BS-Wiki: Wissen teilen - Benutzerbeiträge [de]

Parts per million

2026-02-24T11:40:12Z

Dg:

{{DISPLAYTITLE:parts per million}}
{{navi|Konzentration|quantitative Analyse}}
Der englische Ausdruck '''parts per million''' ('''ppm''', deutsch: ''Teile pro Million'') wird zur '''Angabe von [[Konzentration]]en''' verwendet, Beispiel:
* Der [[Kohlenstoffdioxid|CO2]]-Gehalt der [[Luft]] beträgt ca. 380 ppm (entsprechend 0,038%).

== Umrechnung ==
* '''Prozent''' = 10-2 = 10.000 ppm = Teile pro Hundert
* '''Promille''' = 10-3 = 1.000 ppm = Teile pro Tausend
* '''ppm''' = 10-6 = Teile pro Million = 0,0001% = 1 µg/g = 1 mg/kg ≈ 1 mg/L (wässrige Lösungen)
* '''ppb''' (''parts per billion'') 10-9 = Teile pro Milliarde
* '''ppt''' (''parts per trillion'') 10-12 = Teile pro Billion
* '''ppq''' (''parts per quadrillion'') 10-15 = Teile pro Billiarde
Da - wie in der obigen Liste ersichtlich - die Begriffe ''Billion'', ''billion'' etc. in den jeweiligen Sprachen eine unterschiedliche Bedeutung haben, ist die Verwendung der Konzentrationsangabe ppx fehlerträchtig und damit zu vermeiden.

{{www}}
[[Kategorie:Mathematik]]
[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Physik]]

Photonenenergie

2026-01-30T08:19:54Z

Dg:

#REDIRECT [[Plancksches Wirkungsquantum]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Absorptionsspektrum

2026-01-30T08:19:18Z

Dg:

#REDIRECT [[Fotometrie]]
[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Absorption

2026-01-30T08:19:07Z

Dg:

#REDIRECT [[Fotometrie#Absorption]]
[[Kategorie:Chemie]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Lambert-Beersches Gesetz

2026-01-30T08:18:44Z

Dg:

#REDIRECT [[Fotometrie]]
[[Kategorie:Chemie]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Lichtbrechung

2026-01-30T08:17:31Z

Dg:

#REDIRECT[[Brechzahl]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]

Candela

2026-01-30T08:13:34Z

Dg:

#REDIRECT [[Lichtstärke]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Lichtstärke

2026-01-30T08:13:14Z

Dg:

{{navi|SI-Basisgrößen|Licht}}
Die '''Lichtstärke''', Formelzeichen ''I'' ist eine der sieben [[SI-Basisgrößen]] und wird in der '''[[Einheiten|gesetzlichen Einheit]]''' '''Candela''' (cd) angegeben.
* Messung der Lichtstärke siehe [[Luxmeter]] (Physik) bzw. [[Fotometer]] (Chemie)

{{www}}

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]][[Kategorie:Physikalische Größe]]

Luxmeter

2026-01-30T08:12:48Z

Dg:

[[Bild:Luxmeter.jpg|thumb|left|488px|'''Luxmeter Testo 540''']]
{{navi|Lichtstärke|SI-Basisgröße}}
Das '''Luxmeter''' (Bild) ist ein [[Messgerät]] zur Bestimmung der [[Lichtstärke]], für Schülerversuche z.B. das [https://www.testo.com/de-DE/testo-540/p/0560-0540 Luxmeter Testo 540 der Fa. Testo].

{{www}}
* [https://media.testo.com/media/32/0e/4df890a1a620/testo-540-Instruction-manual.pdf Bedienungsanleitung Testo 540]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]
[[Kategorie:Laborgeräte]]

Subtraktive Farbmischung

2026-01-30T08:10:09Z

Dg: Weiterleitung nach Struktur und Lichtabsorption organischer Farbstoffe erstellt

#REDIRECT[[Struktur und Lichtabsorption organischer Farbstoffe]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Additive Farbmischung

2026-01-30T08:09:39Z

Dg: Weiterleitung nach Struktur und Lichtabsorption organischer Farbstoffe erstellt

#REDIRECT[[Struktur und Lichtabsorption organischer Farbstoffe]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Struktur und Lichtabsorption organischer Farbstoffe

2026-01-30T08:08:20Z

Dg:

{{navi|Bromierung von Tomatensaft|Farbstoffe}}
== Warum sehen wir Farben? ==

[[Bild:A.png|right|thumb|300px|'''Additive Farbmischung:''' Wird eine Fläche gleichzeitig mit rotem, blauem und grünem '''Licht''' bestrahlt, sehen wir die Farbe Weiß.]]
=== Additive Farbmischung ===
Lichtquellen senden [[elektromagnetisches Spektrum|Wellen]] aus, welche von dem Auge aufgenommen werden. Während diese [[Licht]]strahlen auf den sogenannten Brennpunkt des Auges treffen, werden die Farbzäpfchen gereizt. Das Gehirn entscheidet nun, welche Farbe wir sehen oder glauben zu sehen.

Je nach Länge der Wellen werden unterschiedliche Farbzäpfchen gereizt. Wir besitzen nur rote, grüne und blaue Farbzäpfchen, allerdings können auch unterschiedliche Farbzäpfchen auf einmal gereizt werden, dadurch können jede erdenklichen Farbmischungen entstehen.
Werden die roten, blauen und grünen Farbzäpfchen zu gleichen Teilen gereizt, sehen wir die Farbe Weiß.
* Beispiel: Monitor

[[Bild:S.png|right|thumb|300px|'''Subtraktive Farbmischung:''' Wird eine Fläche gleichzeitig mit den Farben Gelb, Magenta, und Cyan '''bedruckt''', sehen wir die Farbe Schwarz.]]
=== Subtraktive Farbmischung ===
Nicht nur das Auge absorbiert Licht, sondern auch die Gegenstände, die wir sehen.
Dies bedeutet, dass Gegenstände, die nicht selber Wellen aussenden, nur farbig erscheinen, weil sie ein Teil des Lichtes absorbieren und den Rest reflektieren.
* Beispiel: Ein Ball absorbiert Licht mit einer Wellenlänge von 450 bis 600nm, also blaues und gelbes Licht, also wird nur der rote Lichtanteil reflektiert und wir bekommen einen roten Farbeindruck.

{{rgb}}
{| {{Tabelle}}

|+ ''' Farbwahrnehmung '''
|-
! Wellenlänge
! Absorbierte Farbe
! Farbeindruck
|-
| 700
| rot
| grün
|-
| 600
| orange
| blau
|-
| 580
| gelb
| violett
|-
| 500
| grün
| rot
|-
| 450
| blau
| orange
|-
| 400
| violett
| gelb
|}

== Warum ist Tomatensaft rot? ==

Tomatensaft enthält zu großen Teilen [[Lycopin]]. Dieser Stoff ist für die typisch rote Farbe von Tomatensaft verantwortlich.
Das langkettige [[Alkene|Alken]] besitzt die [[Summenformel]] C40H56
Lycopin wird hauptsächlich zur Färbung von Stoffen benutzt, findet allerdings auch Verwendung in der Homöopathie, da es angeblich das Krebsrisiko lindern soll.

