Demonstration der Wirkung des Tunneleffekts bei Licht mit dem
EVALI
Didaktische Anmerkungen
Die beobachtbaren Farbnuancen sind für einen Laien völlig
nichts sagend. Um die Bedeutung der Beobachtung eines rotbraunen Farbtons
erfassbar zu machen, kann folgende Vorgehensweise geeignet sein:
1. Schritt: Die Beobachter werden für den Unterschied von
kaltem und warmem weißen Licht sensibilisiert.
Das
Licht der dem EVALI beigegebenen Lichtquelle VIERLI und das Licht eines
Glühlämpchens werden vergleichend betrachtet. Woraus dieser unterschiedliche
Eindruck resultiert, ergibt sich aus dem
2. Schritt: Die Beobachter werden mit den Eigenheiten der
Lichtquelle vertraut gemacht.
Eine Sichtanalyse mit einem Taschenspektroskop zeigt - vor
allem im Vergleich mit einer Glühlampe - den hohen Anteil an blau-violettem
Licht im weißen Licht der verwendeten LEDs. Diese Spektraleigenschaft ist für
den Eindruck eines kaltweißen Lichts verantwortlich. Der rote Anteil ist
vergleichsweise schwach ausgeprägt.
3. Schritt: Beobachtungen bei Veränderung der Helligkeit.
Mit VIERLI und Glühlampe wird eine weiße Fläche aus
verschiedenen Abständen angeleuchtet. Der unterschiedliche Weißeindruck bleibt
bestehen, ist also nicht von der Beleuchtungsstärke abhängig. Die Schüler haben
eventuell von Glühlampen den Effekt im Hinterkopf, dass deren Licht bei
gedrosselter Helligkeit (geringere Stromstärke) einen gelblich bis orangen Ton
annimmt, der aus der relativen Zunahme des Rotanteils resultiert. Wenn dieser
Aspekt von Schülerseite angesprochen wird, kann man bei der LED-Beleuchtung
zeigen, dass auch bei geringerer Strahlungsleistung (durch verringerte
Stromstärke) der kaltweiße Eindruck bestehen bleibt, bzw. die spektrale
Verteilung nicht verändert wird. Das wäre zwar eine Demonstration am Rande,
würde aber den hohen Blauanteil nochmals thematisieren.
4. Schritt: Beobachtung durch die Prismen bei starkem
Andruck.
a) Das Licht tritt durch beide Prismen gerade hindurch und
wirkt hellweiß, allerdings nicht so deutlich kaltweiß wie vorher.
b) Der größte Anteil tritt jedoch nach Totalreflexion
rechtwinklig aus der Anordnung aus.
c) Die Beobachtung einzelner kleiner hellweißer Punkte bei
a) führt zu Gedanken über die Oberflächenstruktur der Kontaktfläche zwischen
den beiden Prismen. Ergänzende Gedanken: Wenn diese Punkte sehr dicht
nebeneinander liegen, können wir sie nicht mehr auseinander halten. Wenn die
Kontaktfläche sich perfekt berühren würde, müsste das gesamte Licht gerade
hindurchtreten.
5. Schritt: Beobachtung beim Lockern des Andrucks.
Der Helligkeitseindruck wird nun deutlich schwächer, der
Farbeindruck verändert sich. Ausgerechnet der am schwächsten ausgeprägte
Spektralanteil rot wirkt sich nun in Form einer rotbraunen Tönung des Lichts
aus. Das ist zunächst nicht erklärbar.
Noch ein Hinweis: An allen Grenzflächen treten auch
Spiegelungen auf. Ein Teil des total reflektierten Lichts wird vor dem Austritt
und mit erneuter Totalreflektion zurück in etwa in Richtung Lichtquelle
gespiegelt und an der dortigen Grenzfläche wiederum gespiegelt. Unter
bestimmten Beleuchtungs- und Blickwinkeln kann das die eigentlich gewünschte
Beobachtung stören. Daher ist es wichtig, dass die Schüler auch wirklich die
richtige Beobachtungsposition einnehmen und nicht versehentlich eine Spiegelung
betrachten. Es hilft, sich die Ausrichtung der Lichtquelle genau anzuschauen
und diese durch die Prismen anzupeilen.
© 2005 ET Walter
Emmerich Mühlackerstr. 26 60437 Frankfurt