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IR- und UV-Strahlung 09:02 min

Textversion des Videos

Transkript IR- und UV-Strahlung

Hallo und ganz herzlich Willkommen. In diesem Video geht es um IR- und UV-Strahlung. Du kennst bereits Lichtausbreitung, Lichtbrechung und Lichtdurchlässigkeit. Nachher weißt du, wo du IR-Strahlung und UV-Strahlen bei den Spektralfarben einzuordnen hast. Du kennst die Eigenschaften und die Verwendung beider Arten von Strahlung. Und schon geht es los. Das ist ein optisches Prisma im Querschnitt. Darauf trifft ein Bündel von weißem Licht. Beim Durchlaufen des Prismas wird das Licht zweifach gebrochen. Ihr habt gelernt, dass man dabei Licht verschiedener Farben erhält; von Rot bis Blau und sogar Violett. Weißes Licht wird also in verschiedene Farben zerlegt, vom roten bis zum blauen, sogar violetten Bereich. Die Zerlegung des weißen Lichts in Licht verschiedener Farben wird als Dispersion bezeichnet. In der Animation sieht das so aus. Schön, nicht? Kommen wir nun zum Farbspektrum von weißem Licht. Hier sehen wir die wichtigsten Farben, in die weißes Licht durch ein Prisma zerlegt wird. Das Farbspektrum des weißen Lichts geht von Rot bis Blau, man sagt sogar bis Violett. Gibt es vor dem Rot noch etwas? Und ist bei Violett wirklich schon Schluss? Ja, da gibt es noch etwas. Es gibt Licht, das man mit dem bloßen Auge nicht sehen kann. Dieses Licht ist für das menschliche Auge unsichtbar. Was ist denn aber nun am Anfang und am Ende? Vor dem roten Licht kommt unsichtbares Licht, welches man als infrarotes Licht bezeichnet. Man sagt dazu auch IR-Strahlen. Nach dem violetten Licht kommt wieder unsichtbares Licht, dieses bezeichnet man als ultraviolettes Licht oder man sagt dazu UV-Strahlen. Sowohl IR-Strahlen als auch UV-Strahlen sind für das menschliche Auge unsichtbar. IR-Strahlung und UV-Strahlung können verschieden wirken: Gutes und böses Licht. IR-Strahlung kann gut oder böse sein. IR-Strahlung kann unterschiedlich wirken, IR-Strahlung spendet uns Wärme, durch sie wird es schön wärm. Die Kehrseite, schädlich für uns ist, dass wir starke IR-Strahlung durch Brände erhalten. Wegen ihrer Wirkung bezeichnet man IR-Strahlung auch als Wärmestrahlung. UV-Strahlung zeigt ebenfalls gute oder schlechte Wirkungen. UV-Strahlen schädigen viele Stoffe, so auch die Haut, es kommt zum Sonnenbrand. Für die nützliche Verwendung der UV-Strahlung gibt es viele Beispiele, so die Mikroelektronik. UV-Strahlung könnte man auch volkstümlich als gefährliche Sonnenstrahlen bezeichnen. Kommen wir nun zu den Anwendungen der IR-Strahlung. IR-Strahlung liefert Wärme. Ein Beispiel dafür ist der Heizstrahler. In der Elektronik und Computertechnik gibt es breite Anwendung, und zwar bei der Infrarot-Schnittstelle. Ein Beispiel dafür, haben unsere jungen Cutter gesagt, ist die Spielekonsole Wii. Polizei und Militär verwenden IR-Strahlung, und zwar in Nachtsichtgeräten. IR-Strahlung wird in der Kunst verwendet. Das ist das Original eines Gemäldes von Raffael, Grabtragung Christi. Mit infraroten Strahlen konnte man sichtbar machen, was darunter gemalt wurde, die Unterzeichnung oder Skizze. Das geplante Bild sah dann so aus; hier wurde ein Walross getragen, was Raffael dazu bewegt hat, kann allerdings Infrarot nicht klären. In der Medizin ist IR-Strahlung sehr wichtig, man spricht hier von Rotlicht, dabei handelt es sich um keine Ampel im Straßenverkehr. Eingesetzt wird Rotlicht bei Erkrankungen von Nase und Rachen. Große Bedeutung hat IR-Strahlung in der Analytik, das heißt in der Untersuchung von Stoffen, man nennt die Methode IR-Spektroskopie. Man setzt die Methode für die Untersuchung von Teilchen ein, hauptsächlich von Molekülen. Mit IR-Strahlen kann man Vegetation aus der Luft gut beobachten. Eine ganz wichtige Anwendung von infrarotem Licht ist der Abfall, es findet Kunststoff im Müll und hilft den Müll zu trennen. So viele und noch mehr nützliche Anwendungen gibt es für die IR-Strahlung. Und nun die UV-Strahlung. UV-Strahlung tötet Bakterien und Viren, sie wird verwendet für die Desinfektion. Man desinfiziert Wasser, Luft und Klimakanäle. UV-Strahlung dient der Hygienekontrolle; man stellt fest, ob gewaschene Hände tatsächlich sauber sind. Auch UV-Strahlung wird in der Analytik verwendet. Analytik, das wisst ihr ja schon, ist die Untersuchung von Stoffen. Na klar, und hier heißt das Verfahren, UV-Spektroskopie. Genauer gesagt, werden Teilchen untersucht und meistens Moleküle. So komisch es klingt, UV-Strahlung braucht man für Leuchtdioden und zwar für weiße LEDs. Ganz wichtig ist die Anwendung von UV-Licht in der Gerichtsmedizin, die Strahlen dienen dem Sichtbarmachen von Blutspuren. Holla, auch bei Hühnereiern, ihr werdet es nicht glauben, mit UV-Strahlung stellt man fest, ob ein Ei aus Bodenhaltung oder einer Legebatterie stammt. Dann haben wir noch die Materialprüfung, so wie bei einer Oberleitung. In der Zahnmedizin dienen UV-Strahlen der Aushärtung von Kunststoff, vielleicht wurden eure Zähne versiegelt, dann sagt die Zahnärztin: „Gleich macht es Piep!“, und so lange wirkt die UV-Strahlung ein. So viele nützliche Anwendungen gibt es für UV-Strahlungen, aber eine Sache möchte ich euch noch sagen: Denkt bitte an die Sonne. Ob auf der Sonnenbank oder am Strand, Sonnenbaden ist immer schädlich, die Betonung liegt bei Baden, lange, intensiv und häufig. So, es heißt wieder Abschied nehmen, das war ein weiterer Film von André Otto. Ich wünsche Euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.

3 Kommentare
  1. Default

    Sehr hilfreich ^_^

    Von Orkanarslan, vor mehr als einem Jahr
  2. Default

    alles klar , danke

    Von Niclas w., vor etwa 2 Jahren
  3. Default

    war schwer aber ich hab es geschafft

    Von Niclas w., vor etwa 2 Jahren

IR- und UV-Strahlung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video IR- und UV-Strahlung kannst du es wiederholen und üben.

  • 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.

  • 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.

  • 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.

  • 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.

  • 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!