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.

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