Spektren von Gasentladungslampen

Mit Hilfe eines optischen Gitters sollen mit geeignetem Versuchsaufbau die Spektren verschiedener Gasentladungslampen untersucht werden. Eine solche Untersuchung nennt man auch Spektralanalyse.

In Gasentladungslampen werden bestimmte Gase in einer Röhre durch Anlegen einer Spannung zum Leuchten angeregt.

Untersuchung des Spektrums einer Natriumdampflampe

Eine Natriumdampflampe sendet orange-gelbes Licht aus. Natriumdampflampen werden häufig für Straßenbeleuchtungen verwendet.

Zur Untersuchung des Spektrums dient der gleiche Versuchsaufbau, der auch für die Erzeugung des kontinuierlichen Spektrums einer Glühlampe mit dem optischen Gitter verwendet wurde:

Ein schmaler Spalt wird mit der Natriumdampflampe beleuchtet, und der Spalt wird mit einer Sammellinse auf einem Schirm scharf abgebildet. Zwischen Linse und Schirm wird ein optisches Gitter mit 570 Strichen pro Millimeter gestellt.

Beugungsbild folgt

Das Gitterspektrum einer Natriumdampflampe zeigt eine dünne gelbe Linie.

Anscheinend enthält das Licht der Natriumdampflampe nur eine bestimmte Lichtfarbe. Aus dem Abstand der Maxima lässt sich die Wellenlänge des Lichts bestimmen.

Eine solche Spektralanalyse ergibt, dass die Wellenlänge der Natriumlinie ca. 590nm beträgt.

Genauere Untersuchungen zeigen, dass die Linie eigentlich aus zwei sehr nahe beieinander liegenden Linien besteht. Die genauen Wellenlängen betragen 589,0 und 589,6nm.

Die Natriumdampflampe sendet also nahezu monochromatisches Licht aus.

Da das Beugungsbild im Gegensatz zum dem einer Glühlampe, welches ein breites farbiges Lichtband zeigt, nur aus dünnen Linien besteht, nennt man ein solches Spektrum Linienspektrum.

Das Spektrum einer Lichtquelle, die alle Lichtfarben enthält, nennt man kontinuierliches Spektrum.

Untersuchung des Spektrums einer Quecksilberdampflampe

Nun soll das Spektrum einer Quecksilberdampflampe untersucht werden. Das Licht der Quecksilberdampflampe ist bläulich weiß:

Licht einer Quecksilberlampe

Licht einer Quecksilberlampe. welches auf eine weiße Wand trifft

Die Spektralanalyse mit einem optischen Gitter (570 Striche pro mm) zeigt ebenfalls ein Linienspektrum - das Beugungsbild besteht aus mehreren verschiedenfarbigen scharfen Linien:

Linienspektrum einer Quecksilberlampe

Linienspektrum einer Quecksilberdampflampe

Offensichtlich enthält das Licht der Quecksilberlampe verschiedene diskrete Wellenlängen.

Man erkennt deutlich eine blaue, eine grüne und eine gelbe Line.

Die Bestimmung der Wellenlängen ergibt folgende Werte für die verschiedenen Lichtfarben:

Lichtfarbe Wellenlänge
violett 405nm
blau 436nm
grün 546nm
gelb 577nm
gelb 579nm

Die violette Line ist nur sehr schwach erkennbar. Dass die gelbe Linie eigentlich aus zwei einzelnen Linien besteht, ist im Beugungsbild nicht zu erkennen.

Neben den Linien im sichtbaren Bereich enthält das Licht der Quecksilberdampflampe auch zwei Linien im UV-Bereich (313nm und 365nm).

Linienspektren von Spektrallampen

Das Spektrum einer Natriumlampe besteht aus zwei scharfen Linien im Bereich von 589nm. Natriumlicht ist also praktisch monochromatisch.

Das Spektrum einer Quecksilberlampe besteht aus mehreren Spektrallinein im sichtbaren Bereich - violett (405nm), blau (436nm), grün (546nm), 2 x gelb (577 und 579nm) sowie zwei Linien im UV-Bereich (313nm und 365nm).

Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen

Bei Energiesparlampen handelt es sich um eine kompakte Bauform von Leuchtstoffröhren.

In Leuchtstoffröhren wird zunächst UV-Strahlung erzeugt, welches erst von der Leuchtstoffbeschichtung in sichtbares Licht umgewandelt wird.

Im Gegensatz zum Sonnenlicht oder zum Licht von Glühlampen senden Leuchtstofflampen jedoch kein kontinuierliches Spektrum aus, wodurch Farben im Licht dieser Lampen etwas verfälscht sein können.