{"id":22142,"date":"2014-09-17T07:30:06","date_gmt":"2014-09-17T05:30:06","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/09\/17\/aus-dem-physiklabor-wellenlaengenbestimmung-mit-dem-gitter-und-prismenspektrometer\/"},"modified":"2025-05-14T16:15:18","modified_gmt":"2025-05-14T14:15:18","slug":"aus-dem-physiklabor-wellenlaengenbestimmung-mit-dem-gitter-und-prismenspektrometer","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/09\/17\/aus-dem-physiklabor-wellenlaengenbestimmung-mit-dem-gitter-und-prismenspektrometer\/","title":{"rendered":"Aus dem Physiklabor: Wellenl\u00e4ngenbestimmung mit dem Gitter- und Prismenspektrometer"},"content":{"rendered":"

Dieser Gastartikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb<\/a>. Alle eingereichten Beitr\u00e4ge werden im Lauf des Septembers hier im Blog vorgestellt. Danach werden sie von einer Jury bewertet. Aber auch alle Leserinnen und Leser k\u00f6nnen mitmachen. Wie ihr eure Wertung abgeben k\u00f6nnt, erfahrt ihr hier<\/a>.<\/i><\/p>\n

\"sb-wettbewerb\"<\/a><\/p>\n

Dieser Beitrag wurde von Sebastian<\/b> eingereicht.<\/i>
\n———————————————————————————————————————–
\nAch ja, ich liebe es, mich mit den trivialen Dingen der Welt auseinandersetzen zu k\u00f6nnen. Umso mehr stellt sich mir immer wieder die Frage, wieso ich mich f\u00fcr ein Physikstudium entschieden habe.
\nWahrscheinlich wegen dieses bl\u00f6den inneren Dranges, die Welt erkl\u00e4ren zu wollen.
\nPhysik ist daf\u00fcr 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.
\nDabei geht es mir in erster Linie um die Frage: \u201eWie funktioniert das?\u201c<\/p>\n

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.
\nDas Spektrum, in dem wir Licht sehen k\u00f6nnen, erstreckt sich von niederfrequenterem, rotem Licht, bis hin zum h\u00f6herfrequenterem, violettem Licht. Kommen die ganzen Frequenzen zusammen, entsteht das \u201ewei\u00dfe\u201c Licht, das z.B. auch die Sonne abstrahlt.<\/p>\n

Man kann dieses wei\u00dfe Licht allerdings auch wieder in seine Spektren zerlegen, in dem man es z. B. durch ein Prisma jagt.
\nUm zu verstehen, was im Prisma passiert, schauen wir uns mal den Begriff des Brechungsindex an.
\nDer Brechungsindex ist der Faktor, um den die Wellenl\u00e4nge und die Phasengeschwindigkeit des Lichts kleiner ist, als sie es im Vakuum w\u00e4re (die Phasengeschwindigkeit gibt im Prinzip die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle an). Das f\u00fchrt dazu, dass der Lichtstrahl abgelenkt wird, sobald er von einem Medium in ein anderes (mit unterschiedlichem Brechungsindex) gelangt. <\/p>\n

Die englischsprachige Wikipedia gibt ein wundersch\u00f6nes Beispiel zu diesem Effekt:<\/p>\n

\"By<\/a>
By ajizai [Public domain], via Wikimedia Commons<\/figcaption><\/figure>\n

Das Plastik hat einen h\u00f6heren Brechungsindex als die Luft drum herum, weshalb das Licht abgelenkt wird. Im Wasser kann man einen \u00e4hnlichen Effekt beobachten. Jeder der schon Mal im Schwimmbecken von oben auf seine Beine geschaut hat, wird diesen Effekt kennen. <\/p>\n

So, kommen wir aber mal wieder zur\u00fcck zum Prisma. Wie oben schon beschrieben, besteht Licht nicht nur aus einer Wellenl\u00e4nge, sondern aus mehreren unterschiedlichen. Und jede dieser Wellenl\u00e4ngen hat einen unterschiedlichen Brechungsindex.
\nTrifft das Licht nun leicht schr\u00e4g auf ein Prisma, so wird das Licht gebrochen und jede Wellenl\u00e4nge wird in einem anderen Winkel abgelenkt. Dies f\u00fchrt zur Entstehung des Regenbogens auf der Austritts Seite. Pink Floyd hat den Effekt auch mal sehr anschaulich dargelegt. <\/p>\n

\"By<\/a>
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<\/figcaption><\/figure>\n

(Ja, ich wei\u00df, das Cover von \u201aThe Dark Side of the Moon\u2018 sieht anders aus, aber irgendwie war mir das Thema mit dem Copyright nicht geheuer, also hab\u2018 ich mich f\u00fcr diese Variante entschieden. Ist aber auch ganz h\u00fcbsch, w\u00fcrde ich sagen.)<\/p>\n

