Licht

Valenzelektronen haben ein hohes Energieniveau und streben ein tieferes Niveau an. Deshalb sind sie besonders„bindungsfreudig“.

Erhält ein Elektron einen Energieimpuls, so kann es vorübergehend Energie aufnehmen und dadurch auf ein höheres Energieniveau springen. Dieser Vorgang wird als Elektronensprung bezeichnet. Damit dieser Elektronensprung stattfindet, muss das Elektron ein bestimmtes Energiequantum - d. h. eine bestimmte Energiemenge aufnehmen.

der Atomart je grösser der Atomkern ist, umso stärker ist die Anziehungskraft vom Grundenergieniveau des entsprechenden Elektrons.

• Erdanziehungskraft (Gravitation)
• Potenzielle Energie wird zu kinetischer Energie (z. B. alpines Skifahren, Felssturz)
• Erdbeben
• Gewitter

Die Natur strebt ein tiefstmögliches Energieniveau an.
Deshalb geben die Elektronen die zuvor aufgenommene Energie sofort oder evtl. verzögert wieder ab und springen auf ihr ursprüngliches Energieniveau zurück.
Die zuvor aufgenommene Energie wird als elektromagnetische Welle abgestrahlt.

• das Elektron nahe beim Kern springt
• das Elektron über mehrere Energieniveaus springt.

Eine einzelne Lichtwelle wirkt monochromatisch (einfarbig).
Werden verschiedene monochromatische Lichtwellen gemischt, so entsteht
polychromatisches (mehrfarbiges) Licht; evtl. „weisses“ Licht.

Eine elektromagnetische Welle - und somit auch eine Lichtwelle - hat einen sogenannten
„Doppelcharakter“. Sie besteht aus einer elektromagnetischen Welle und aus einem kleinsten Teilchen, das als „Korpuskel“ bezeichnet wird.

Diese Kombination aus einer elektromagnetischen Welle und dem Korpuskel wird als
Photon bezeichnet.

• Temperaturstrahler
• Kaltlichtstrahler
• natürliche Lichtquellen
• künstliche Lichtquellen

Bei Temperaturstrahlern wird die zugeführte Energie in Wärme umgewandelt. Die Wärme bringt die Lichtquellezum Glühen bzw. zum Leuchten. Als zugeführte Energie wird elektrischer Strom, chemische Energie, Kernenergie oder (Reibungs-) Wärme verwendet.

Diese Lichtquellen senden das Licht aufgrund ihres von Natur aus glühenden Zustandes aus.Beispiele: Sonne, Sterne, Blitz, Vulkanlava.

Es gibt zwei grundlegende Typen der künstlichen Temperaturstrahler:
- Durch Energiezufuhr (z. B. elektrischer Strom) werden diese Lichtquellen soweit erhitzt, bis sie Licht emittieren(aussenden).
Beispiele: Glühlampen, Halogenlampen.
- Die gespeicherte Energie (z. B. chemische Energie) wird bei Bedarf aktiviert (entzündet).
Beispiele: Öllampen, Petroleumlampen, Lagerfeuer, Lichtbogen, Kerze, Fackel, Glühstrumpf

Lumineszenz kommt aus dem Lateinischen und bedeutet „kaltes Leuchten“. Bei Kaltlichtstrahlern wird die zugeführte Energie direkt in Licht umgewandelt. Es gibt keinen Umweg über die Wärmeerzeugung. Lumineszenzstrahler haben demzufolge keine Wärmeverluste.

Bei Lumineszenzstrahlern wird mittels einer Gasentladung hauptsächlich UV-Strahlung und etwas kurzwelliges, blaues Licht erzeugt, welches durch Leuchtstoffe, mit denen das Glas innen beschichtet ist, in langwelligeres Licht umgewandelt wird.

