• Document: Brechung, Dispersion, Spektroskopie Version vom 23. August 2016 Inhaltsverzeichnis 0 Grundlagen zu Brechung, Dispersion und Spektroskopie Begriffe Das Brechungsgesetz
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MP 4 Brechung, Dispersion, Spektroskopie Version vom 23. August 2016 Inhaltsverzeichnis 0 Grundlagen zu Brechung, Dispersion und Spektroskopie 5 0.1 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0.2 Das Brechungsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0.3 Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0.4 Einteilung und Entstehung von Spektren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 0.5 Lichtbrechung im Prisma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 0.6 Spektrometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 0.6.1 Prismenspektrometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 0.6.2 Gitterspektrometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 0.7 Spektrales Auflösungsvermögen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 0.8 Spektrometrie und Photometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 0.8.1 Absorption von Licht in Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 0.8.2 Spektroskopische Identifikation unbekannter Substanzen . . . . . . 15 0.8.3 Neodym und Praseodym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1 Lichtspektren unterschiedlicher Quellen 17 1.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2 Versuchsaufbau und Durchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2.1 Umbau des Prismen-Spektrometers zur Demonstration der Dispersion 17 1.2.2 Messung der Wellenlängen mit dem automatischen Gitterspektrometer 18 1.3 Hinweise zur Protokollierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2 Dispersionskurve von Flintglas 20 2.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2 Versuchsaufbau und Durchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2.1 Ablesen auf einem Winkelmessgerät mit Nonius . . . . . . . . . . . 21 2.2.2 Aufnahme des Spektrums und Bestimmung der Wellenlängen . . . . 22 2.2.3 Die Grenze des Auflösungsvermögens . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3 Spektroskopische Bestimmung einer unbekannten Substanz 23 3.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.2 Versuchsaufbau und Durchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.3 Hinweise zur Protokollierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 MP 4 Inhaltsverzeichnis Lehr/Lernziele • Einfache optische Messgeräte bedienen können. • Üben der Winkelablesung mittels einer Nonius-Skala. • Justieren optischer Strahlengänge. • Dispersion verstehen. • Emissions- und Absorptionsspektren kennenlernen. • Spektroskopische Methoden kennenlernen und Spektren interpretieren lernen. • Fehlerrechnung und Fehlerfortpflanzung üben. • Die Fertigkeiten bei der Erstellung des Protokolls sollen geschult und verbessert werden. Meteorologischer Bezug Brechung und Dispersion in der Atmosphäre Brechung und Dispersion sind die Grundlage mehrerer atmosphärischer Leuchterscheinun- gen. So entsteht zum Beispiel ein Regenbogen dadurch, dass das weiße Sonnenlicht beim Eintritt in Wassertröpfchen gebrochen, im Tropfen reflektiert und beim Austritt ein weite- res Mal gebrochen wird. Die Brechung erfolgt jeweils an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft. Beim Eintritt in den Tropfen findet ein Übergang von optisch dünnem (Luft) in ein optisch dichtes (Wasser) Medium statt und das Licht wird zum Lot hin gebrochen. Beim Austritt aus dem Tropfen ist es umgekehrt. Da die Brechzahl von der Wellenlänge abhängig ist (Dispersion), werden die jeweiligen Farben auch unter etwas unterschiedlichen Winkeln gebrochen. Das Farbspektrum wird dadurch räumlich aufgespaltet. Geht man alle möglichen Strahlengänge durch, ergibt sich ein Maximum bei einem Ablenkwinkel von 42◦ . Das bedeutet, dass jeder Regenbogen ein 42◦ -Ring um die Sonne ist, wobei allerdings im Allgemeinen nur der obere Teil sichtbar ist. Auch die etwas weniger bekannten Halos entstehen durch Brechung. Hier wird das Licht aber im Unterschied zum Regenbogen an Eiskristall

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