Das rote Licht, welches den oberen Abschluss des Regenbogens bildet, besitzt eine etwas niedrigere Frequenz und wird deshalb in einem etwas flacheren Winkel abgelenkt.
\nDa das violette Licht die h\u00f6chste Frequenz des sichtbaren Spektrums besitzt, wird es auch am st\u00e4rksten abgelenkt, weshalb es den unteren Abschluss des Regenbogens bildet. <\/p>\n

Tja, soweit, so einfach. Wo w\u00e4re denn der Spa\u00df, wenn das schon alles gewesen w\u00e4re?
\nSchauen wir uns also mal die Errungenschaften einiger, weiterer gro\u00dfer M\u00e4nner an.<\/p>\n

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 Flammenf\u00e4rbung.
\nGrundlage f\u00fcr 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).
\nDiese Flammenf\u00e4rbung ist die Eigenschaft eines Elements bei der Verbrennung in farblosen Flammen, unterschiedliche, spezifische Wellenl\u00e4ngen (sprich: Farbiges Licht) abzugeben. Diese Wellenl\u00e4ngen sind charakteristisch f\u00fcr jedes einzelne Element. Im Umkehrschluss bedeutet das, kennt man diese Wellenl\u00e4ngen, kann man R\u00fcckschl\u00fcsse auf das Element ziehen.
\nDer Effekt der Flammenf\u00e4rbung beruht auf der Umwandlung von W\u00e4rme- zu Strahlungsenergie. Dabei werden die Valenzelektronen durch W\u00e4rme angeregt, und geben Licht ab, wenn sie wieder in den Normalzustand zur\u00fcckfallen.
\nDieses abgegebene Licht, macht sich im Spektrum als sogenannte Emissionslinie bemerkbar.
\nIm 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. <\/p>\n

\"By<\/a>
By NASA [Public domain], via Wikimedia Commons<\/figcaption><\/figure>\n

In diesem Bild sieht man besonders sch\u00f6n die unterschiedlichen Emissionslinien, die f\u00fcr jedes Element charakteristisch sind, hervorstechen.<\/p>\n

Da wir nun ausreichend mit der Theorie gewappnet sind, ist es an der Zeit, diese auf den praktischen Versuch anzuwenden.
\nDaf\u00fcr nehmen wir uns das Spektrometer zur Hilfe. <\/p>\n

\"Prismenspektrometer<\/a>
Prismenspektrometer CC-by-sa 2.0\/de
Oliver Kurmis – Bild selber aufgenommen 2000 im Physik-Grundpraktikum an der Uni-Jena.<\/figcaption><\/figure>\n

Hier sehen wir ein Prismenspektrometer in freier Wildbahn. Ist es nicht prachtvoll?<\/p>\n

Der Aufbau des Spektrometers l\u00e4sst sich eigentlich auf 3 wesentliche Teile herunterreduzieren.
\nDas Fernrohr, der Prismentisch und das Spaltrohr. Gehen wir mal den Weg, den das Licht zur\u00fccklegt. Das Licht wird in diesem Fall in einer Gasentladungslampe (F) erzeugt. Diese Lampe ist im Prinzip eine mit Gas gef\u00fcllte R\u00f6hre. Das Gas wird durch die Zufuhr einer gewissen Mindestspannung ionisiert, dabei strahlt es Licht ab. Dummerweise wissen wir nicht, welche Elemente in unserer Lampe enthalten sind, genau das gilt es mit diesem Versuch also zu bestimmen. Das Licht wandert durch das Spaltrohr (C) wo es einigerma\u00dfen geb\u00fcndelt wird, \u00fcber den Prismentisch (B), auf dem das Prisma steht. In diesem wird es (ihr habt es bestimmt schon erraten) in seine Spektralfarben zerlegt. Das Licht-Geschnetzelte wandert nun in das Fernrohr (A), wo wir es beobachten und die einzelnen Spektrallinien erkennen k\u00f6nnen.
\nDie Besonderheit an diesen Spektrometern ist die, dass das Fernrohr zum Prismentisch und zum Spaltrohr ABSOLUT exakt ausgerichtet werden muss. Um das zu gew\u00e4hrleisten, hat man insgesamt 22 unterschiedliche Feststellschrauben \u00fcberall am Ger\u00e4t angebracht. Und diese gilt es exakt zu justieren. Die Anleitung zur Justierung des Spektrometers f\u00fcllt \u00fcbrigens einen kompletten Ordner aus. Den Ordner durchzuarbeiten und das Ger\u00e4t einzustellen ist ja an sich schon eine ordentliche Aufgabe. Aber hey, als angehender \u201aBachelor of Science\u2018 (Danke, Bologna-Prozess\u2026) muss eine richtige Herausforderung her!
\nDer Raum in dem der Versuch durchgef\u00fchrt werden muss, ist der Optik-Raum. Dort wird, wie der Name es schon verr\u00e4t, gerne mal mit Licht und Lasern gearbeitet, was zur Folge hat, dass der Raum dunkel ist. Nicht nur ein bisschen Dunkel, sondern finster. So finster, dass man sich nur mit Hilfe von Taschenlampen durch den Raum bewegen kann. Mein Laborpartner und ich mussten also in einem finsteren Raum im Schein von zwei Taschenlampen eine fummelige Arbeit an einem Spektroskop verrichten, w\u00e4hrend wir die Montageanleitung (so wie die Bl\u00e4tter aussahen war ich doch verwundert, keine altdeutsche Schrift vorzufinden) in einem Ordner befolgten.
\nUm zu pr\u00fcfen, ob alles zueinander exakt eingestellt wurde, mussten wir auch regelm\u00e4\u00dfig die Gasentladungslampen anschmei\u00dfen und einen Blick ins Spektrometer werfen. Es macht unheimlichen Spa\u00df, in einem sehr dunklen Raum in eine sehr, sehr helle Lichtquelle zu schauen.<\/p>\n