[[Strukturformel]] von Lycopin:

[[Bild:Lycopene.png]]

'''Lycopin''' gehört zur Klasse der [[Carotinoid]]e und ist als [[Lebensmittelfarbstoff]] '''E 160d''' zugelassen.

{{cb|-|340|400}}
== Experiment ==
Hier kommt ihr zu dem passenden Experiment:
* [[Bromierung von Tomatensaft]]

== Weblinks ==
* http://de.wikipedia.org/wiki/Additive_Farbsynthese
* http://de.wikipedia.org/wiki/Subtraktive_Farbmischung
* http://www.chemieonline.de/forum/showthread.php?t=21031

[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Experiment]][[Kategorie:Farbstoff]]
[[Kategorie:Optik]]

Frequenz

2026-01-30T08:07:12Z

Dg:

Die Frequenz ''f'' steht im allgemeinen für die Häufigkeit, d. h. dem Verhältnis aus der Anzahl der Ereignisse ''n'' (Schwingungen, Messungen) zur Zeit ''t'' und wird in der Einheit Hz (Her'''t'''z, nach dem Physiker ''Heinrich Hertz'') angegeben.

'''Beispiel''': Schlägt das menschliche Herz bei extremer sportlicher Belastung 120 mal pro Minute (Puls 120), entspricht dies zwei Herzschlägen pro Sekunde, die Herzfrequenz wäre also 2 Hz.

Die unterschiedlichen Frequenzen der elektromagnetischen Strahlung (Licht, UV-Strahlung, ...) sind im [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetischen Spektrum]] dargestellt.

Hier ergibt sich die Frequenz als Verhältnis aus [[Lichtgeschwindigkeit]] ''c'' und [[Wellenlänge]] ''λ'', kurz:

{{Formel|1=''f = c/λ''}}

Je höher die Frequenz bzw. kürzer die Wellenlänge desto energiereicher die Strahlung. Nach dem Modell von ''Max Planck'' trägt jedes Photon eine der Frequenz proportionale [[Energie]] ''E = ℎ{{*}}f''. Die Konstante ℎ ist dabei das [[Plancksches Wirkungsquantum|Plancksche Wirkungsquantum]].

Damit kann die Frequenz auch aus dem Verhältnis von [[Energie]] ''E'' eines Photons und Planckschem Wirkungsquantum ℎ berechnet werden, kurz:

{{Formel|1=''f = E/''ℎ}}

{{www}}

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]][[Kategorie:Physikalische Größe]]

Spektralfotometer

2026-01-30T08:06:39Z

Dg:

{{navi|Konzentration|Fotometrie}}
__NOTOC__
'''Das Spektralfotometer ist ein optisches Messsgerät zur Bestimmung der Absorption von Licht und damit der [[Konzentration]] von farbigen Flüssigkeiten.'''
[[Bild:Jenway 6100.jpg|left]]
Die chemische Analysemethode der [[Fotometrie|fotometrischen Bestimmung]] sowie die wesentlichen physikalischen Grundlagen sind im Artikel [[Fotometrie]] näher erläutert. Diese Kenntnisse vorausgesetzt, lässt sich der wesentliche Unterschied zum einfachen Fotometer (= Messgerät zur Bestimmung der Lichtstärke) nachvollziehen: Das Spektralfotometer liefert Licht eines kontinuierlichen [[Frequenz]]bereiches. Mittels Drehknopf lässt sich die gewünschte Wellenlänge λ einstellen und somit beispielsweise ein Absorptionsspektrum eines Stoffes für einen breiten [[Wellenlänge]]nbereich aufnehmen.
{{7c}}
Für Schülerversuche empfehlenswert sind z.B. die Spektralfotometer Jenway 6100. Das Modell 6100 arbeitet in einem [[Wellenlänge]]nbereich von λ = 320 bis 920 nm bei einer Wellenlängengenauigkeit von ± 2 nm und einer fotometrischen Genauigkeit von ± 1% bzw. Extinktion ±0,005.

== Messungen mit dem Jenway 6100 ==
[[Bild:Küvettenständer.png|right|400px]]
Zur Vertiefung: [[Media:Spektralphotometer.pdf|Bedienungsanleitung Jenway 6100 als PDF-Datei zum Download]].
=== Benötigte Materialien ===
* '''Messung:''' Schutzbrille, Küvettenständer mit Küvetten (standardisierte, transparente Gefäße, die zu 2/3, also mit etwa 3 mL der farbigen Probenflüssigkeit befüllt und in den Strahlengang geschoben werden), Bechergläser mit Probelösung(en), Einwegspritze, Spritzflasche mit dest. Wasser, Wischtücher.
* '''Auswertung:''' Zettel und Schreiber, Taschenrechner, Geo-Dreieck.
[[Bild:Jenway 6100.png|right]]
=== Vorbereitung: Kalibrierung ===
# Gerät einschalten und min. 15, besser 30 Minuten aufwärmen lassen, damit sich die optischen und elektronischen Systeme stabilisieren können.
# Wähle mit der Taste [Mode] den Messmodus T (= Transmission, Durchlässigkeit).
# Gewünschte Wellenlänge einstellen.
# Deckel der Probenkammer aufklappen und innen links den Lichtweg mit der Verschlussklappe verschließen. Probenraum schließen. Kalibriertaste [CAL] drücken, die Anzeige zeigt eine Transmission von 0% an.
# Probenraum öffnen, Verschlussklappe öffnen und Küvette mit "Null-Lösung" (i. d. R. dest. Wasser) in den Küvettenhalter einsetzen, Probenkammer schließen.
# Kalibriertaste [CAL] drücken. Die Anzeige geht auf 100%.
# Nun kann die Transmissions-Messung mit der Probe erfolgen, siehe [[Fotometrie]].
# Extinktionsmessung: Mit Hilfe der Taste [Mode] die Messart ABS wählen. Die Kalibrierung erfolgt wie bei der Transmissions-Messung.[[Bild:Extinktion von Wasser.png|thumb|150px|right|Extinktion von Wasser]]
#Bei Aufnahme eines Absorbtionsspektrums muss bei jeder neuen Wellenlänge erneut kalibriert werden, da auch die "Null-Lösung" wie Wasser eine wellenlängenabhänge Absorbtion besitzt, siehe Bild rechts.

