Optik

Wellenmodell des Lichts

Selbstbau Gitterspektrometer

  • Welche Entdeckungen machte Heinrich HERTZ?
  • Gibt es den DOPPLER-Effekt auch bei Licht?
  • Welche Versuche bestätigen das Wellenmodell des Lichts?

Selbstbau Gitterspektrometer

Teilweise nach den Handreichungen zur Atomphysik des Instituts für Bildungsforschung Bayern

CD DVD als Beugungsgitter
Die Datenstruktur auf dem Datenträger wirkt als Beugungsgitter.
Ingolf Sauer
Das Staatsinstitut für Bildungsforschung in München beschreibt in einer Unterrichtshandreichung den Aufbau eines Spektrometers, bei dem zur Zerlegung des weißen Lichts in Spektralfarben nicht ein Prisma sondern ein sogenanntes Gitter benutzt wird. Gute optische Gitter sind in der Regel teuer, man kann sich aber auch mit dem Segment einer CD oder DVD behelfen.
Wie ein Gitter genau funktioniert lernst du erst in der Oberstufe, es ist für dich also eine "Black Box". Nur soviel sei verraten:
Die glänzende Oberfläche der CD bzw. DVD wirkt auf den ersten Blick so ähnlich wie ein Spiegel, das Licht wird reflektiert. Die nahe aneinanderliegenden Rillen der Scheiben stellen für das Licht aber auch sogenannte Beugungshindernisse dar. Dabei wird der rote Anteil des weißen Lichts stärker gebeugt als der blaue Anteil, was in der Folge eine Zerlegung des weißen Lichts in die Spektralfarben bewirkt.

Hinweise zu Experimenten

CD als Beugungsgitter CD
Die CD wird mit einer Schere zerschnitten
Der Bau eines einfachen Gitter-Spektralapparates ist nicht schwierig. Da das Spektrum nicht projiziert, sondern direkt mit dem Auge betrachtet wird, ist keine Abbildungslinse nötig. Es wird lediglich ein aus einer CD herausgeschnittenes Kreissegment benötigt, auf dem die Gitterlinien näherungsweise gerade bzw. parallel verlaufen.

  • Das Herausschneiden sollte mit einer stabilen Schere erfolgen;
  • Das Segment sollte ca. 2 cm breit sein;

Vor dem Bau kannst du bereits einfache Beobachtungen direkt an der Unterseite einer CD machen, wenn du darin z. B. Lichtquellen in Reflexion betrachtest. Du wirst erkennen, dass es nötig ist, einerseits einen ausgeleuchteten Spalt zu verwenden und andererseits, um nicht von Umgebungslicht gestört zu werden, den Aufbau so zu gestalten, dass außer dem Licht, das vom Spalt ausgeht, möglichst kein Licht ins Auge fällt.

CD als Beugungsgitter Karton
Ein Schuhkarton dient als Dunkelkammer.
Die einfachste Lösung ist, dass der Aufbau mit/in einem Schuhkarton oder einer anderen kleinen, verschließbaren Pappschachtel geschieht. Wie beim Prismenspektralapparat wird mit dem zu untersuchenden Licht ein schmaler Spalt ausgeleuchtet, der einfach mit einem Teppichmesser in die Seite der Schachtel geschnitten wird. Mit einem selbstklebenden Stück dicken Papiers oder Klebeband kann der Spalt auch noch nachträglich schmaler gemacht werden, um die Auswirkung der Breite des Spaltes auf das Spektrum beobachten zu können.


Gitterspektrometer Bastelanleitung
Hinter dem Spalt, auf der gegenüberliegenden Innenseite der Pappschachtel, wird das CD-Segment in der richtigen Orientierung (Linien parallel zum Spalt), z. B. am Rand mit zwei Klebestreifen, befestigt. Unter einem Winkel, der ca. 25° größer ist als der Winkel der Reflexionsrichtung, wird – nun wieder auf der Seite des Spaltes – ein „Guckloch“ in die Pappschachtel geschnitten. Gegebenenfalls muss die Position des CD-Segments nun noch einmal etwas korrigiert werden, damit man auch das komplette Spektrum erkennen kann.

 

Verbessert bzw. ergänzt werden kann der Apparat durch folgende Veränderungen:

  • Verwendung des Segments einer DVD anstelle einer CD
  • Aufnahme des Spektrums mit einer Digitalkamera (ohne Blitz, ggf. Stativ) oder Webcam durch das Guckloch; die Bilder können so einfach gesammelt und anschließend präsentiert werden.

Unter der Adresse: http://www.cs.cmu.edu/~zhuxj/astro/html/spectrometer.html findest du Spektren verschiedenster Lichtquellen, die mit einem Spektroskop ähnlicher Bauart erstellt wurden.

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