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Ein besonderes Licht
Anwendungen des Lasers
Die Entdeckung des Lasers hat die Entwicklung vieler technischer Geräte ermöglicht. Laser werden in CD- und DVD-Playern eingesetzt, Chirurgen schneiden mit Lasern anstelle von Skalpellen, die Entfernung zum Mond wird mit Lasern gemessen. Materialien werden damit auseinandergeschnitten oder zusammengeschweißt.
Das Besondere am Laserlicht ist neben seiner großen Intensität, dass es nur eine einzige Farbe hat und sehr scharf gebündelt ist.
Laserstrahl
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Verdunkelt den Klassenraum etwas. Strahle mit einer Taschenlampe und mit einem Laserpointer auf die gegenüberliegende Wand der Klasse. Achte darauf, dass du mit dem Laser keiner Person in die Augen leuchtest.
Beschreibe deine Beobachtung.
Wenn etwas Staub im Klassenraum ist, indem du z. B. Kreidestaub aus dem Tafeltuch ausschüttelst, kannst du sogar die Lichtstrahlen im Raum erkennen.
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Induzierte Emission
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Die Atomschalen entsprechen unterschiedlichen Energiezuständen. Um Elektronen von einem niedrigeren in einen höheren Energiezustand zu heben, muss Energie zugeführt werden. Diese Anregung kann durch Reibung, Wärmezufuhr, Licht oder elektrischen Stromfluss erfolgen (linkes Bild).
Nach einiger Zeit springen die Elektronen von selbst (spontan) wieder in den unteren Zustand. Dabei wird Energie, meist in Form von Licht, frei (mittleres Bild).
Diese Aussendung von Licht kann aber durch Licht gleicher Energie auch angeregt werden. Somit werden zwei Lichtteilchen genau gleicher Art erzeugt (rechtes Bild). Dieser Vorgang wird induzierte Emission genannt.
Beim Laser werden durch laufende Energiezufuhr Elektronen in eine höhere Schale gehoben. Durch induzierte Emission wird eine Vielzahl gleichartiger Lichtteilchen erzeugt. Diese Lichtteilchen werden zwischen zwei Spiegeln hin- und hergeworfen. Ein Spiegel ist jedoch nicht völlig undurchlässig. Das austretende Licht ist das Laserlicht, das man sieht und das für viele Anwendungen verwendet wird.
Laser haben keinen hohen Wirkungsgrad, er reicht von 10 % bis höchsten 50 %.
Lichtwellenleiter
Glasfaserkabel
In modernen Medien, wie dem Internet, werden riesige Datenmengen über weite Strecken übertragen. Diese Übertragung geschieht mithilfe von Lichtwellenleitern (LWL, Glasfaserkabeln). Die Daten werden von elektrischen Impulsen in Licht- oder Laserimpulse umgewandelt. Beim Empfänger werden die Lichtimpulse wieder zu elektrischen Signalen. Die Daten werden in digitalisierter Form übertragen, also bei Bedarf vorher beim Sender digitalisiert und beim Empfänger wieder in analoge Signale umgewandelt.
Ein USB-Datenkabel kann ca. 4 Gbit/s über 3 m übertragen, ein Lichtwellenleiter 10 Gbit/s über mehr als 10 km. Es wirken auch keine elektromagnetischen Störeinflüsse. Allerdings sind LWL teurer als Kupferkabel.
Die dünnen Glasfasern enthalten einen Kern aus einem optisch dichteren Material (Kernglas) als die Schicht darüber (Mantelglas). Dadurch werden die Lichtsignale an der Außenfläche immer totalreflektiert. Deshalb laufen die Lichtsignale im Zickzack durch die Leitung (siehe Bild außen).
Laserpointer
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Leuchte mit einem Laserpointer in das eine Ende eines Glasstabs und beobachte das andere Ende. Verändere den Winkel der Lampe zum Glasstab.
Beschreibe, was passiert.
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Bildleiter
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In der Medizin werden heute Glasfaserkabel als Licht- und Bildleiter verwendet, um in das Innere des menschlichen Körpers schauen zu können. Über einen flexiblen Schlauch können kleine Werkzeuge, wie Messer und Scheren, bewegt werden. Dieser Schlauch wird gemeinsam mit den Glasfaserkabeln in den Körper eingeführt.
Darmspiegelung
Schaubild einer Darmspiegelung.
Auf diese Weise können kleinere Operationen ohne Aufschneiden der Körperdecke durchgeführt werden. Dies erspart Schmerzen, Spitalsaufenthalte und Kosten.
Training
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Wörter-Suchrätsel
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Kreuze die passende Überschrift zu diesem Text an.
Du darfst den Laserstrahl niemals auf die Augen anderer Personen richten.
Du darfst selbst nie absichtlich in den direkten Strahl schauen.
Wenn dich der Laserstrahl ins Auge trifft, schließe sofort die Augen und drehe den Kopf aus dem Strahl.
Du darfst die Strahlungsquelle niemals mit optischen Instrumenten wie Lupen betrachten.
Nur Laser mit einer Leistung von maximal 1 mW gelten als sicher für die Augen.
Laserpointer gehören nicht in die Hände von Kindern und Jugendlichen.
Wähle eine passende Überschrift aus:
Lichtleitung
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Aufgabe Lichtleitung
lichtleitung.pdf · 981 kB
Drucke das PDF auf und zeichne den weiteren Verlauf des Lichtstrahls im gebogenen Glasrohr.
Lichtfiguren
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Erzeuge mit einem Laserpointer auf der Wand eine einfache Figur, wie z. B. einen Kreis. Bewege den Lichtpunkt einmal langsam, dann schnell. Beschreibe, was du siehst.
Finde eine Begründung.
Vorsicht: Achte immer darauf, dass du niemanden mit dem Laserstrahl anleuchtest.
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Wasserleitung
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Lass aus einem Gefäß (z. B. einer PET-Flasche) Wasser ausfließen. Leuchte mit einem Laserpointer in den Wasserstrahl.
Beschreibe deine Beobachtung.
Diskutiert in der Klasse über die Gründe dieses Phänomens.
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Suche im Internet eine Animation zur Entstehung eines Laserstrahls.
Gib an, was das Besondere bei der Entstehung des Laserstrahls ist.
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Lichtstrahlen
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Halte eine Taschenlampe mit einer Lochblende davor seitlich an einen Schirm.
Halte einen Laserpointer seitlich an einen Schirm.
Erkläre das unterschiedliche Ergebnis.
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Laserpointer
Glühbirne
Auf einem Laserpointer steht als Leistung 5 mW, auf einer Glühbirne 60 W.
Finde eine Erklärung, warum das Licht eines Laserpointers gefährlicher für ein Auge ist als das einer Glühbirne.
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Merke
Laser – Zusammenfassung
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Laser erzeugen ein einfärbiges, scharf gebündeltes Licht. Über Lichtwellenleiter können riesige Datenmengen übertragen werden. In Medizin und Technik werden schwer zugängliche Stellen mit Bildleitern untersucht.