{{cb|-|226|485}}
{{www}}
* Arbeitsblätter siehe [[Fotometrie]]
* [[Media:Spektralphotometer.pdf|Bedienungsanleitung Jenway 6100 als PDF-Datei zum Download]]

[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Laborgeräte]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Brechungsindex

2026-01-30T08:05:31Z

Dg:

#REDIRECT [[Brechzahl]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]
[[Kategorie:Chemie]]

Mikroskop

2026-01-30T08:05:03Z

Dg:

{{navi|Refraktometer|Waage}}
[[Bild:Leica.jpg|right]]

{{www}}
* [http://www.mikroskopieren.de/ mikroskopieren.de] Viele Informationen rund ums Lichtmikroskop sowie Mikrofotos und Videos von mikroskopischen Objekten.
* [http://www.mikroskopie-fuer-anfaenger.de/ mikroskopie-fuer-anfaenger.de] Gut verständliche Einführung zum Lichtmikroskop und zur Arbeit mit dem Mikroskop.
* [http://www.kopernikusschule.de/WPU-WEB-Mikroskopie/Mikroskopie00.htm Mikroskopier-Kurs der Kopernikusschule Lippstadt], sehr ansprechend & empfehlenswert!
* [http://www.aeisner.de/ Mikroskopische Färbemethoden]
* [http://kinder-mikroskop.de/ Kinder-Mikroskope] Informationsplattform über Mikroskope für Kinder und gebrauchte Mikroskope
* Klaus Henkel: [http://www.klaus-henkel.de/mikrofibel.pdf Die Mikrofibel - Naturkunde mit dem Mikroskop als Hobby]. Die Mikrofibel ist ein Ratgeber zum Kauf, zur Technik und zur Anwendung des Mikroskops. Im Vordergrund stehen praktische Tipps für Anschaffung und Handhabung sowie praxisorientierte Methodenbeschreibungen.
* [http://www.merckmillipore.com/INTERSHOP/web/WFS/Merck-DE-Site/de_DE/-/EUR/ShowDocument-File?DocumentId=201403.106.ProNet&ProductSKU=MDA_CHEM-101287&Language=DE&DocumentType=BRO&Country=NF Merck (Hrsg.); Produkte für die Mikroskopie]
* Waldeck (Hrsg.): [https://www.waldeck-ms.de/site/assets/files/2003/faerbemethoden_deutsch.pdf Ausgewählte Färbemethoden für Botanik, Parasitologie, Zoologie]
[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Biologie]]
[[Kategorie:Laborgeräte]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Refraktometer

2026-01-30T08:04:45Z

Dg:

{{navi|Konzentration|Brechungsindex}}
[[Bild:Handrefraktometer.jpg|right]]

Das '''Refraktometer''' (Bild) ist ein [[Messgerät]] zur Bestimmung des [[Brechungsindex]], d. h. es wird das Phänomen genutzt, dass Flüssigkeiten das [[Licht]] unterschiedlich stark und in Abhängigkeit der [[Konzentration]] der in ihr gelösten Stoffe brechen.

In der Werkstatt bzw. im Labor lässt sich dieses Prinzip angewendet, um Flüssigkeiten vergleichsweise schnell und und hinreichend genau zu analysieren, z.B.:
* [[Brechungsindex#Praktischer_Nutzen|Zuckergehalt]] von Fruchtsaft
* Salzgehalt von Meerwasser
* Säuredichte der Batterie
* Gefrierschutz der [[Kühlflüssigkeit]].

Alternativ wird die Konzentration über die Messung der [[Dichte]] mithilfe eines [[Aräometer]]s bestimmt.

Für Schülerversuche empfehlenswert sind z.B. die [http://www.kruess.com/manualrefractometers.html Handrefraktometer HRT62 der Fa. Krüss].

{{www}}
[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Laborgeräte]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Brechzahl

2026-01-30T08:04:28Z

Dg:

{{navi|Konzentration|Refraktometer}}
'''Mit der Brechzahl (= Brechungsindex) eines Stoffes gibt man an, wievielmal langsamer sich das Licht in diesem Stoff fortbewegt als im luftleeren Raum.'''

Tauche einen Bleistift in ein Becherglas, welches Du zur Hälfte mit Wasser befüllst. Der Stift sieht aus, als wenn er in der Mitte einen Knick hat.

Du wirst verstehen, was die Ursache diese optische Täuschung ist, wenn Du diese Seite über den Brechungsindex durcharbeitest. Gleichzeitig erfährst Du, wie sich dieses Phänomen nutzen lässt, um unbekannte Stoffe zu identifizieren.

[[Bild:Brechungsindex.jpg|right|300px]]
== Brechungsindex ==

Ein Lichtstrahl breitet sich strenggenommen nur im Vakuum mit der [[Lichtgeschwindigkeit]] ''c'' aus. Beim Hindurchscheinen durch transparente Stoffe wie Waser ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes kleiner. Die Brechzahl (=Brechungsindex) ''n'' steht für das Verhältnis beider Geschwindigkeiten, d. h. steht für den Faktor, um den die Lichtgeschwindigkeit im Stoff ''c''Stoff kleiner ist als die im Vakuum. Als Formel:
{{Bruch|ist==|ZL=|BL=''n''|NL=|ZR=''[[Lichtgeschwindigkeit|c]]''|BR=────|NR=''c''Stoff}}

Beispiel Wasser: Der Brechungsindex von Wasser beträgt bei 20°C 1,333. Aus der o. a. Formel kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in Wasser errechnet werden:
* ''c''Wasser = ''[[Lichtgeschwindigkeit|c]]'' / ''n''
* ''c''Wasser = 299.792,458 km{{*}}s–1 / 1,333
* ''c''Wasser = 224.900.569 km{{*}}s–1

Eine alternative Berechnung der Brechzahl ergibt sich aus der Beobachtung der Lichtbrechung: Beim Übergang eines Lichtstrahles in das optisch dichtere Medium wird der Lichtstrahl zum Lot hin gebrochen, der Austrittswinkel 𝜷 ist kleiner als der Eintrittswinkel α. Für unseren Bleistift bedeutet dies, dass der Knick genauso verläuft wie der Lichtstrahl im rechten Bild. Nach ''Snellius'' gelten bei der Brechung die folgenden Zusammenhänge:
[[Bild:Brechung.png|right|300px]]
Die Sinus der Winkel verhalten sich umgekehrt zueinander wie die Brechungsindizes der Medien.
{{Bruch|ist==|ZL=sin α|BL=────|NL=sin 𝜷|ZR=''n''2|BR=────|NR=''n''1}}

Da im Vakuum der Brechungsindex ''n''1 per Definition den Wert 1 (unverminderte Geschwindigkeit) besitzt, folgt als Sonderfall aus der obigen Gleichung:
{{Bruch|ist==|ZL=|BL=''n''2|NL=|ZR=sin α|BR=────|NR=sin 𝜷}}

Die Kenntnis dieser mathematischen Zusammenhänge ermöglichen die experimentelle Bestimmung der Brechzahl einer Probelösung, siehe Refraktometrie.