Fluoreszenz = Lichtemission eines Stoffs aufgrund der Anregung durch elektromagnetische Strahlung. Dabei wird kurzwellige Strahlung (z. B. UV-Strahlung) in langwelligere Strahlung (z. B. Licht) umgewandelt. Die Lichtaussendung erfolgt nur während der Energiezufuhr. D. h. es tritt kein Nachleuchtenauf.

Es werden mehrere Teilwellen abgestrahlt. Die gesamte aufgenommene Energie wird wieder abgegeben. Jede abgestrahlte Welle hat eine kleinere Energie - und somit eine geringere Frequenz (bzw. grössere Vakuumwellenlänge) - als die zugeführte Ultraviolettwelle. Unsichtbare kurzwellige Strahlung wird so in längerwelliges „sichtbares“ Licht umgewandelt!

Phosphoreszenz ist die verzögerte Lichtemission eines Stoffes aufgrund der Anregung
durch elektromagnetische Strahlung.

• Das Nachleuchten entsteht dadurch, dass ein Teil der Elektronen eine gewisse Zeit lang auf einem höheren Energieniveau verharrt, bevor die Elektronen unter Abgabe von Licht zurückspringen.
• Die Phosphoreszenz ist temperaturabhängig. Bei tiefen Temperaturen wird die Lichtabstrahldauer verlängert. Bei genügend tiefen Temperaturen kann der Vorgang „eingefroren“ werden. Die Lichtabgabe erfolgt dann erst wieder, wenn die Temperatur erhöht wird.

Nichtselbstleuchter werden auch als dunkle Körper bezeichnet. Sie werden wahrgenommen, da sie auftreffendes Licht reflektieren.

Farbige Nichtselbstleuchter reflektieren bevorzugt das Licht ihrer Eigenfarbe. Das Licht ihrer Komplementärfarbe (Gegenfarbe) wird von farbigen Nichtselbstleuchtern bevorzugt absorbiert („aufgenommen“).

• Weiss: Reflektrieren alle Frequenzen mit einem gleichmässigen hohen Reflektions grad.
• Schwarz: absorbiert  alle Frequenzen mit einem gleichmässigen hohenabsorbations grad.
• grau: refelktiert und absorbiert:  alle Frequenzen mit einem gleichmässigen hohen Reflektions/absorbations grad.

1. Unter „Dualismus des Lichts“ versteht man: Das Licht hat einen Doppelcharakter.
D. h. ein Photon bzw. Lichtquant besteht aus einer elektromagnetischen Welle und
einem Korpuskel!
2. Je nach Zweckmässigkeit lassen sich die Eigenschaften des Lichts bzw. die Wechsel-
wirkung Licht-Materie durch das elektromagnetische Wellenmodell oder durch das
Teilchenmodell erklären

Eine Lichtwelle besteht aus einer elektrischen und einer magnetischen Teilwelle. Diese beiden Teilwellen schwingen senkrecht zueinander. Eine Lichtwelle ist somit mit verschiedenen Strahlungsarten, wie beispielsweise einer UKW-Welle oder einer Röntgenwelle verwandt. Die einzelnen Wellenarten unterscheiden sich nur in der Energie.

- allseitige Lichtausbreitung
- Lichtbrechung
- Interferenz (Überlagerung von Lichtwellen)
- Beugung (Licht breitet sich in seine geometrischen Schattenräume aus)
- Polarisation (alle Lichtwellen schwingen in einer Ebene bzw. in einer Richtung)
- Reflexion
- Dispersion
- Spektralfarben

Das kleine Lichtteilchen - Korpuskel genannt - ist für die optischen Effekte zuständig, die nicht mit dem elektromagnetischen Wellencharakter erklärt werden können.

- Lichtemission
- geradlinige Lichtausbreitung
- Absorption
- Reflexion
- Fotoeffekt 
- Comptoneffekt 

Dringen Lichtteilchen in die Atomhülle eines Metalls ein, so werden durch die „Aufprallenergie“ Elektronen von diesem Atom losgelöst. Anwendung: Belichtungsmesser im Fotoapparat.

