quecksilber linien
darin enthalten sind oben ist einmal das
quecksilber spektrum und das spektrum
der energiesparlampe und man sieht dass
unter anderem einige linien bis auf die
roten linien dort im spektrum der
energiesparlampe auftauchen das heißt
die enthält auch quecksilber
desweiteren untersuchen wir einmal eine
led haushaltslampen diese zeigt ein fast
kontinuierliches spektrum allerdings mit
weitaus weniger uv licht als die halogen
glühlampen das hat mich hier auch etwas
erstaunt also vor dem violetten bereich
sehen wir hier keine fluoreszenz auf dem
papier nur im bereich des blauen lichtes
eine kleine lücke das ganze funktioniert
so dass dort eine blaue oder fast
violette led drin sitzt die weitere
chemische stoffe auch zum leuchten
bringt die dann auch das rote und das
gelbe und das grüne licht mit einfügen
haushaltslampen die energiesparlampen
enthalten quecksilber sie werden auch
deswegen bald ein jähes ende finden
ähnlich wie die glühlampe auch werden
die bald verboten sie haben einen linien
spektrum und deswegen eine relativ
schlechte farbwiedergabe hier sehen wir
noch einmal das linien spektrum das
menschliche auge isst ja das sonnenlicht
gewöhnt und auf den lampen wird ein
sogenannter color rendering index csi
angegeben mit einem allgemeinen
referenzwert der ra wert und jena der
bei 100 liegt desto besser gibt die
jeweilige lampe das sonnenlicht wieder
also die natürliche farbwiedergabe ist
dann umso besser je höher dieser wert
ist und je näher er bei
100 liegt die energiesparlampen haben
einen relativ schlechten erwert der
liegt über 82 dass es so gerade noch
laut hersteller im guten bereich aber
ihr kennt das vielleicht von zu hause
das die farben dann nicht richtig
wiedergegeben werden wenn man diese
lampen benutzt glühlampen haben den
vorteil dass sie ein kontinuierliches
spektrum haben das haben wir ja vorhin
gesehen ähnlich dem sonnenlicht auch das
sonnenlicht hat ein kontinuierliches
spektrum abgesehen von den absorptions
linien in der erdatmosphäre
die wir später noch behandeln werden
aber die glühlampen haben eine schlechte
energie effizienz dort wird sehr viel
wärme produziert und nur sehr wenig
licht
led lampen besitzen ein fast
kontinuierliches spektrum also ich rede
jetzt von den led haushaltslampen die
man im baumarkt oder im supermarkt
kaufen kann
sie haben wenig wärme entwicklungen im
vergleich zur glühlampe deswegen eine
bessere energieeffizienz
sie enthalten kein quecksilber sie haben
eine relativ gute farbwiedergabe und ja
das hat mich selber etwas erstaunt hier
sie strahlen kaum uv strahlung aus
deswegen sind led lampen im moment das
mittel der wahl
vermutlich werden sie aber auch in
zukunft noch von anderen technologien
wieder abgelöst
wir gehen weiter in den bereich der
astronomie
auch dort kann man die spektralanalyse
anwenden ihr seht hier ein foto von dem
so genannten orionnebel das ist ein
stern nebel den mann im bereich des
sternbildes orion wie der name schon
sagt eben sehen kann und dort sieht man
auch ein rötliches leuchten innerhalb
dieses stern nebels eine frage wäre nun
natürlich welche chemischen elemente
verursachen dieses leuchten welche
elemente machen so einen sternennebel
aus und dazu kann man die
spektralanalyse wiederum anwenden
mit hilfe der spektralanalyse kann man
die zusammensetzung von sternen
sternennebel oder anderen objekten im
weltall bestimmen
wir machen das einmal am ball
des orion nebels bei diesem rötlichen
leuchten und dazu verwenden wir ein
modell experiment was so in der art auch
schon des öfteren im abitur vor kam
deswegen spreche ich das hier auch an
das ist das verfahren des subjektiven
spektrums wir haben hier wiederum eine
speziallampe das ist jetzt eine
wasserstoff spektral lampe damit habe
ich im prinzip ja schon verraten ja das
würde ich jetzt vielleicht im unterricht