== Refraktometrie ==
[[Bild:Handrefraktometer.jpg|right]]
Die Messung der Brechzahl einer Flüssigkeit kann mit dem [[Refraktometer]] durchgeführt werden, das Verfahren selbst wird daher als '''Refraktometrie''' bezeichnet.

=== Mathematischer Hintergrund ===
Aus den o. a. Beziehungen ergibt sich das Messprinzip zur experimentellen Bestimmung der Brechzahl ''n''2 einer Probelösung: Licht tritt aus einer Luftschicht in einem definierten Winkel zur Senkrechten, z. B. α = 45° in die Probe ein. Gemessen wird nun der Winkel 𝜷 in der Lösung, z. B. 30°. Über den bekannten Brechungsindex ''n''1 der Luft (''n'' = 1,000292) kann mittels obiger Formel auf den Brechungsindex ''n''2 der Probe geschlossen werden:

{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''n''2|NL=|ZR=''n''1{{*}}sin α|BR=───────|NR=sin 𝜷}}
|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''n''2|NL=|ZR=1,000292{{*}}sin 45°|BR=────────────|NR=sin 30°}}
|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''n''2|NL=|ZR=1,000292{{*}}0,7071|BR=────────────|NR=0,5}}
|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''n''2|NL=|ZR=|BR=1,4146|NR=}}
|}

=== Praktischer Nutzen ===

Da der Brechungsindex nicht nur eine stoffabhängige Größe ist, sondern auch mit zunehmender [[Konzentration]] einer wässrigen Lösung (Salzwasser, Zuckerlösung) ansteigt, hilft der B. bei der '''Identifizierung unbekannter Flüssigkeiten bzw. Konzentrationen'''.

'''Beispiele:'''

* Konzentration: Bei der oben untersuchten Probelösung mit dem ermittelten Brechungsindex von 1,4146 soll es sich um eine Zuckerlösung handeln. Wie lässt sich nun auf den Zuckergehalt schließen? Im einfachsten Fall hat der Hersteller des Refraktometers gleich eine entsprechende Tabelle mitgeliefert. Allerdings lassen sich solche Tabellen auch im Internet recherchieren, siehe Linkliste. Die "Zuckerverordnung der Europäischen Union" beinhaltet seitenlange Referenz-Tabellen mit Brechungsindices von Zuckerlösungen. Zum experimentell ermittelten Brechungsindex findet man hier den passenden Zuckergehalt: 47,4%.

* Brechungsindex als stoffabhängige Größe: Bestimme experimentell bzw. recherchiere den Brechungsindex für die Alkohole Methanol, Ethanol, Propan-1-ol und Butan-1-ol. a) Erstelle aus diesen Daten ein Diagramm, welches den Zusammenhang [[Kohlenstoff|C]]-Anzahl/Brechungsindex veranschaulicht. b) Welche Abhängigkeit lässt sich erkennen? c) Welchen Brechungsindex erwartest Du für Pentan-1-ol?
: _____________________
:  ''[[Brechungsindex: Lösung|Ergebnisse vergleichen]]''

{{www}}
{{LEIFI|lichtbrechung}}
* Laborpraxis: [http://www.mikrohamburg.de/Tips/DER%20BRECHUNGSINDEX.pdf Skript von G. Rosenfeldt]
* [[Media:Brechungsindices Zuckerlösungen.pdf|Referenz-Tabellen Brechungsindices (n) von Sucroselösungen bei 20°C]] In: Erste Richtlinie 79/796/EWG der Kommission vom 26. Juli 1979 zur Festlegung gemeinschaftlicher Analysemethoden für die Kontrolle von zur menschlichen Ernährung bestimmten Zuckerarten.

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]][[Kategorie:Physikalische Größe]]
[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]

Transmission

2026-01-30T08:03:59Z

Dg:

#REDIRECT [[Fotometrie]]
[[Kategorie:Chemie]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Extinktionskoeffizient

2026-01-30T08:03:49Z

Dg:

#REDIRECT [[Fotometrie]]
[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Spektralphotometrie

2026-01-30T08:03:40Z

Dg:

#REDIRECT [[Fotometrie]]
[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Methoden]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Extinktion: Lösung

2026-01-30T08:03:25Z

Dg:

== Ergebnisse ==
# Mittels Spektralfotometer wird die Transmission mit 30% ermittelt. Berechne a) Absorptionsgrad und b) die Extinktion. ''a) Der Absorptionsgrad beträgt 0,7, vgl. Formel (4). b) Die Extinktion beträgt 0,523.''
# Wie groß wäre die Extinktion bei einer Absorption von 30%? ''Bei einer Absorption von 30% wäre die Extinktion 0,155.''
# Das Ergebnis einer Extinktionsbestimmung wird mit "''E'' = -0,313" angegeben. Warum kann dieser Wert nicht richtig sein? ''Ein negativer Wert macht keinen Sinn, da die möglichen Extinktionswerte im Bereich zwischen 0 und 2 liegen.''
# In welchem Verhältnis ändert sich die Extinktion bei einer Verdopplung der Konzentration der untersuchten Lösung? ''Da Extinktion und Konzentration zueinander proportional sind, verdoppelt sich auch die Extinktion, wenn die Konzentration verdoppelt wird.''
# Berechne den Anteil des Lichts, den eine mit dem Fotometer untersuchte Probe durchlässt bzw. absorbiert, wenn als Extinktionen ''E'' = 1,0 und ''E'' = 2,0 gemessen werden. ''Gesucht wird die Transmission T (Anteil des Lichts, den die Probe durchlässt) sowie die Absorption A (Anteil des Lichts, den die Probe absorbiert). Die Wertepaare können entweder der Extinktionstabelle entnommen oder berechnet werden. Die Berechnung von T und A erfolgt über Formel (5b, umgestellt nach T über |10x) und ergibt: E = 1[[Bild:Pfeil.gif]]A = 90%; T = 10% und E = 2[[Bild:Pfeil.gif]]A = 99%; T = 1% .''
# Die Extinktion einer Eichlösung mit der Konzentration ''c'' = 0,1 mol/L wird bei 650nm mit 0,313 bestimmt. Eine Vergleichsprobe mit der gleichen Chemikalie unbekannter Konzentration zeigte bei gleicher Wellenlänge eine Extinktion von 0,12. Berechne die Konzentration. ''Die Konzentration der Vergleichsprobe muss ''c'' = 0,038 mol/L betragen, vgl. Formel (7).''
# Skizziere und begründe jeweils ein mögliches Absorptionsspektrum für eine blaue bzw. gelbe Flüssigkeit. ''In den Spektren liegt die max. Absorption der Probe im Wellenlängenbereich ihrer Komplementärfarbe, also der [[Licht]]farbe, die im Farbkreis der Probenfarbe gegenüberliegt. Das Absorptionsspektrum für die blaue Flüssigkeit sollte demnach eine max. Absorption bei gelbem Licht zeigen, d. h. im Wellenlängenbereich von 580 - 600 nm, die gelbe Probe bei 435 - 450 nm, vgl. [[Fotometrie#Bestimmung_der_idealen_Wellenl.C3.A4nge|Bestimmung der idealen Wellenlänge]]''.
# Bestimme die Extinktionskoeffizienten von Kupfer anhand der a) Extinktionsgeraden Bild oben rechts bzw. b) B8 im [[Elemente Chemie|Buch]], S. 484. c) Die Extinktion einer Cu-Probe unbekannter Konzentration wurde mit 0,123 bestimmt. Berechne die Konzentration. ''Der Extinktionskoeffizient ist die Steigung der Extinktionsgeraden. Diese kann nach Ablesen des Wertepaares (max. Extinktion, Konzentration) über Gleichung (6) errechnet werden. a) Bild oben rechts (abgelesen): Emax = 0,6 bei ß = 800 mg/L ergibt gemäß (6) ε = 0,00075 L/mg bzw. 0,75 L/g, b) B8 im Buch, S. 484: ε = 60 L/mol. c) Die Cu-Konzentration in der Vergleichsprobe muss (mit ε aus Bild oben rechts) ''ß'' = 164 mg/L betragen, vgl. Formel (7), bzw. c = 0,0026 mol/L (= 2,6 mmol/L).''
: _____________________
:  ''[[Fotometrie|zurück zum Artikel]]''

