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Was ist Farbe eigentlich?

Einleitung - Absorptionsspektren - Absorption bei Molekülen

Lernziele

Wenn Sie diese Seite durchgearbeitet haben, sollten Sie

  • wissen, dass Licht nur ein winziger Ausschnitt aus dem Spektrum elektromagnetischer Strahlung ist,
  • angeben können, in welchem Wellenlängenbereich sichtbares Licht angesiedelt ist,
  • den Zusammenhang zwischen Wellenlänge, Frequenz und Energiegehalt des Lichtes erläutern können,
  • wissen, dass weißes Licht aus vielen einzelnen Farben besteht, was mit Hilfe eines Prismas gezeigt werden kann.

Was ist Licht?

(C) Ulrich Helmich

Viele rote Lichter an einer Ampel in Espelkamp

Auf diesem Photo kann man viele schöne rote Lichter sehen. Beim Betrachten eines solchen Bildes stellt sich automatisch die Frage, was ist eigentlich Licht? Betrachten wir dazu die folgende Graphik:

Das elektromagnetische Spektrum; der Bereich des sichbaren Lichts ist vergroessert dargestellt.

Sichtbares Licht ist nur ein kleiner Ausschnitt aus dem Bereich der elektromagnetischen Strahlung

Die elektromagnetische Strahlung umfasst einen riesigen Bereich von Wellenlängen. Für die Leute, die es noch nicht wissen: Die Wellenlänge einer Strahlung ist immer der Abstand zwischen zwei Wellenbergen (oder zwischen zwei Wellentälern, je nachdem, ob man Optimist oder Pessimist ist).

Bei der Radio-Strahlung im Langwellen-Bereich liegen oft mehrere Kilometer zwischen zwei Wellenbergen, bei Kurzwellen oder Ultrakurzwellen (UKW) ist die Wellenlänge schon deutlich kürzer, nämlich im Meter-Bereich. Noch kürzere Wellenlängen finden wir bei den Mikrowellen, mit denen man Speisen heiß machen kann. Die Infrarot-Strahlung schließt sich an, hier liegen die Wellenlängen im Bereich um 10-5 m, das sind 1/100 Millimeter oder 10 Mikrometer. Jetzt erst kommt das sichtbare Licht. Das menschliche Auge kann elektromagnetische Strahlung im Bereich zwischen 0,75 Mikrometer und 0,40 Mikrometer wahrnehmen. Üblicher ist allerdings die Angabe der Wellenlängen in Nanometern (1 nm = 10-9 m): Das sichtbare Licht hat Wellenlängen zwischen 750 nm (ziemlich tiefes Rot, fast schon Infrarot) und 400 nm (ziemlich tiefes Violett, fast schon Ultraviolett). Andere Tiere können auch noch Infrarot oder Ultraviolett wahrnehmen, nicht aber der Mensch.

Noch kürzerwellige elektromagnetische Strahlung gibt es auch, sie wir schon langsam so energiereich, dass sie für uns gefährlich ist. Zunächst kommt die Röntgenstrahlung mit Wellenlängen im Bereich 10-8 bis 10-10 m bzw. 10 bis 0,1 nm. Häufiges Röntgen ist schädlich für die Haut, die inneren Organe und die Fortpflanzungsorgane, deswegen muss man ja immer eine Bleischürze tragen, wenn man beim Arzt geröntgt wird.

Ganz extrem kurzwellig ist dann die Gamma-Strahlung, wie sie bei kernchemischen Prozessen in Atomkraftwerken oder bei der Explosion einer Atombombe freigesetzt wird. Die Wellenlänge liegt hier zwischen 10-11 und 10-12 m bzw. 0,01 und 0,001 nm bzw. 10 und 1 pm (1 pm = 1 Picometer = 10-12 m).

