Spektroskopie und das elektromagnetische Spektrum
In welcher Reihenfolge durchläuft das Licht ein Gitterspektroskop?
Erklärung: Der Kondensor sammelt das Licht der Quelle auf den Spalt, die zweite Linse bildet den Spalt scharf auf den Schirm ab, und erst dann zerlegt das Gitter das Bild in die Spektralfarben — jede Farbe liefert ein eigenes, scharfes Spaltbild.
Weißes Licht fällt auf ein optisches Gitter. Wie sieht das Maximum genau geradeaus (0. Ordnung) auf dem Schirm aus?
Erklärung: Geradeaus ist der Gangunterschied für jede Wellenlänge null: Alle Farben verstärken sich dort zugleich, zusammen ergeben sie Weiß. Erst in höheren Ordnungen verlangt sin α = k·λ/b für jede Wellenlänge einen anderen Winkel – das Licht fächert auf, Violett innen, Rot außen. Die Mitte ist also weder dunkel noch in der am wenigsten abgelenkten Farbe.
Im Gitterspektrum wird rotes Licht stärker abgelenkt als blaues.
Erklärung: Der Ablenkwinkel wächst mit der Wellenlänge (sin α = k·λ/b), und Rot hat die größere Wellenlänge. Vorsicht beim Vergleich mit dem Prisma — dort ist es wegen der Dispersion genau umgekehrt.
Worin unterscheidet sich das Spektrum einer Quecksilberdampflampe von dem einer GlĂĽhlampe?
Erklärung: Leuchtender Dampf sendet nur die für das Element charakteristischen Wellenlängen aus — ein Linienspektrum. Der glühende Draht strahlt dagegen bei allen Wellenlängen des sichtbaren Bereichs, das Spektrum ist kontinuierlich.
Kirchhoff und Bunsen erkannten, dass jedes chemische Element ein charakteristisches Linienspektrum aussendet — einen optischen ___, mit dem sich geringste Stoffmengen nachweisen lassen.
Erklärung: Die Lage der Spektrallinien ist für jedes Element einzigartig. Die Spektralanalyse identifiziert damit Stoffe in winzigsten Mengen — von der Flammenprobe bis zum Sternenlicht.
WeiĂźes Licht einer hellen Lampe geht durch eine Flamme mit Natriumdampf und dann ins Spektroskop. Was zeigt das Spektrum?
Erklärung: Das ist ein Absorptionsspektrum: Der Natriumdampf steht zwischen der Lampe mit kontinuierlichem Spektrum und dem Beobachter und schluckt genau die gelbe Wellenlänge, die er selbst beim Leuchten aussenden würde – an dieser Stelle fehlt Licht, eine dunkle Linie. Eine helle gelbe Linie allein (Emissionsspektrum) sähe man, wenn nur die Natriumflamme leuchtete.
Fraunhofer entdeckte im Sonnenspektrum zahlreiche dunkle Linien. Was verraten sie?
Erklärung: Das kontinuierliche Licht aus dem Sonneninneren durchquert die kühleren Gase der Sonnenatmosphäre — jedes Element schluckt seine Fingerabdruck-Frequenzen. So kennt man die chemische Zusammensetzung der Sonne, ohne sie je zu berühren; Fraunhofers Grabinschrift „Approximavit sidera" (Er brachte uns die Sterne näher) meint genau das.
Der Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts in Luft reicht von etwa 380 nm (Violett) bis ___ nm (Rot).
Erklärung: Die Grenzen misst man, indem man mit dem Gitterverfahren die Ränder des sichtbaren Spektrums ausmisst. Jenseits davon geht es weiter — nur eben unsichtbar, als UV auf der kurzwelligen und IR auf der langwelligen Seite.
Wie weist man im Versuch Strahlung jenseits des roten Spektrumendes (Infrarot) nach?
Erklärung: Die Thermosäule misst Strahlung über ihre Wärmewirkung und braucht kein Auge — geführt über das Spektrum schlägt sie jenseits von Rot weiter aus. Anwendungen sind Wärmebildtechnik, Medizin und IR-Fotografie.
Mit welchem Detektor macht man die ultraviolette Strahlung jenseits des violetten Spektrumendes sichtbar?
Erklärung: Fluoreszierende Stoffe wandeln die unsichtbare UV-Strahlung in sichtbares Licht um — der Schirm leuchtet dort, wo das Auge nichts sieht. Derselbe Effekt lässt optische Aufheller in Waschmitteln Weißes „weißer" leuchten.
Ordne die Strahlungsarten nach aufsteigender Frequenz.
Erklärung: Alle sind elektromagnetische Wellen und unterscheiden sich nur in Frequenz bzw. Wellenlänge (f = c/λ). Von den kilometerlangen Radiowellen bis zur Gammastrahlung überstreicht das Spektrum mehr als zwölf Zehnerpotenzen — das Sichtbare ist ein winziger Ausschnitt.
Das sichtbare Licht macht den größten Teil des elektromagnetischen Spektrums aus.
Erklärung: Das Sichtbare umfasst nicht einmal eine Oktave (380–750 nm), während das Gesamtspektrum von Radiowellen bis Gamma weit über zwölf Zehnerpotenzen der Frequenz überspannt. Unser Auge sieht nur einen schmalen Spalt des Ganzen.
Ein Gerichtsmediziner findet in einer Probe Spuren eines unbekannten Stoffs. Wie hilft die Spektralanalyse?
Erklärung: Bringt man die Probe zum Leuchten, verrät die Lage ihrer Spektrallinien die enthaltenen Elemente — schon geringste Giftmengen werden nachweisbar. Die Kunstgeschichte identifiziert so etwa Goldrubin- gegen Kupferrubinglas.
Was macht das Gitter zum HerzstĂĽck eines Spektroskops?
Erklärung: Über sin α = k·λ/b übersetzt das Gitter Wellenlängen in Winkel — aus einer Winkelmessung wird eine Wellenlängenmessung. Genau dieser Schritt macht aus dem Interferenzversuch ein Messverfahren.