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Photometrie

2026-01-30T08:03:10Z

Dg:

#REDIRECT [[Fotometrie]]
[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Methoden]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

E

2026-01-30T08:03:02Z

Dg:

[[Bild:E-Nr.jpg]]{{mehrdeutig}}
{{Formelzeichen}}
* '''e-''' ist das Symbol für das '''[[Elektron]]''', einen Baustein des Atoms.
* '''''E''''' ist das Formelzeichen für die [[Energie]].
* '''''E''''' ist das Formelzeichen für die [[Extinktion]], einer wichtigen [[Größe]] in der [[Fotometrie]].
* Über '''E-Nummern''' ("E" für Europa) werden [[Lebensmittel-Zusatzstoffe]] verschlüsselt angegeben.
* '''{{PAGENAME}}''' ist das Kürzel für das [[Gefährlichkeitsmerkmale|Gefährlichkeitsmerkmal]] '''explosionsgefährlich'''.
* E-Modul, s. [[Elastizitätsmodul]]
* E als Abk. für [[Eliminierung]], einem Reaktionstyp in der Chemie
* e ist das Symbol für die [[Eulersche Zahl]] = 2,718...
* e ist das Kürzel für die [[Elementarladung]]

[[Kategorie:Physik]][[Kategorie:Chemie]]

[[Kategorie:Werkstofftechnik]]
[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Extinktion

2026-01-30T08:02:36Z

Dg:

#REDIRECT [[Fotometrie#Extinktion]]
[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Physikalische Größe]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Fotometrie

2026-01-30T08:01:14Z

Dg:

{{navi|Konzentration|Spektralfotometer}}
__TOC__
[[Bild:Jenway 6100.jpg|500px|thumb|right|Bild 1: Spektralfotometer]]
== Fotometrie: Messen mit Licht ==
[[Bild:Absorption in cola.jpg|500px|thumb|right|Bild 2: Absorption in Cola]]

Die Fotometrie ist eine Methode der [[quantitative Analyse|quantitativen Analyse]] mit Hilfe eines [[Spektralfotometer|Fotometers]] (Bild 1), mit der sich durch charakteristische Absorption von Licht auf die Konzentration eines Stoffes schließen lässt, z. B. bei der Bestimmung des [[Kupfer]]gehaltes in [[Trinkwasser]].

== Physikalische Grundlagen ==
Lässt man [[Licht]] durch eine Flüssigkeit wie [[Cola]] hindurchscheinen, wird ein Teil des Lichtes von der Cola "geschluckt" (Bild 2). Verdünnt man die Cola mit Wasser, verringert sich dieser Effekt, der als '''Absorption''' von Licht bezeichnet wird.

=== Lichtstärke ===
Für die genauere Betrachtung dieses Phänomens soll zunächst die [[Lichtstärke]] bzw. Intensität des Lichtes ''I'' folgendermaßen unterschieden werden (Bild 2): Reflexionserscheinungen vernachlässigt, ist ''Iein'' die Intensität des eingestrahlten Lichtes, ''Itr'' die Intensität des durchgelassenen Lichtes und ''Iabs'' die Intensität des von der Cola absorbierten Lichtes, im Zusammenhang kurz:

{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''Itr''|NL=|ZR=|BR=''Iein'' '''-''' ''Iabs''|NR=}}
|   
| (1)
|}

Stelle Dir nun mehrere Cola-Flaschen hintereinander vor: Da die Absorption umso größer ist, je stärker die [[Konzentration]] eines Farbstoffes bzw. seine Schichtdicke ist, lässt sich dieses Phänomen in der Chemie nutzen, um den [[Konzentration|Gehalt eines Stoffes in einer Lösung]] zu bestimmen. Als besondere Methode der [[quantitative Analyse|quantitativen Analyse]] spricht man hierbei von der '''Fotometrie''', kurz gesagt:{{Kasten blau|1=Die Fotometrie ist eine Methode der quantitativen Analyse mit Hilfe eines [[Spektralfotometer|Fotometers]], mit der sich durch charakteristische Absorption von Licht auf die Konzentration eines Stoffes schließen lässt, z. B. bei der Bestimmung des Kupfergehaltes in [[Trinkwasser]].}} 

Um die Nachweisgrenze zu erweitern, kann man den nachzuweisenden Stoff vorab mit einem Reaktionspartner unter Bildung eines farbigen [[Komplex]]es reagieren lassen. Die Stärke der Färbung wird anschließend mit der Färbung von Lösungen bekannter Konzentration verglichen.

Beispiel: Die hellblaue Farbe einer schwach konzentrierten Lösung, die Kupfer(II)-Ionen enthält, wird durch Reaktion mit [[Ammoniak]] vertieft, es bildet sich der tiefblaue Kupfertetramminkomplex [Cu(NH3)4]2+.

Bei der quantitativen Analyse müssen drei Begriffe sauber voneinander unterschieden werden, die sich auf unterschiedlichen Wegen aus den Lichtintensitäten ableiten lassen aber umgangssprachlich häufig verwechselt werden: Absorption ''A'', Transmission ''T'' und Extinktion ''E'':

=== Transmission ===
Der Transmissionsgrad τ (2) steht für Transparenz bzw. Lichtdurchlässigkeit und ist das Verhältnis der Intensität des durchgelassenen Lichtes ''Itr'' zur Intensität des eingestrahlten Lichtes ''Iein''. Durch Multiplikation des Transmissionsgrades τ mit 100% erhält man die Transmission ''T'' in %. (2a):
{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''τ''|NL=|ZR=''Itr''|BR=────|NR=''Iein''}}
|   
| (2)      
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''T''|NL=|ZR=''Itr''{{*}}100%|BR=───────|NR=''Iein''}}
|   
| (2a)
|}

Die Angabe der Transmission von z. B. 30% bedeutet, dass 30% des eingestrahlten Lichtes von der Probe durchgelassen werden.

