Cover Was Ist Licht

Du solltest Was ist Licht? gelesen haben, bevor du mit diesem Artikel beginnst.

Du weißt schon, warum wir Licht so sehen, als ob sich mischen lässt und warum wir damit eigentlich nur unsere Augen täuschen? Dann geht’s in diesem Artikel einen Schritt weiter zu den physikalischen Grundlagen des Lichts.

Im vorherigen Artikel ist dir sicherlich der Begriff Wellenlänge aufgefallen – aber was heißt das eigentlich? Licht ist, genau wie Radio- und Funkwellen, Röntgenstrahlung oder WLAN- und Handynetze eine elektromagnetische Welle, das heißt eine Wechselwirkung aus elektrischen und magnetischen Feldern, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten! Damit das funktioniert, wandeln sich elektromagnetische Wellen viele Millionen oder Milliarden Mal pro Sekunde von einem elektrischen in ein magnetisches Feld und zurück, während sie mit Lichtgeschwindigkeit durch die Luft schwirrt. Die Wirkung eines magnetischen Felds hast du sicherlich schon einmal beobachtet, wenn Etwas von einem Magneten angezogen wurde. Ein elektrisches Feld dagegen entsteht immer dann, wenn zwei Punkte eine unterschiedliche Spannung haben, z.B. der positive und negative Pol einer Batterie. Die Felder von Magneten und Batterien ändern sich normalerweise nicht, wenn die Felder aber schnell genug schwingen könnten, würde eine Radiowelle entstehen.

Elektromagnetisches Spektrum - von https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electromagnetic_spectrum_c.svg  Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Elektromagnetisches Spektrum – von https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electromagnetic_spectrum_c.svg Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Der einzige Unterschied zwischen Lichtwellen und Radiowellen ist die Frequenz oder Wellenlange. Die Frequenz beschreibt, wie oft sich das Feld pro Sekunde vom elektrischen Feld zum magnetischen Feld und zurück wandelt. Weil sich die Welle aber gleichzeitig mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, legt sie dabei immer eine bestimmte Strecke zurück – das ist die Wellenlänge. Wenn man die Zeit einfrieren könnte und Funkwellen sehen könnte, könnte man die Wellenlänge mit einem Lineal messen!

Sichtbares Licht hat Wellenlängen von ungefähr 380nm (Nano-meter) bis 680nm, das ist 100-mal so klein wie ein Haar! Funkwellen für WLAN und Handynetzte sind viel länger und haben Wellenlängen um 10cm.

Aber Licht ist nicht nur eine Welle, sondern gleichzeitig auch ein Teilchen, das mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist: Das sind Photonen. Zum Beispiel bei analogen Fotokameras, die noch mit lichtempfindlichem Film arbeiten, wird eine chemische Reaktion ausgelöst sobald ein Photon auf den Film aufschlägt – je mehr Photonen auf einen Bereich auftreffen, desto mehr des lichtempfindlichen Materials reagiert und desto heller wird das fertige Foto. So ähnlich funktioniert auch der Lichtsensor am Printbot – auch das ist ein “Photonenzähler”.

In die gleiche Kategorie fällt auch die Datenübertragung mit Licht: Das ganze Internet baut darauf auf! Wenn Daten über sehr lange Entfernungen übertragen werden müssen, benutzt man Lichtleiter, durch die extrem kurze Lichtimpulse geschickt werden – auf der anderen Seite des Leiters können diese Pulse mit Lichtsensoren wieder ausgelesen werden. Würde man, wie bei der Telefonleitung bei dir zuhause Kupferleitungen und Strompulse verwenden, würde nach ein paar Kilometern fast kein Signal mehr ankommen, weil die Leitungen das Signal zu stark dämpfen und immer mehr Störungen von außen hinzukommen – mit Glasfaserkabeln sind Übertragungen über mehrere hundert Kilometer oder sogar quer durch den Atlantik!

Laserschneider

Ein anderer Effekt, den Solarzellen oder Laserschneider verwenden ist, dass Licht sehr viel Energie transportieren kann. Moment mal, Laserschneider? Das sind Maschinen, die nur mit gebündeltem Licht, also einem Laser, Formen aus Holz, Plexiglas oder Metall ausschneiden können, ohne mit einem Sägeblatt oder einem Fräser Material abzutragen. Die Energie in dem Laserstrahl ist so hoch konzentriert, dass das Material nicht nur schmilzt, sondern direkt verdampft!

Laserstrahlen können wir aber mittlerweile extrem präzise steuern, je nachdem auf wie viel Leistung der Laser einstellt wird, kann der Laserstrahl schneiden, gravieren, härten oder schweißen – auch manche 3D-Drucker funktionieren so und können Stahl oder Titan drucken.

Wie du siehst, ist Licht viel mehr als nur ein Leuchten aus der Taschenlampe!