Prallt ein Photon auf ein Elektron, so kann es einen Teil seiner Energie auf das Elektron übertragen. Das aufprallende Photon wird dabei abgelenkt und verliert ein Teil seiner Energie. Dadurch bekommt es eine grössere Wellenlänge. Das Elektron führt mit der aufgenommenen Energie einen Quantensprung aus und sendet ebenfalls eine langwellige Welle aus. Mit diesem Effekt wird kurzwellige Strahlung (z. B. UV) in langwellige Strahlung (z. B. in Licht) umgewandelt. Anwendung: Leuchtstoffröhre.

• Der elektrischen und der magnetischen Teilwelle. Diese beiden Teilwellen schwingen senkrecht zueinander. Beide Teilwellen erreichen gleichzeitig ihre Höchstbzw. Tiefstwerte.
• Elektromagnetische Wellen schwingen senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung, d. h. es sind sogenannte Transversalwellen (Querwellen).

1. Alle elektromagnetischen Wellen breiten sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit
aus!
2. Elektromagnetische Wellen breiten sich von ihrem Erregungszentrum in alle Rich-
tungen aus!
D. h. eine Lichtquelle strahlt das Licht in den gesamten Raum aus.
3. Genaugenommen ist ein Vakuum, in dem es elektromagnetische Wellen hat, kein
Vakuum mehr, da eine elektromagnetische Welle ihr eigenes Medium ist!

uv-wellen: 100nm - 380nm

sichtbares Licht: 380nm - 780nm

infrarot- wellen: 780nm - 1mm

• Die Wellenlänge wird zwischen zwei benachbarten Punkten gleicher Schwingungsphase, d. h. zwischen zwei Punkten mit der gleichen Stärke/Höhe bei gleichem Vorzeichen gemessen.
• Das Symbol für die Wellenlänge ist der griechische Buchstabe Lambda: λ
• Der Vakuumwellenlängenbereich des Lichts liegt zwischen 380 nm und 780 nm.

• Die Frequenz gibt an, wie viel Schwingungen eine Lichtwelle pro Sekunde ausführt. Sie bestimmt die Farbe und die (Quanten)Energie einer Lichtwelle. Dies bedeutet: Eine Lichtwelle mit hoher Frequenz enthält Photonen mit einer grossen Quantenenergie.
• Die Grösse des Energiequants ist proportional zur Frequenz der Welle.
• Das Symbol für die Frequenz ist der griechische Buchstabe Ny: ν
• Der Frequenzbereich des Lichts liegt zwischen ca. 3,8·1014 Hz und 7,9 ·1014 Hz.

• Die Periode gibt an, wie lange eine vollständige Sinusschwingung dauert. Sie ist demzufolge von der Frequenz abhängig.
• Je grösser die Frequenz ist, desto kürzer ist die Periode.
• Das Symbol für die Periode ist der Buchstabe: T
• Eine vollständige Wellenbewegung des Lichts dauert zwischen ca. 1,3·10-15 s und 2,6 ·10-15 s.

• Die Amplitude entspricht der Schwingungshöhe einer Welle. Sie wird in eine positive und eine negative Amplitude unterteilt. Bei einer ungedämpften Welle sind die positive und die negative Amplitude gleich gross. Die Amplitude bestimmt die Helligkeit (Intensität) einer Lichtwelle. Eine helle Lichtwelle enthält (bei einer gegebenen Frequenz) mehr Photonen. Die Helligkeit des Lichts ist von der Erregungsenergiezufuhr abhängig.
• Das Symbol für die Amplitude ist der Buchstabe: a

• Alle elektromagnetischen Wellen, und somit auch das Licht, breiten sich im Vakuum (gerundet) mit300 000 km/s bzw. 300 000 000 m/s aus.
• In durchsichtigen optischen Medien, die einen grösseren Brechungsindex als das Vakuum haben, wird das Licht abgebremst. Diese Abbremsung ist von der Frequenz abhängig. Hochfrequentes Licht wird stärker abgebremst, als niederfrequentes Licht.