=== Absorption ===
Der Absorptionsgrad α (3) gibt den von den Probe "geschluckten" Anteil des Lichtes wieder und ist das Verhältnis der Intensität des absorbierten Lichtes ''Iabs'' zur Intensität des eingestrahlten Lichtes ''Iein''. Durch Multiplikation des Absorptionsgrades α mit 100% erhält man die Absorption ''A'' in % (3a):
{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=α|NL=|ZR=''Iabs''|BR=────|NR=''Iein''}}
|   
| (3)      bzw.
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''A''|NL=|ZR=''Iabs''{{*}}100%|BR=───────|NR=''Iein''}}
|   
| (3a)
|}

Da sich Transmission und Absorption zu 100% addieren, gilt entsprechend des oben beschriebenen Zusammenhanges (1) der Lichtintensitäten:
{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=α + τ|NL=|ZR=|BR=1|NR=}}
|   
| (4)    bzw.
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''[[Absorption|A]] + [[Transmission|T]]''|NL=|ZR=|BR=100%|NR=}}
|   
| (4a)
|}

=== Extinktion ===
Da der Transmissionsgrad nicht linear, sondern exponentiell mit der Konzentration der Lösung abnimmt, wird zwecks übersichtlicherer Zahlen mit der Extinktion ''E'' gerechnet. Die Extinktion ist direkt proportional zur [[Konzentration]] ''c'' einer Lösung (6) und kann als dimensionsloses Maß (ohne Einheit, vgl. [[pH-Wert]]) als negativer dekadischer [[Logarithmus]] des Transmissionsgrades τ errechnet werden, kurz:
{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''E''|NL=|ZR=|BR=- log10 ''τ''|NR=}}
|   
| (5)    bzw.
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''E''|NL=|ZR=        ''Iein''
|BR=log10  ───
|NR=        ''Itr''}}
|   
| (5a)    bzw.
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''E''|NL=|ZR=        ''100%''
|BR=log10  ────
|NR=        ''T'' }}
|   
| (5b)
|}
Zum gleichen Ergebnis gelangt man durch die alternative Berechnung aus den Lichtstärken nach (5a). Da man hier vom Kehrwert der Transmission ausgeht, ergibt sich die Extinktion als dekadischer [[Logarithmus]] des Verhältnisses ''Iein'' zu ''Itr''.

Ausgehend von 100% für die volle Lichtstärke ''Iein'' vor der Probe entspricht die Transmission in % dem Zahlenwert nach ''Itr''. Durch diese Vereinfachung erhält man für die Extinktion die in Praxis gebräuchliche Formel (5b).

Aus einer Bandbreite der möglichen Transmissionswerte ''T'' von 0 bis 100% ergeben sich nach (5b) für die Extinktion ''E'' sinnvolle Werte im Bereich zwischen 0 und 2. Eine Übersicht liefert die folgende Tabelle, die mit allen Zwischenergebnissen in der [[Media:Fotometrie.xlsx|Excel-Tabelle Extinktion]] hinterlegt ist:
{| {{Tabelle auto center}}
|
{| {{Tabelle auto center}}
|-
! ''T''
| 1%
| 10%
| 20%
| 30%
| 40%
| 50%
| 60%
| 70%
| 80%
|100%
|-
! ''[[Extinktion|E]]''
| 2
| 1
| 0,699
| 0,523
| 0,398
| 0,301
| 0,222
| 0,155
| 0,097
|0
|}
| [[Datei:Extiktion-Transmission.png]]
|}

=== Wellenlänge ===
{{rgb}}
Nach Wellenlängenbereich werden in der Spektroskopie u. a. die folgenden beiden Methoden unterschieden:
* VIS-Spektroskopie, d. h. die Messung erfolgt im Bereich des sichtbaren [[Licht]]es (VIS von engl. ''visable'' = sichtbar, Wellenlängenbereich ca. 380-750 nm), geeignet für farbige Stoffe, Durchführbar mittels "einfachem" Spektralfotometer wie dem [[Spektralfotometer|Spektralfotometer Jenway 6100]].
* UV-Spektroskopie, d. h. die Messung erfolgt im Bereich des nicht sichtbaren [[Ultraviolette Strahlung|UV-Lichtes]], Wellenlängenbereich von ca. 100-380 nm, geeignet für farblose [[organische Verbindung]]en wie z. B. [[Aceton]].

== Fotometrische Messungen ==
[[Bild:Küvettenständer.png|thumb|500px|right|Küvettenständer]]
Die Messung der Extinktion erfolgt mittels [[Fotometer]]. Hierzu wird ein standardisiertes, transparentes Gefäß ("Küvette") etwa zu 2/3 mit der farbigen Probelösung befüllt und in den Strahlengang geschoben.

[[Bild:Farbkreis.png|right|thumb|500px|Farbkreis]]
=== Absorptionsspektrum bestimmen ===
[[Bild:Absorptionsspektrum-Cu.png|thumb|500px|right|Absorptionsspektrum]]
Die charakteristische Abhängigkeit der Absorption bzw. Extinktion von der Wellenlänge liefert das Absorptionsspektrum, z. B. des Blattfarbstoffes [[Chlorophyll]]. Aus der Information "Bei welcher Wellenlänge des Lichtes erfolgt maximale Absorption?" kann z. B. die Frage beantwortet werden, welcher Lichtanteil für den Pflanzenwuchs bzw. die [[Fotosynthese]] besonders bedeutsam ist.

Sofern das Gerät die Möglichkeit bietet, kann alternativ zur Absorption gleich die Extinktion bestimmt werden.

Eine effektive Messung soll bei Licht der [[Wellenlänge]] durchgeführt werden, bei der die Absorption der Probe ihr Maximum hat. Liegt keine Empfehlung dieser ''"idealen Wellenlänge"'' für die nachzuweisende Substanz vor, muss diese Information in einem Vorversuch ermittelt werden.
* '''Wenn es schnell gehen muss''', kann man die ideale Wellenlänge durch deren Komplementärfarbe abschätzen. Geeignet ist die [[Licht]]farbe, die im Farbkreis der Probenfarbe gegenüberliegt, also z. B. gelb - blau (Bild). Die jeweils eingestellte Farbe kann sichtbar gemacht werden, indem man eine weiße Karte oder einen Spiegel in den Lichtweg des Gerätes hält. Es zeigt zum Beispiel, dass bei 450 nm ein blaues Licht entsteht oder bei 650 nm ein rotes. Wenn die Komplementärfarbe grob ermittelt wurde, geht man in 10 nm-Schritten mit der Wellenlänge auf oder ab, bis sich der maximale Extinktionswert einstellt.