So ein neues Spektrometer ist garantiert so gebaut, dass die Schrauben ihre vorgesehen Funktion zur Stabilisierung und Ausrichtung des Ger\u00e4ts erf\u00fcllen. Unser Spektrometer hatte allerdings gewisse Abnutzungserscheinungen vorzuweisen, was dazu f\u00fchrte, dass jeder Sto\u00df gegen den Tisch zur Folge hatte, dass das Spaltrohr wieder den Abflug aus der eingestellten Position machte und wild in der Gegend rumluderte.
\nMan lernt seine Kommilitonen erst wirklich zu hassen, wenn man mit ihnen im Labor gearbeitet hat. Ich kann gar nicht aufz\u00e4hlen, wie oft ich im Laufe dieses Versuches die Lust hatte, meine Kommilitonen mit dem Spektroskop zu bewerfen.
\nEs ben\u00f6tigt die Selbstbeherrschung eines Zen-Meisters, gepaart mit der Ruhe und Ausdauer des Kontinentaldrifts, um diesen Versuch angemessen zu einem positiven Ende zu f\u00fchren. Zum Gl\u00fcck bin ich mit beidem gesegnet. Und trotz allem bin ich so bescheiden geblieben. Ich bin wundervoll.<\/p>\n

Aber wie es \u00f6fter der Fall ist, R\u00fcckblickend betrachtet, war alles nur halb so wild.
\nSelbst die Fummelei am Spektrometer ist im Nachhinein gar nicht mehr so schlimm.
\nIch kann sogar den letztendlichen Erfolg des Versuches vermelden. Es ist uns gelungen, die unbekannte Lichtquelle als Cadmium-Quecksilber-Lampe zu identifizieren.
\nWas meine Kommilitonen angeht: Die haben in 2 Wochen genau denselben Versuch. Und dasselbe Spektrometer. <\/p>\n

Als ich den Versuch zum ersten Mal grob \u00fcberflogen habe, war ich wenig begeistert dar\u00fcber, eine langweilige Wellenl\u00e4ngenbestimmung durchf\u00fchren zu m\u00fcssen. Allerdings war diese Unlust durchaus unbegr\u00fcndet, denn der Versuch entpuppte sich als Paradebeispiel f\u00fcr das, was mich an der Physik so reizt. Ich liebe diese interdisziplin\u00e4ren Ph\u00e4nomene, wenn z.B. Optik pl\u00f6tzlich auf Atomphysik trifft. Dieser Moment der Erkenntnis, dass hinter scheinbar einfachen Dingen, so viel mehr stecken kann.
\nDie kleinen Ph\u00e4nomene, die man im allt\u00e4glichen Leben praktisch nicht wahrnimmt, die einem aber, sofern man sie denn kennt, einen Einblick geben, wie die Welt funktioniert, sind mit ein Grund, warum ich mich f\u00fcr dieses Studium entschieden habe.
\nMir f\u00e4llt es wirklich \u00fcberraschend schwer, diese Faszination in Worte zu fassen, aber vielleicht wei\u00df der ein oder andere ja, wovon ich rede.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Dieser Gastartikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb. Alle eingereichten Beitr\u00e4ge werden im Lauf des Septembers hier im Blog vorgestellt. Danach werden sie von einer Jury bewertet. Aber auch alle Leserinnen und Leser k\u00f6nnen mitmachen. Wie ihr eure Wertung abgeben k\u00f6nnt, erfahrt ihr hier. Dieser Beitrag wurde von Sebastian eingereicht. ———————————————————————————————————————– Ach ja, ich liebe […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":953,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[11,764],"tags":[2666,15751],"class_list":["post-22142","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-naturwissenschaften","category-schreibwettbewerb","tag-blog-schreibwettbewerb","tag-wellenlaengenbestimmung"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22142","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=22142"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22142\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":22143,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22142\/revisions\/22143"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/953"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=22142"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=22142"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=22142"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}