Licht ist der für das menschliche Auge sichtbare Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Jeder kennt die Farben eines Regenbogens, die man auch dann erhält, wenn man weißes Sonnenlicht durch ein Prisma in seine Komponenten zerlegt.

ein Regenbogen

Ein doppelter Regenbogen, photographiert am 7. März 2019

Das Spektrum des sichtbaren Lichts beginnt mit Violett, geht dann über Blau, Cyan, Grün, Gelbgrün nach Gelb, Orange und schließlich Rot. Das ist aber noch lange nicht alles. Jenseits von Rot kommt das Infrarot (IR), und noch weiter im langwelligen Bereich ist die Radio-Strahlung angesiedelt. UV-Licht andererseits hat kürzere Wellenlängen als violettes Licht, ist daher auch energiereicher und kann bereits zu Hautschädigungen führen. Röntgenstrahlung ist noch kurzwelliger, energiereicher und gefährlicher, und die gamma-Strahlung ist sogar tödlich.

Licht ist der für das menschl. Auge sichbare Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Licht hat eine Wellenlänge zwischen 380 und 780 nm.

Sichtbares Licht ist nur ein kleiner Ausschnitt aus dem Bereich der elektromagnetischen Strahlung

Licht ist der für das menschliche Auge sichtbare Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Licht hat eine Wellenlänge zwischen 380 nm und 780 nm.

In der Fachliteratur unterscheiden sich die Angaben darüber, was jetzt genau sichtbares Licht ist. In dem schönen Buch von Stephan Frings und Frank Müller, "Biologie der Sinne", liegt das sichtbare Licht bei Wellenlängen zwischen 400 und 750 nm.

Wichtige Fachbegriffe

Die Wellenlänge ist der Abstand zwischen einem Wellenberg und dem nächsten. UV-Licht und violettes Licht ist kurzwellig, hat also eine geringe Wellenlänge, während rotes und IR-Licht langwellig ist, also eine große Wellenlänge hat. Je kurzwelliger das Licht, desto energiereicher ist es. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes wird in nm (Nanometer) gemessen. 1 nm ist 1/1000 µm (Mikrometer), und 1 µm ist 1/1000 mm (Millimeter). Jetzt können Sie sich vielleicht vorstellen, wie klein die Wellenlänge sichtbaren Lichts ist.

Unter der Frequenz versteht man dagegen die Anzahl der Wellenberge, die pro Sekunde im Auge des Betrachters ankommen. Kurzwelliges Licht (UV, Blau) hat eine hohe Frequenz, langwelliges Licht eine niedrige Frequenz. Für chemische Betrachtungen wie zum Beispiel in der Farbstoffchemie ist die Wellenlänge ein wichtigerer Begriff als die Frequenz.

  • Wellenlänge = Abstand zwischen zwei Wellenbergen
  • Frequenz = Anzahl der Wellenberge, die pro Sekunde ankommen
  • Kleine Wellenlänge = hohe Frequenz = großer Energiegehalt.

Weißes Licht und Spektralfarben

Weißes Sonnenlicht besteht in Wirklichkeit aus vielen Farben. Das sieht man bei jedem Regenbogen. Man kann das aber auch experimentell beweisen, indem man Sonnenlicht durch ein Prisma schickt.

Weißes Licht wird durch ein Prisma in buntes Licht zerlegt.

Das kurzwellige blaue Licht des Sonnenlichtes wird im von dem Prisma stärker gebrochen als das langwellige rote Licht. Daher zerlegt ein Prisma weißes Licht in die einzelnen Spektralfarben. Wird das so zerlegte Licht auf eine Fläche projiziert, sieht man die Regenbogenfarben eines Spektrums.

Ein klassischer Versuch aus der Physik

Projiziert man umgekehrt rotes, blaues und grünes Licht auf eine Fläche, entsteht im Schnittpunkt dieser Farben wieder weißes Licht. Auch das ist ein Beweis dafür, dass weißes Licht sich aus verschiedenen Farben zusammensetzt.

Weißes Licht besteht aus einer Vielzahl einzelner Farben. Mit einem Prisma kann man weißes Licht in die einzelnen Spektralfarben zerlegen. Umgekehrt kann man aus den Grundfarben Rot, Blau und Grün weißes Licht erzeugen.

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