IR- und UV-Strahlung

IR- und UV-Strahlung Übung

• Fasse zusammen, was du über weißes Licht und dessen Zerlegung weißt.

  Tipps

  Die sichtbaren Vorgänge bei der Bestrahlung eines Prismas mit weißem Licht sind in der Abbildung dargestellt.

  Was kannst du in der Abbildung erkennen, und was nicht?

  Lösung

  Tritt Licht von einem Medium in ein anderes Medium ein, so tritt Brechung auf. Weißes Licht wird beim Durchgang durch ein Prisma aus Glas also zweimal gebrochen – einmal am Übergang von der Luft zum Glas und einmal am Übergang vom Glas in Luft. Dabei wird das Licht in seine einzelnen Bestandteile aufgespalten. Diesen Vorgang nennt man Dispersion. Wie in der Abbildung zu sehen ist, wird rotes Licht nicht so stark gebrochen wie blaues oder violettes Licht. An einem Prisma sieht man also einen kleinen Regenbogen.

  Aber was für Prozesse laufen an dem Prisma außerdem ab, die das menschliche Auge nicht wahrnehmen kann? Strahlung, die für das menschliche Auge unsichtbar ist, wird ebenfalls gebrochen. Noch weniger stark als das rote sichtbare Licht wird dabei infrarotes Licht (IR-Strahlung) gebrochen. Noch stärker als das violette Licht wird das ultraviolette Licht (UV-Strahlung) gebrochen. Diese beiden Strahlungsformen ergänzen zu beiden Seiten das Spektrum des sichtbaren Lichtes.

• Gib an, wozu man IR-Strahlung und UV-Strahlung nutzbringend einsetzen kann.

  Tipps

  Welche unsichtbare Strahlung schließt sich an den sichtbaren roten Bereich des Lichtspektrums an? (1. Liste)

  Welche unsichtbare Strahlung schließt sich an den sichtbaren violetten Bereich des Lichtspektrums an? (2. Liste)

  Lösung

  Sowohl IR-Strahlung als auch UV-Strahlung finden viele praktische Anwendungen in der heutigen Umwelt. In den Listen ist jeweils eine Auswahl an Anwendungsbeispielen vermerkt.

  In der oberen Liste sind Anwendungen für die IR-Strahlung genannt, die sich an den roten Bereich des sichtbaren Lichtspektrums anschließt. Sie besitzt vergleichsweise große Wellenlängen. In der unteren Liste hingegen findest du Anwendungen für UV-Strahlung, die sich an den sichtbaren violetten Bereich des Lichtspektrums anschließt. UV-Strahlung ist daher vergleichsweise kurzwellig.

• Leite ab, welche Strahlungsbereiche Bienen mit ihren Augen wahrnehmen können.

  Tipps

  Das ist das Farbspektrum des für das menschliche Auge sichtbaren Lichtes. nm steht für die Längeneinheit Nanometer ($10^{-9}m$).

  Welche Wellenlängen können Bienen wahrnehmen und welcher Farbe entsprechen diese?

  Welche Wahrnehmung der Bienenaugen liegt außerhalb des gezeigten Farbspektrums und in welchem für das menschliche Auge unsichtbaren Strahlungsbereich liegt sie damit?

  Lösung

  Bienen können die Farben Grün (530 nm) sowie Blau (450 nm) und das für das menschliche Auge unsichtbare UV-Licht (350 nm) wahrnehmen. Keine Rezeptoren besitzen sie hingegen für den roten Teil des für das menschliche Auge sichtbaren Lichts. Rote Blüten erscheinen für Bienen daher Schwarz.

  Die Wahrnehmung einer Blumenwiese ist daher aus Bienensicht gänzlich anders als bei uns. Besonders wichtig ist dabei die UV-Strahlung. Sie markiert häufig für die Bienen die Blüten, damit diese bestäubt werden. Viele Blüten besitzen richtige Muster, die aus ultravioletter Strahlung bestehen und uns daher verborgen bleiben. Die grünen Blätter und Gräser reflektieren viel UV-Licht. Blüten, die fast das gesamte UV-Licht absorbieren, fallen Bienen daher ebenfalls stark auf.

  Datenquelle: http://www.farbimpulse.de/UV-statt-Rot-Wie-Honigbienen-Farben-sehen.169.0.html (Abruf am 12.04.2016 um 11:00 Uhr)

• Bewerte die Wirkungen der verschiedenen UV-Strahlungen auf den menschlichen Körper.

  Tipps

  Nicht alle Strahlungstypen haben sowohl positive als auch negative Wirkungen auf die menschliche Haut.

