Dieser Gastartikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb. Alle eingereichten Beiträge werden im Lauf des Septembers hier im Blog vorgestellt. Danach werden sie von einer Jury bewertet. Aber auch alle Leserinnen und Leser können mitmachen. Wie ihr eure Wertung abgeben könnt, erfahrt ihr hier.
Dieser Beitrag wurde von Sebastian eingereicht.
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Ach ja, ich liebe es, mich mit den trivialen Dingen der Welt auseinandersetzen zu können. Umso mehr stellt sich mir immer wieder die Frage, wieso ich mich für ein Physikstudium entschieden habe.
Wahrscheinlich wegen dieses blöden inneren Dranges, die Welt erklären zu wollen.
Physik ist dafür aber erstmal eine ganz schlechte Anlaufstelle. Denn was ich mittlerweile festgestellt habe ist, dass das Studium am laufenden Band mehr Fragen aufwirft, als es beantwortet.
Dabei geht es mir in erster Linie um die Frage: „Wie funktioniert das?“
Die Frage wird sich wohl auch Sir Isaac Newton im klangvollen Jahr 1666 gestellt haben, als er zum ersten Mal ein Glasprisma benutzt hat, um Licht in seine Spektralfarben zu zerlegen.
Das Spektrum, in dem wir Licht sehen können, erstreckt sich von niederfrequenterem, rotem Licht, bis hin zum höherfrequenterem, violettem Licht. Kommen die ganzen Frequenzen zusammen, entsteht das „weiße“ Licht, das z.B. auch die Sonne abstrahlt.
Man kann dieses weiße Licht allerdings auch wieder in seine Spektren zerlegen, in dem man es z. B. durch ein Prisma jagt.
Um zu verstehen, was im Prisma passiert, schauen wir uns mal den Begriff des Brechungsindex an.
Der Brechungsindex ist der Faktor, um den die Wellenlänge und die Phasengeschwindigkeit des Lichts kleiner ist, als sie es im Vakuum wäre (die Phasengeschwindigkeit gibt im Prinzip die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle an). Das führt dazu, dass der Lichtstrahl abgelenkt wird, sobald er von einem Medium in ein anderes (mit unterschiedlichem Brechungsindex) gelangt.
Die englischsprachige Wikipedia gibt ein wunderschönes Beispiel zu diesem Effekt:
![By ajizai [Public domain], via Wikimedia Commons](https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/files/2014/09/Bild-1.png)
By ajizai [Public domain], via Wikimedia Commons
Das Plastik hat einen höheren Brechungsindex als die Luft drum herum, weshalb das Licht abgelenkt wird. Im Wasser kann man einen ähnlichen Effekt beobachten. Jeder der schon Mal im Schwimmbecken von oben auf seine Beine geschaut hat, wird diesen Effekt kennen.
So, kommen wir aber mal wieder zurück zum Prisma. Wie oben schon beschrieben, besteht Licht nicht nur aus einer Wellenlänge, sondern aus mehreren unterschiedlichen. Und jede dieser Wellenlängen hat einen unterschiedlichen Brechungsindex.
Trifft das Licht nun leicht schräg auf ein Prisma, so wird das Licht gebrochen und jede Wellenlänge wird in einem anderen Winkel abgelenkt. Dies führt zur Entstehung des Regenbogens auf der Austritts Seite. Pink Floyd hat den Effekt auch mal sehr anschaulich dargelegt.
![By Suidroot (Own work) [GFDL (https://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons](https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/files/2014/09/Bild-2.png)
By Suidroot (Own work) [GFDL (https://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons
(Ja, ich weiß, das Cover von ‚The Dark Side of the Moon‘ sieht anders aus, aber irgendwie war mir das Thema mit dem Copyright nicht geheuer, also hab‘ ich mich für diese Variante entschieden. Ist aber auch ganz hübsch, würde ich sagen.)
Das rote Licht, welches den oberen Abschluss des Regenbogens bildet, besitzt eine etwas niedrigere Frequenz und wird deshalb in einem etwas flacheren Winkel abgelenkt.
Da das violette Licht die höchste Frequenz des sichtbaren Spektrums besitzt, wird es auch am stärksten abgelenkt, weshalb es den unteren Abschluss des Regenbogens bildet.
Tja, soweit, so einfach. Wo wäre denn der Spaß, wenn das schon alles gewesen wäre?
Schauen wir uns also mal die Errungenschaften einiger, weiterer großer Männer an.
Im nicht ganz so klangvollen Jahr 1859, also 193 Jahre nach Newtons Entdeckung, zeigten die Wissenschaftler Gustav Robert Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen, den Effekt der Flammenfärbung.
Grundlage für die Arbeit war die Entdeckung von Joseph von Fraunhofer, der einige Jahre zuvor dunkle Linien im Spektrum der Sonne zeigte (die sogenannten Absorbtions- bzw. Fraunhoferlinien).
Diese Flammenfärbung ist die Eigenschaft eines Elements bei der Verbrennung in farblosen Flammen, unterschiedliche, spezifische Wellenlängen (sprich: Farbiges Licht) abzugeben. Diese Wellenlängen sind charakteristisch für jedes einzelne Element. Im Umkehrschluss bedeutet das, kennt man diese Wellenlängen, kann man Rückschlüsse auf das Element ziehen.
Der Effekt der Flammenfärbung beruht auf der Umwandlung von Wärme- zu Strahlungsenergie. Dabei werden die Valenzelektronen durch Wärme angeregt, und geben Licht ab, wenn sie wieder in den Normalzustand zurückfallen.
Dieses abgegebene Licht, macht sich im Spektrum als sogenannte Emissionslinie bemerkbar.
Im folgenden Beispiel sieht man zwei unterschiedliche Spektren. Das obere stammt von einer Calciumprobe. Das Element, das im unteren Spektrum gezeigt wird, konnte ich leider nicht eindeutig bestimmen.
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