* '''Im Idealfall''', also mit Zeit und Muße, leitet man die ideale Wellenlänge aus dem ''Absorptionsspektrum'' einer Chemikalie ab. Das Absorptionsspektrum ist die grafische Darstellung der stoffspezifischen Abhängigkeit der Absorption (bzw. Transmission oder Extinktion) von der Wellenlänge. Beispiel: Das Bild zeigt das Absorptionsspektrum des tiefblauen Kupfertetramminkomplexes [Cu(NH3)4]2+ mit einer Cu-[[Konzentration]] von 500mg/L. Die max. Absorption liegt bei ca. 600 nm, also der Wellenlänge, die beim Erstellen einer Extinktionsgeraden bzw. späteren Messungen zur Bestimmung einer unbekannten Konzentration verwendet werden sollte. Um ein eigenes Absorptionsspektrum zu erstellen, muss die Absorption für eine "sinnvolle" Konzentration bei verschiedenen Wellenlängen bestimmt werden. "Sinnvoll" ist die Konzentration, bei der die Transmission mindestens 10% beträgt. Ist die Lösung zu stark konzentriert, würde das Fotometer unabhängig von der tatsächlichen Konzentration immer die Konzentration anzeigen, bei der die Transmission gegen Null geht. Um ein aussagekräftiges Spektrum zu ermitteln, sind bei einem einfachen [[Spektralfotometer]] viele Einzelmessungen notwendig. Eine Schrittweite von z. B. 10 nm im Wellenlängenbereich von 400 - 700 nm bedeutet konkret 62 Messungen, da bei 31 verschiedenen Wellenlängen folgende Schritte abzuarbeiten sind: Wellenlänge einstellen, [[Spektralfotometer#Vorbereitung:_Kalibrierung|Kalibrierung mit der Nullküvette]], Messung der Probe usw. Jenseits des Schulbudgets, also ab ca. 5.000,- gibt es automatisierte Zweistrahlgeräte. Probe und Nulllösung werden parallel durchleuchtet und das Fotometer durchläuft selbstständig das vollständige Spektrum.

=== Verdünnungsreihe herstellen und Extinktionsgerade ermitteln ===
[[Bild:Verdünnungsreihe Cu.jpg|right|thumb|500px|
'''Verdünnungsreihe mit Lösungen bekannter Konzentration''', zum Beispiel [[ammoniak]]alische Kupfer(II)-chlorid-Lösungen mit β(Cu2+) = 100 ... 800 mg/L in sieben Messkolben. Im großen Erlenmeyer-Kolben rechts befindet sich die Cu2+-Stammlösung mit dem höchsten Cu-Gehalt (β(Cu2+) = 1000 mg/L) aber noch ohne den farbvertiefenden Zusatz von Ammoniak.
----
<div style="text-align: right;">''Schülerexperiment & Foto: Fenja G., WG 13 (2012)''</div>]]
[[Bild:Extinktionsgerade.png|right|thumb|500px|Extinktionsgerade]]
* Vor der eigentlichen Analyse muss mit Lösungen bekannter Konzentration eine Extinktionsgerade ermittelt werden. Mit dieser "Eichgeraden" können später unbekannte Konzentrationen bestimmt werden.
* Für die spätere Analyse des Gehaltes an Cu(II)-Ionen könnten dies zum Beispiel [[ammoniak]]alische Kupfer(II)-chlorid-Lösungen mit β = 100; 200 ... 800 mg/L sein, die bei einer Wellenlänge von 600 nm untersucht werden. Um für diese "Verdünnungsreihe" Einweg-Küvetten zu sparen, beginnt man die Messreihe mit der verdünntesten Lösung, spült danach 1x mit der nächsten, konzentrierteren Lösung und befüllt die Küvette mit dieser Konzentration erneut.
* Aus den [[:Bild:Fotometie Cu.xlsx|Messwerten]] kann nun die Extinktionsgerade als [[Ausgleichsgerade]] gezeichnet und die Steigung [[Extinktionskoeffizient|ε]], d. h. das Verhältnis der Extinktion ''E'' zur Konzentration ''c''. bestimmt werden.

=== Bestimmung einer unbekannten Konzentration ===
Auf der Basis der ersten beiden Versuchsreihen kann eine [[quantitative Analyse]], also die Bestimmung der unbekannten Konzentration in einer Probelösung erfolgen.

Die Messwerte aus der Verdünnungsreihe ergeben durch Ausgleich eine Extinktionsgerade, deren Steigung das Verhältnis der Extinktion ''E'' zur Konzentration ''c'' ist. Dieses Steigungsverhältnis ist für eine Chemikalie charakteristisch und wird auch als Extinktionskoeffizient ε bezeichnet (6).
Da dieser Zusammenhang auch für eine Probe unbekannter Konzentration ''c''x gilt, kann über die Messung der Proben-Extinktion ''E''x mit Hilfe des Extinktionskoeffizienten ε die unbekannte Konzentration ''c''x errechnet werden (7):
{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=[[Extinktionskoeffizient|ε]]|NL=|ZR=''E''|BR=──|NR=''c''}}
|   
| (6)
|   [[Bild:Pfeil.gif]]  
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''c''x|NL=|ZR=''E''x|BR=───|NR=[[Extinktionskoeffizient|ε]]}}
|   
| (7)
|}
Zusammenfassend lässt sich dieser Zusammenhang noch einfacher nachzuvollziehen. Da die Extinktion proportional zur Konzentration ist, gilt ebenso (9):
{|
| {{Bruch|ist==|ZL=''c''1|BL=──|NL=''E''1|ZR=''c''2|BR=──|NR=''E''2}}
|   
| (8)
|   [[Bild:Pfeil.gif]]  
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''c''1|NL=|ZR=''c''2{{*}}''E''1|BR=─────|NR=''E''2}}
|   
| (9)
|}

=== Lambert-Beersches Gesetz ===
Der Zusammenhang (7) wurde zuerst von Lambert und Beer beschrieben und ergänzt nach Umstellung zur Extinktion ''E'' die Formeln (5):
{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''[[Extinktion|E]]''|NL=|ZR=|BR=[[Extinktionskoeffizient|ε]]{{*}}''[[Konzentration|c]]''|NR=}}
|   
| (10)
|   
| Da die Extinktion neben der Konzentration auch von der Schichtdicke ''d'' der Lösung (in cm) abhängt, lautet das vollständige Lambert-Beersche Gesetz (10a):
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''[[Extinktion|E]]''|NL=|ZR=|BR=[[Extinktionskoeffizient|ε]]{{*}}''[[Konzentration|c]]''{{*}}''d''|NR=}}
|   
| (10a)
|   
| Weil aber in den Standardküvetten die Schichtdicke der Lösung genau 1 cm beträgt, kann man in der Fotometrie mit der vereinfachten Formel (10) rechnen.
|}

