Einfaches Spektroskop aus alltäglichen Gegenständen

Im Folgenden wird der Bau eines sehr einfachen Spektroskops aus alltäglichen Dingen erläutert. Es dient zur Untersuchung von Licht im sichtbaren Bereich aus verschiedenen Quellen.


Material:

Schuhkarton, alte CD, Pappkarton, stabiler Fotokarton, Klebeband, Klebstoff, Schere

Durchführung:

Zum besseren Verständnis der Arbeitsschritte sei hier auf die nachfolgenden Bilder verwiesen.
Zu Beginn wird mit einer scharfen Schere ein Stück aus einer nicht mehr benötigten CD herausgeschnitten.
Im Unterteil des Schuhkartons wird eine Rampe aus Pappkarton mit Klebeband befestigt, auf der später das CD-Segment aufgeklebt wird. Die Schräge der Rampe sollte mit dem Boden des Schuhkartons einen Winkel von etwa 30° bilden.
Auf der, der Rampe gegenüberliegenden Seite wird eine rechteckige Öffnung geschnitten. Ein Stück Fotokarton, das etwa die gleiche Größe wie die zuvor beschriebene Öffnung hat, wird in zwei Teile geschnitten.
Hiermit verschließt man die rechteckige Öffnung bis auf einen ca. 1 mm breiten Schlitz.
Nun klebt man das CD-Segment mit dem Klebstoff auf die Pappkartonrampe. Dabei sollte man darauf achten, dass sich der Schlitz etwa auf gleicher Höhe mit dem CD-Stück befindet.
Abschließend wird in den Deckel des Schuhkartons noch ein längliches Loch genau über der Position der CD-Scheibe geschnitten und der Deckel aufgesetzt.
Zum Testen des Spektroskops hält man es mit dem vorderen Schlitz in Richtung der Lichtquelle und blickt durch die Öffnung im Deckel auf das CD-Stück. Nun sollten verschiedene Spektrallinien erkennbar sein, die für die jeweilige Lichtquelle charakteristisch sind.

Erklärung:

Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen verschiedener Wellenlängen beziehungsweise Frequenzen. Diese machen die Farbwahrnehmung des jeweiligen Lichtes aus. Monochromatisches, also einfarbiges Licht kann von Lasern erzeugt werden, wohingegen das natürliche Sonnenlicht eine Mischung aus vielen verschiedenen Frequenzen ist. Im Sonnenlicht sind die Anteile der Farben gleichmäßig im sichtbaren Bereich von rot über grün bis nach blau verteilt. Durch Mischen dieser Farben ergibt sich eine insgesamt weiße Erscheinung. Bei anderen Lichtquellen finden sich andere Zusammensetzungen und ein anderer Farbeindruck entsteht. Ebenfalls weisen die Elemente ihre charakteristische Flammenfärbung auf, mit der man beispielsweise Proben qualitativ analysieren kann. Die Valenzelektronen in den Atomen werden durch Wärmeenergie in angeregte Zustände befördert. Diese sind jedoch instabil und kurzlebig, sodass das Elektron unter Energieabgabe in Form von elektromagnetischer Strahlung wieder in der Grundzustand übergeht. Die Energiedifferenz der Zustände bestimmt die Energie der Photonen und damit ihre Frequenz. Der Übergang kann auch stufenweise erfolgen und verschiedene Spektrallinien erzeugen.
Wenn Licht durch einen begrenzten Spalt tritt, kann es hinter der Blende in den geometrischen Schatten vordringen; es wird gebeugt. Auf der anderen Seite des Spalts entstehen neue Elementarwellen, die konstruktiv und destruktiv interferieren können.
Auf der Oberfläche der Datenschicht der CD befinden sich kleine Rillen, die einen Abstand von 1,6 µm voneinander haben. Diese bilden ein optisches Gitter, das man als eine Vielzahl von Einzelspalten betrachten kann. Durch die vielen Einzelspalte wird eine scharfe Aufspaltung der einzelnen Wellen erreicht. Auf diese Weise lässt sich eine CD als einfaches Spektroskop nutzen.

Bilder:


Die Größe des CD-Segments.


Befestigung der Pappkartonrampe im Schuhkarton.


Die Öffnung auf der gegenüberliegenden Seite der Rampe


Durch den 1 mm breiten Spalt fällt später das Licht auf die CD.


Das CD-Stück wird befestigt.


Das Spektrum einer Energiesparlampe.


Spektrum einer Natriumflamme. Man kann nur eine Spektrallinie erkennen, wobei sich diese bei höherer Auflösung noch in weitere Linien aufspalten würde.