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Brechung

Grafik, beschriftet:Das Wellenfrontmodell der Brechung an einer Grenzschicht macht die Ursache der Änderung der Ausbreitungsrichtung klar.Beim Übertritt von Wellen aus einem Medium in ein anderes ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle. Als Folge haben die Wellennormalen der einfallenden und der gebrochenen Wellen verschiedene Richtungen. Bei Lichtwellen ist die Änderung des Brechnungsindexes an der Grenzfläche die Ursache, bei Schallwellen die Änderung der Dichte. Die Grafik zeigt den Fall, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit beim Übergang vom ersten ins zweite Medium langsamer wird: Die Welle wird zum Lot der Grenzfläche hin gebrochen. Eine Erklärung dieses Verhaltens liefert das Huygen’sche Prinzip: Jeder Punkt einer Wellenfront ist Ausgangspunkt einer neuen Welle, einer sog. “Elementarwelle”. Die Einhüllende der Elementarwelle ergibt die neue Wellenfront. Hinweise und Ideen:Auch bei Schallwellen tritt Brechung an Grenzflächen auf (z. B. in der Atmosphäre beim Übergang von warmen in kalte Luftschichten).Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

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Farbe und Spannung bei LED

Foto:Die Betriebsspannung bei LED hängt von der Farbe ab. Dies ist ein Hinweis auf diskrete Energieniveaus und den Photonencharakters des Lichts.Welche Farbe eine LED abstrahlt, hängt vom Energieniveau des Ladungsübergangs vom Nichtleitungsband ins Leitungsband ab. Je nach Grundmaterial (Si, GaAs, GaN usw.) und Dotierung, sowie innerem Widerstand besitzt jede LED eine typische Betriebsspannung (Spannung = Potential = Energiedifferenz). Die wird zwar von Bauform (innerem Widerstand usw.) modifiziert, ist aber letztlich vom diskreten Energieniveau des Ladungsübergangs zwischen Nichtleitungs- und Leitungsband bestimmt.Hinweise und Ideen:Das abstrakte Prinzip der Quantisierung von Energie in Form von Photonen wird in einem extrem einfachen Experiment mit vier LED und einem Netzgerät deutlich. Rote LED leuchten ab ca. 1,5 Volt, gelbe ab ca. 1,9 Volt, grüne ab ca. 2,3 Volt und blaue ab ca. 3,3 Volt.Eine Anleitung für den Bau eines geregelten LED-Farbmischers findet man in der Experimentieranleitung “Experimente - Energiequantisierung mit LEDs” auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.

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Beugung

Grafik: Beugung von Wellen beim Auftreffen auf ein Hindernis.Die Grafik zeigt die möglichen Beugungseffekte in Abhängigkeit von Blendenöffnung und Wellenlänge.Hinweise und Ideen:Auch bei Schallwellen kommt es zur Beugung, zum Beispiel an Hausecken.Weitere inhaltliche Informationen zu dieser Grafik gibt es als Sachinformation auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

Medientypen

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Lernalter

13-18

Schlüsselwörter

Licht Optik Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

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Spiegel

Foto:Spiegelbild eines Stifts.Spiegel bestehen in der Regel aus einer Glasscheibe, die auf der Rückseite eine dünne Schicht Aluminium hat. Das eigentliche Spiegelbild entsteht auf dieser Aluminiumschicht. Das Glas dient dazu, diese Schicht vor Kratzern zu schützen. Je glatter die Spiegeloberfläche ist, desto schärfer und exakter ist auch das entstehende Spiegelbild.

Bildungsbereiche

Elementarbildung

Fach- und Sachgebiete

Sachkunde

Medientypen

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Lernalter

6-10

Schlüsselwörter

Licht Optik

Sprachen

Deutsch

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Reflexion

Schemagrafik:Das Phänomen der Reflexion wird mit dem Strahlencharakter des Lichts erklärt.Der Strahlencharakter des Lichts wird am Phänomen der Reflexion deutlich: Licht wird an spiegelnden Flächen gemäß dem Reflexionsgesetz reflektiert.1. Der einfallende Strahl und der reflektierte Strahl liegen in einer Ebene.2. Der Einfallswinkel ist genauso groß wie der Ausfallswinkel.Hinweise und Ideen:Gerade im Bereich Reflexion (inklusive zum Thema Spiegel) bieten sich Experimente an, die die Schüler mit einfachen Mitteln selbst durchführen können.

Medientypen

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Lernalter

13-18

Schlüsselwörter

Diagramm Licht Optik

Sprachen

Deutsch

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Baum

Foto:Eine Baumgruppe im Spätsommer. Photosynthese findet nur in den grünen Blättern statt. Hinweise und Ideen:Als Beispiel für die Umwandlung von Strahlungsenergie in chemische Energie.


Dieses Material ist Teil einer Sammlung

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Glühlampe als thermischer Strahler

Foto:Das Licht in der Glühlampe wird durch Erhitzen eines Drahtes auf hohe Temperaturen erzeugt.Bei manchen Lichtquellen, wie z. B. Glühlampen oder Hochdruckgasentladungslampen, wird durch die Überlagerung einer Vielzahl von Photonen unterschiedlichster Energie ein kontinuierliches Lichtspektrum erzeugt. Das heißt, alle Wellenlängen sind lückenlos enthalten, wenn auch je nach Temperatur mit unterschiedlicher Gewichtung. Übrigens, Wellenlängen bzw. Energieverteilung der Glühlampen entsprechen recht gut der Planck'schen Strahlungsformel.Hinweise und Ideen:Beispiel, wie physikalische Gesetze in technische Anwendungen umgesetzt werden.


Dieses Material ist Teil einer Sammlung

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Xenon-Autolampe

Foto: Rechts eine Xenon-Bogenlampe, links Xenonlampe im Autoscheinwerfer.Hinweise und Ideen:Als Beispiel für die Umwandlung von elektrischer Energie in Strahlungsenergie.


Dieses Material ist Teil einer Sammlung

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Farbmischung mit Leuchtdioden

Fotos:Bereits durch zwei ungeregelte Farb-LEDs lassen sich Farben entsprechend der additiven Farbmischung erzeugen.Bereits durch zwei ungeregelte Farb-LEDs lassen sich Farben entsprechend der additiven Farbmischung erzeugen.Hinweise und Ideen:Eine genaue Anweisung bzw. Unterrichtsidee für den Bau eines geregelten LED-Farbmischers befindet sich ebenfalls auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.

Medientypen

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Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Farbenlehre Halbleiter Licht

Sprachen

Deutsch

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Schatten

Grafik:Schattenwurf einer Flasche, die von einer Lampe angestrahlt wird.Ein Schatten entsteht dadurch, dass das Licht von einem Gegenstand (hier am Beispiel einer Flasche) in seiner Ausbreitung blockiert wird. Da sich Licht geradlinig ausbreitet, gelangt es nicht in einem Bogen um den Gegenstand herum, sondern wird von ihm aufgehalten. Der Raum hinter dem Gegenstand kann nicht beleuchtet werden, er ist dunkel. Dadurch setzt er sich deutlich von der hell beleuchteten Umgebung ab, wir sehen einen Schatten.

Bildungsbereiche

Elementarbildung

Fach- und Sachgebiete

Sachkunde

Medientypen

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Lernalter

6-10

Schlüsselwörter

Licht Optik

Sprachen

Deutsch