Physik LK 42 - Spektralanalyse

Summary

Dieses 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

00:00

🔬 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.

05:01

🌟 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.

10:05

📏 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.

15:14

💡 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.

20:14

🚀 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.

25:14

🌌 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.

Keywords

💡Spektralanalyse

Spektralanalyse ist ein Verfahren, das verwendet wird, um Licht durch seine Wellenlängen oder Frequenzen zu untersuchen. Im Video wird diese Methode, um die chemischen Elemente in verschiedenen Lichtquellen zu identifizieren, vorgestellt. Zum Beispiel werden die charakteristischen Flammenfärbungen von chemischen Elementen wie Barium, Strontium und Natrium in der Spektralanalyse genutzt, um diese Elemente zu identifizieren.

💡Emissionsspektrum

Ein Emissionsspektrum zeigt die Lichtspektren, die von einer Lichtquelle ausgesendet werden. Im Video wird erläutert, dass bei der Spektralanalyse Emissionsspektren untersucht werden, bei denen Lichtquellen ihr eigenes Licht aussenden. Dies wird anhand von Beispielen wie der Quecksilberdampflampe und der Natriumdampflampe veranschaulicht, die charakteristische Linien im Emissionsspektrum aufweisen.

💡Flammenfärbung

Flammenfärbung bezieht sich auf die Farbe, die ein Element in einer Flamme annimmt, wenn es energetisch angeregt wird. Im Video wird gezeigt, wie verschiedene Salze wie Bariumnitrat, Strontiumnitrat und Natriumchlorid unterschiedliche Flammenfärbungen zeigen, was auf ihre chemischen Eigenschaften hinweist und in der Spektralanalyse genutzt wird.

💡Gitter

Ein Gitter ist ein optisches Element, das in der Spektralanalyse verwendet wird, um das Licht in seine Einzelwellen zu zerlegen. Im Video wird beschrieben, wie ein Gitter das weiße Licht in eine Spektralzerlegung umwandelt, was die Untersuchung von Emissionsspektren ermöglicht. Es wird auch die Verwendung von Gittern in Experimenten erwähnt, um die Wellenlängen von Licht zu bestimmen.

💡Kontinuierliches Spektrum

Ein kontinuierliches Spektrum ist ein Spektrum, das alle Wellenlängen oder Farben enthält und keine scharfen Linien aufweist. Im Video wird das kontinuierliche Spektrum einer Glühlampe beschrieben, das alle Spektrafarben von Violett bis Rot umfasst, im Gegensatz zu einem Linienspektrum, das nur bestimmte, charakteristische Linien zeigt.

💡Gasentladungslampe

Eine Gasentladungslampe ist eine Art von Lampe, die Gas in einem Glasröhr entladet, um Licht zu erzeugen. Im Video werden Quecksilberdampf- und Natriumdampflampen als Beispiele für Gasentladungslampen genannt, die charakteristische Linien im Emissionsspektrum aufweisen, die in der Spektralanalyse verwendet werden.

💡Wellenlänge

Die Wellenlänge ist eine Maßeinheit für die Länge einer Welle, in diesem Fall des Lichts. Im Video wird die Bestimmung von Wellenlängen durch die Spektralanalyse erläutert, indem die Positionen der Spektrallinien gemessen und mithilfe von Formeln berechnet werden, wie zum Beispiel bei der Analyse der grünen Linie des Quecksilbers.

💡Farbwiedergabe

Die Farbwiedergabe bezieht sich auf die Fähigkeit einer Lichtquelle, die Farben eines Objektes so anzuzeigen, wie sie vom menschlichen Auge wahrgenommen werden. Im Video wird der Color Rendering Index (CRI) erwähnt, der die Qualität der Farbwiedergabe einer Lampe misst, und wie verschiedene Lampentypen wie Glühlampen, Energiesparlampen und LED-Lampen sich in dieser Hinsicht unterscheiden.

💡Ultraviolettlichte (UV-Licht)

UV-Licht ist ein Teil des elektromagnetischen Spektrums, der kurzer ist als das sichtbare Licht und in der Regel nicht von menschlichen Augen wahrgenommen werden kann. Im Video wird erwähnt, dass UV-Licht für die Prüfung von Banknoten oder das Erzeugen von Fluoreszenz verwendet wird und dass LED-Lampen kaum UV-Licht aussenden.

💡Orionnebel

Der Orionnebel ist ein Sternnebel im Sternbild Orion, der für sein rötliches Leuchten bekannt ist. Im Video wird die Spektralanalyse des Orionnebel als Beispiel für die Anwendung von Spektralanalyse in der Astronomie verwendet, um die chemischen Elemente im Weltraum zu identifizieren, und es wird gezeigt, wie charakteristische Wasserstofflinien im Emissionsspektrum des Nebels erkannt werden.

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