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Siemens Stiftung

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.

Anderer Ressourcentyp

Siemens Stiftung

A1 Elektrischer Strom aus Solarzellen (Linkliste)

Linkliste:Weiterführende Informationen zum Experiment "A1 Elektrischer Strom aus Solarzellen - Wir bauen eine Farbstoffzelle".Die Links können zur Vorbereitung bzw. zur Vertiefung des Experiments aus "Experimento - 10+" eingesetzt werden.

Anderer Ressourcentyp

Siemens Stiftung

Ampelanlage mit LEDs

Foto:Leuchtdioden in einer Ampelanlage.Ampeln mit LED-Beleuchtung sind wesentlich besser erkennbar und erhöhen somit die Verkehrssicherheit. Zudem müssen diese Ampeln weniger gewartet werden, das spart Betriebskosten. Aus diesen Gründen werden immer mehr Ampelanlagen auf LED-Technik umgerüstet.

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Siemens Stiftung

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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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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Siemens Stiftung

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.

Primärmaterial/Quelle

Siemens Stiftung

Datenübertragung mit LED

Webressource: Mit einer handelsüblichen LED-Leuchte haben es Forscher des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts in Berlin und der Siemens AG geschafft, eine Datenübertragungsrate von bis zu 500 Megabit pro Sekunde (Mbit/s) zu realisieren.Der Artikel informiert über die Vorteile der Datenübertragung per Licht gegenüber der per Funk und zeigt mögliche Anwendungen auf. Hinweise und Ideen: Anwendung findet diese Technik auch beim Bau von LED-Miniprojektoren, die in digitale Kameras oder Handys integriert werden können. So kann man z. B. die Fotos nicht nur aufnehmen, sondern auch gleich an die Wand projezieren. Zum Einsatz kommt dabei eine kleine blaue Laserdiode.

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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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Linse und Abbildungsgleichung

Schemagrafik: Die vom Gegenstand ausgehenden Lichtbündel müssen durch eine Linse zu den Punkten eines Bilds gesammelt werden. Die dabei geltenden Gesetze beschreibt die Abbildungsgleichung.Zur Konstruktion des Bildpunktes sind mindestens zwei der folgenden Strahlen nötig:• Strahl vom Gegenstand parallel zur optischen Achse (Parallelstrahl)• Strahl vom Gegenstand durch den Brennpunkt der Linse (Brennstrahl)• Strahl vom Gegenstand durch den Mittelpunkt der Linse (Mittelpunktstrahl).Der Mittelpunktstrahl geht ohne Richtungsänderung durch die Linse. Der Parallelstrahl geht hinter der Linse durch den Brennpunkt. Der Brennstrahl wird hinter der Linse zum Parallelstrahl.Hinweis: Die Abbildungsgleichung wird oftmals auch als “Linsenformel” bezeichnet.Hinweise und Ideen:Wozu braucht man eine Linse?

Medientypen

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Lernalter

13-18

Schlüsselwörter

Diagramm Licht Linse (Optik) Optik

Sprachen

Deutsch