etwas anders machen diese spektral ampel
zeigt ein rötliches leuchten ähnlich wie
bei diesem orionnebel und wenn wir nun
ein gitter davor stellen sehen wir in
der mitte das maximum 0 toren
mit der farbe der spektral ampel aber
wenn wir das gitter etwas verschieben
oder eben unsere unserem
betrachtungswinkel etwas ändern sehen
wir auch andere spektrallinien nämlich
die maximal erster ordnung für
verschiedene farben in dem fall sind das
besonders hell drei farben nämlich
violett türkis und rot
man geht nun mit dem auge oder hier mit
der kamera sehr nah an dieses gitter
dran und schaut einmal nach rechts und
einmal nach links und kann damit die
position der jeweiligen spektrallinien
bestimmen
dazu muss man allerdings noch ein
maßband hinter der lampe anbringen das
steht also direkt hinter der lampe
dieses maß an tieren
wir gehen mit den augen beziehungsweise
mit der kamera sehr dicht an das geht da
dran der abstand vom gitter zum maßband
ist hier 30 cm
die berechnungen funktionieren nachher
genau so wie bei der normalen gitter
analyse mit dem schirm
ohne die spektrale lampe einzuschalten
und ohne dass er sich das erstmal so aus
mit der
petra lampe und den blick durch das
gitter sehen wir drei helle
spektrallinien
zunächst untersuchen
die positionen der roten linien links
liegt die rote linie bei 740 fünf
zentimeter rechts bei 73 zentimetern
hier noch einmal in groß durch das
gitter sich das maßband so etwas
verstorbenen aus aber ich denke man kann
es erkennen
etwas weiter innen liegen die
hellblauen oder türkisen linien links
bei 50,9 und rechts bei 69,3 zentimetern
das zeige ich hier jetzt nicht in groß
ich hoffe ihr glaubt mir das auch so
und die positionen der violetten linien
sind links 51 9 cm und rechts 68 2 cm
ich zeichne den aufbau
links das gitter rechts ja das maßband
mit der lampe davor dazwischen mache ich
mir eine hilfs linie in der mitte
an einem bestimmten punkt auf dem mars
bahn sieht man subjektiv die
spektrallinien jeweils
direkt vor dem gitter befindet sich das
auge oder die kamera
und die verbindungslinie von der mitte
des gitters zu der jeweiligen
spektrallinien schließt mit der
mittleren linie den winkel alpha 1
der abstand vom gitter zum maßband
beträgt und die berechnungen erfolgen
genauso wie bei der normalen in
anführungszeichen gitter analyse die wir
zur forschung gemacht haben mit dem
schirm auf dem sich dann die
spektrallinien befinden
ja wir bestimmen zunächst lamda 1 also
die wellenlänge der roten linie die wir
rechts und links vom 0 in maxim
umgesehen haben dazu müssen wir zunächst
die größe heraus finden die linien lagen
bei 73 und bei 714 5 zentimetern der
abstand zweier beträgt demnach 25 5 cm
ist dann gleich 12,75 cm
das setze ich hier in die gleichung 1
lambda ist gleich einmal ein 603 meter
das ist die gitter konstante mal sinus
von tangens hoch - 1 von 12 75 cm
geteilt durch 30 zentimeter das ergibt
an den wert von 652 nanometern bei der
zweiten türkisen linie ergibt sich ein
wert von 489 nanometern
und bei der dritten linie der violetten
linie ergibt
ein wert von 437 nanometern
laut literatur
vielleicht anders aber nicht so
verschieden man nennt diese werte lambda
h alpha gleich 656 nanometer lambda habe
better gleich 486 meter und lambda
hadamar gleich 400 34 nanometer das sind
drei charakteristische wasserstoff
linien h alpha beta und hadamar und man
nennt diese linien oder diese serie von
linien auch die beinahe serie nach einem
physiker namens jacob beimer das werden
wir später im bereich der atomphysik
noch einmal ausführlich behandeln wir
können also hier wasserstoff
identifizieren
der orionnebel den wir vorhin kurz
gesehen haben und hier noch einmal
betrachten können enthält demnach
wasserstoff ja das war es für die
spektralanalyse von emission spektren
und bis zum letzten mal
関連動画をさらに表示
5.0 / 5 (0 votes)