  Lösung

  Der Vergleich der unterschiedlichen Strahlungstypen, der die Haut ausgesetzt sein kann, zeigt: Alle Typen können bei zu hoher Belastung zu teilweise gravierenden Schäden der Haut und damit auch des gesamtem Organismus führen. Der sanfte Aufbau einer natürlichen Bräune, das Verwenden einer Sonnencreme mit ausgewogenem UV-A- und UV-B-Filter, die auf die Bedürfnisse der jeweiligen Haut abgestimmt ist, sowie das Meiden intensiver Bestrahlung durch die Mittagssonne im Sommer oder die Sonnenbank kann langfristig die Hautgesundheit und die Gesundheit des gesamten Körpers positiv beeinflussen.

  Denn neben den schädigenden Wirkungen hat das Sonnenlicht auch viele positive Wirkungen. Neben der Vitamin-D-Produktion durch die UV-B-Strahlung gehört dazu auch die Bildung von Glückshormonen. Und noch ein Organ ist von zu starker UV-Strahlung bedroht: die Augen, die durch die für sie unsichtbare Strahlung bis zur Erblindung geschädigt werden können. Also beim nächsten sonnigen Spaziergang Sonnenbrille nicht vergessen!

• Benenne die positiven und die negativen Wirkungen von IR- und UV-Strahlung.

  Tipps

  Ergänze zunächst den Tabellenkopf mit den möglichen Wirkungen.

  Ordne dann IR- und UV-Strahlung in die Tabellenspalte links ein.

  Ergänze zuletzt die fehlenden positiven beziehungsweise negativen Wirkungen der beiden Strahlungsformen.

  Lösung

  Beide Strahlungsformen, also sowohl IR-Strahlung als auch UV-Strahlung, besitzen positive aber auch negative Wirkungen.

  Die IR-Strahlung, also infrarotes Licht, wird auch als Wärmestrahlung bezeichnet. Alle Körper besitzen eine Temperatur und strahlen mehr oder weniger Energie in Form von Wärmestrahlung ab. Wärme ist für uns und andere Organismen lebensnotwendig und kann medizinisch beispielsweise in Form von Infrarotlampen zur Heilung von Erkrankungen des Nasen- und Rachenraums eingesetzt werden. Infrarotstrahlung geht aber auch von Wärmequellen aus, die durch ihre hohe Temperatur lebensbedrohlich sind. Die Infrarotstrahlung von Bränden kann tödlich wirken.

  UV-Strahlung, also ultraviolettes Licht, wird umgangssprachlich als gefährliche Sonnenstrahlen bezeichnet. Diesen Namen besitzt die UV-Strahlung, weil sie Stoffe und dabei auch insbesondere die Haut in Form von Sonnenbränden schwer schädigen kann. UV-Strahlung besitzt jedoch auch viele positive Wirkungen. So wird sie beispielsweise in der Mikroelektronik eingesetzt.

• Analysiere die Positionen von IR- und UV-Strahlung im elektromagnetischen Spektrum.

  Tipps

  Links sind Spektralbereiche mit sehr kleinen Wellenlängen (bis etwa $10^{-16}~m$), rechts mit sehr großen Wellenlängen (bis etwa $10^{6}~m$) dargestellt.

  Das sichtbare Licht und die angrenzenden Strahlungsbereiche sind im unteren Teil des Bildes noch einmal vergrößert dargestellt.

  Lösung

  Im elektromagnetischen Spektrum besitzt $\gamma$-Strahlung die geringsten Wellenlängen im Bereich von $10^{-13}~m$. Sie tritt beispielsweise bei radioaktiven Zerfällen auf und ist schädlich für Lebewesen. Sie wird aber auch im medizinischen Bereich bei der Strahlentherapie eingesetzt.

  Im Bereich von $10^{-13}~m$ bis $10^{-9}~m$ liegen die Wellenlängen von Röntgenstrahlung. Diese kann mit Röntgengeräten erzeugt werden und ist in der Medizin ein bekanntes Diagnoseinstrument.

  Es folgt die dir bekannte UV-Strahlung mit Wellenlängen zwischen $1~nm$ und $380~nm$. Daran schließt sich das sichtbare Licht mit Wellenlängen zwischen $380~nm$ (violett) und $780~nm$ (rot) an. Noch größer sind die Wellenlängen der IR-Strahlung, die zwischen $780~nm$ (violett) und $10^{-3}~m$ liegt.

  Danach gelangen die Wellenlängen in Größenordnungen, die uns auch aus dem Alltag bekannt sind. Mikrowellen besitzen Wellenlängen zwischen $10^{-3}~m$ und $1~m$. Sie treten natürlich als kosmische Hintergrundstrahlung auf, werden aber auch vielfältig in der Technik zum Beispiel bei Radar und Mobilfunk eingesetzt.

  Noch größere Wellenlängen besitzen Radiowellen. $10~m$ bis $10^{4}~m$ umfasst ihr Wellenlängenbereich. Sie dienen unter anderem dem Empfang von Radiosignalen.