Material zum Vortrag (9,1 MB pdf-Datei) - Physik am Samstag
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Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Fachrichtung <strong>Physik</strong>, Professur Didaktik der <strong>Physik</strong><br />
Facetten des Lichts<br />
Vom UV <strong>zum</strong> Infrarot<br />
<strong>Physik</strong> <strong>am</strong> S<strong>am</strong>stag<br />
5.11.2011<br />
Gesche Pospiech
Entdeckung von Infrarot und UV<br />
Friedrich Wilhelm Herschel (1738 – 1822) entdeckte im Jahr 1800, dass es<br />
neben dem sichtbaren Spektrum noch weitere - unsichtbare - Strahlung<br />
geben musste, die er durch deren Wärmewirkung - d.h. Messen der<br />
Temperatur der Farben im Spektrum mit Hilfe geschwärzter Thermometer -<br />
nachweisen konnte.<br />
Johann Wilhelm Ritter (1776 – 1810) erfuhr dies und suchte nach einem Stoff,<br />
nach einem „... Reagens, das auf dieselbe Weise, wie das Thermometer<br />
nach dem Roth hin, in unserem Falle nach dem Violett hin, die stärkere<br />
Wirkung zeigt. Es wird dann leicht seyn, mit ihm über das Violett<br />
hinauszugehen, und außerhalb ihm mit demselben ein Maximum von<br />
Wirkung eben so gut aufzufinden, wie mit dem Thermometer über das Roth<br />
hinaus“. Ritter wählte als geeignetes Reagenz Silberchlorid aus, von dem er<br />
wusste, dass es „... im Violett des Farbenbildes weit eher schwarz werde, als<br />
in den übrigen Farben“.<br />
1801 wies er die UV-Strahlung nach.
UV<br />
VIS<br />
Infrarot<br />
Sichtbares Licht im<br />
elektromagnetischen Spektrum
Ultraviolett-Strahlung
Hannes Grobe, entnommen aus:<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Fluoreszenz
Fluoreszenz<br />
UV entsteht durch Vorgänge in der<br />
Elektronenhülle von Atomen und löst<br />
solche aus.
Spektraler Bereich der UV-K<strong>am</strong>era
Einteilung von UV-Strahlung<br />
Typ Wellenlänge Wirkung<br />
UV-A<br />
320 nm – 380 nm<br />
kein Sonnenbrand,<br />
Hautalterung<br />
Hautkrebsrisiko<br />
UV-B<br />
UV-C<br />
280 nm – 320 nm<br />
100 nm – 280 nm<br />
Hautbräunung,<br />
Sonnenbrand,<br />
lebensnotwendig für<br />
Vit<strong>am</strong>in D-Synthese<br />
Wird bereits in der<br />
Stratosphäre absorbiert,<br />
Schädigt Proteine und<br />
Nukleinsäuren
Farbrezeptoren bei Mensch und Biene<br />
Biene<br />
Mensch<br />
http://www.zoologie-skript.de/komplex/farbe.htm
Wie Bienen Blüten sehen
„Blüten“?
Der Stickstofflaser
Laserprinzip
Schaltprinzip des Lasers
Aufbau des Lasers
Infrarot-Bereich
Spektraler Bereich der NIR-K<strong>am</strong>era
Bau der Infrarot-K<strong>am</strong>era
Wechselwirkung Strahlung-Materie<br />
Transmission<br />
Reflektion<br />
Emission<br />
Absorption
Ein Baum – 3 Ansichten
Molekülschwingungen – so ...<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Infrarotspektroskopie#Absorption_von_IR-Strahlung
.. oder so<br />
Infrarotstrahlung hängt<br />
mit den Schwingungen<br />
und Rotationen<br />
von Molekülen zus<strong>am</strong>men.<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Freiheitsgrad#<strong>Physik</strong>
Wechselwirkung Strahlung-Materie<br />
Transmission<br />
Reflektion<br />
Emission<br />
Absorption
Verteilung der Strahlungsintensität der<br />
Sonne über das Spektrum<br />
T=5778 K
Der „Schwarze Körper“ und das<br />
sichtbare Licht<br />
6000<br />
80000000<br />
Intensität<br />
4000<br />
2000<br />
900 K<br />
800 K<br />
700 K<br />
60000000<br />
40000000<br />
20000000<br />
6000 K<br />
5000 K<br />
4000 K<br />
0<br />
0 2 4 6 8 10 12 14<br />
Wellenlänge in Mikrometer<br />
0<br />
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3<br />
Wellenlänge in Mikrometer
Ges<strong>am</strong>tintensität der emittierten<br />
Strahlung<br />
Summation über alle Wellenlängen ergibt:<br />
P ~ T ⁴<br />
Beim idealen schwarzen Körper haben wir:<br />
P = T ⁴<br />
Beim „grauen“ Körper brauchen wir einen Korrekturfaktor,<br />
den Emissionsgrad:<br />
P = T ⁴
Mittleres Infrarot<br />
325 K<br />
300 K<br />
275 K<br />
3
Thermoelemente<br />
Zu messende<br />
Temperatur<br />
U Kupfer<br />
~(T 0<br />
-T 1<br />
)<br />
T 1<br />
T 0<br />
U Eisen<br />
~(T 0<br />
-T 1<br />
)<br />
Bezugs-<br />
Temperatur<br />
U Kupfer<br />
- U Eisen<br />
Thermosäule<br />
nach Moll
Transmission von Glas
Transmission von NaCl<br />
m