== Übungen ==
# Mittels Spektralfotometer wird die Transmission mit 30% ermittelt. Berechne a) Absorptionsgrad und b) die Extinktion.
# Wie groß wäre die Extinktion bei einer Absorption von 30%?
# Das Ergebnis einer Extinktionsbestimmung wird mit "''E'' = -0,313" angegeben. Warum kann dieser Wert nicht richtig sein?
# In welchem Verhältnis ändert sich die Extinktion bei einer Verdopplung der Konzentration der untersuchten Lösung?
# Berechne den Anteil des Lichts, den eine mit dem Fotometer untersuchte Probe durchlässt bzw. absorbiert, wenn als Extinktionen ''E'' = 1,0 und ''E'' = 2,0 gemessen werden.
# Die Extinktion einer Eichlösung mit der Konzentration ''c'' = 0,1 mol/L wird bei 650nm mit 0,313 bestimmt. Eine Vergleichsprobe mit der gleichen Chemikalie unbekannter Konzentration zeigte bei gleicher Wellenlänge eine Extinktion von 0,12. Berechne die Konzentration.
# Skizziere und begründe jeweils ein mögliches Absorptionsspektrum für eine blaue bzw. gelbe Flüssigkeit.
# Bestimme die Extinktionskoeffizienten von Kupfer anhand der a) Extinktionsgeraden Bild oben rechts bzw. b) B8 im [[Elemente Chemie|Buch]], S. 484. c) Die Extinktion einer Cu-Probe unbekannter Konzentration wurde bei λ = 600nm mit 0,123 sowie bei 590 nm mit 0,156 bestimmt. Berechne die Konzentration.
: _____________________
* [[Media:Fotometrie.docx|Arbeitsblatt ''Fotometrie: Übungen'' als Word-Datei zum Download]]
:  ''[[Extinktion: Lösung|Ergebnisse vergleichen]]''

== Experimente ==
{{ua|190|[[Modell]]experiment zur Extinktion (mit [[Kaliumpermanganat]])}}
{{ua|190|Beeinflussung der Extinktion durch die Schichtdicke}}
{{Ex-ec|484|2|Abhängigkeit der Extinktion von der Konzentration}}
* [[Media:Fotometrie-Absorptionsspektrum.docx|Arbeitsblatt ''Fotometrie: Absorptionsspektrum'' als Word-Datei zum Download]], alternativ mit den Lebensmittelfarbstoffen [[Allurarot AC]] (rot, E 129), [[Indigocarmin]] (blau, E 132) und [[Tartrazin]] (gelb, E 102).
* [[Media:Fotometrie-Spektralfotometer.docx|Arbeitsblatt ''Fotometrie: Spektralfotometer'' als Word-Datei zum Download]]
{{Ex-ec|483|1|Aufnahme einer Absorptionskurve}}
* Verdünne [[Druckertinte]] (Blau "Cyan", Gelb "Yellow" und Rosarot "Magenta") mit Wasser 1:20 und erstelle das Absorptionsspektrum im Wellenlängenbereich 380-750 nm, Schrittweite 10 nm. Setze deine Messwerttabelle in '''ein''' aussagefähiges Diagramm um.
* Bestimme die Wellenlänge max. Extinktion von einer wässrigen Na-[[Fluorescein]]-Lösung ([[Massenkonzentration|ß]]=10mg/L) möglichst genau. Scanne hierzu den Bereich 420-520 nm.
{{Ex-ch|71|1|Entfärbung von [[Kristallviolett]]}}
{{Ex-ec|130|2|Fotometrische Bestimmung der Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration eines Reaktionspartners}}
* Führe die Versuchsreihe [http://www.chem.uni-potsdam.de/anorganik/Photometrie.doc Photometrische Bestimmung von Kupfer] der Uni Potsdam durch. Welcher Extinktionskoeffizient ergibt sich?
{{Ex-ch|407|4b|Nachweis von [[Phosphat]] in [[Cola]]}}
* Nehme das Absorptionsspektrum von [[Kaliumpermanganat]] (''[[Konzentration|c]]'' = 10-4 mol/L) im Wellenlängen-Bereich von 400 - 600 nm mit einer Schrittweite von 25 nm auf, notiere die jeweils messbare Extinktion und zeichne anhand Deiner Messwerte ein aussagekräftiges Absorptionsspektrum. Vergleiche Deine Lösung mit einer Internetrecherche, z. B. über die Bildersuche von Google.
* Plane auf Basis Deines Vorversuches eine Messreihe, die geeignet ist, eine Extinktionsgerade zur Konzentrationsbestimmung einer Kaliumpermanganatlösung abzuleiten. Vergleiche Deine Lösung mit der Vorgehensweise, die im Abschnitt [[Fotometrie#Verd.C3.BCnnungsreihe_herstellen_und_Extinktionsgerade_ermitteln|Extinktionsgerade ermitteln]] erläutert ist.
* Spektralphotometrische Konzentrationsbestimmung von [[Eisen]], [[Mangan]] und [[Nitrit]] im Artikel [[Quantitative Analyse]]
{{NiU|120|35 (2010)|Hausmann, Florian und Lutz, Burkard: Nitrat-Ionen bestimmen. Ein fotometrisches Analyseverfahren für den Schulunterricht}} Darstellung des [[Indol]]-Verfahrens, bei dem das in der Probe enthaltene [[Nitrat]] zu [[Nitrit]] [[Reduktion|reduziert]] und dann fotometrisch bestimmt wird.
{{Ex-ch09|{{fb|417}}|2|Natürliche Farbstoffe|[[Absorption|Absorptionsspektrum]] von Blattstoffen}}: - Bei welcher Wellenlänge des Lichtes erfolgt die maximale Absorption durch den Blattfarbstoff [[Chlorophyll]]? - Welcher Lichtanteil (Farbe) ist für den Pflanzenwuchs bzw. die [[Fotosynthese]] besonders bedeutsam?
{{Ex-ch09|{{fb|425}}|2|Azofarbstoffe und Indikatorfarbstoffe|Absorptionsspektren von [[Methylorange]] und [[Bromthymolblau]]}}
{{cb|-|225, 407|482}}
* Zusammenhang zwischen Extinktion, Transmission und Absorption am Beispiel des Farbstoffes [[Rhodamin B]]
{{www}}
* [http://www.chem.uni-potsdam.de/atb/BilderAktuell/Photometrie.pdf Photometrische Bestimmung von Kupfer] - ausführliches erläutertes Beispiel der Uni Potsdam (PDF, 4 S.)
* Arbeitsblätter zum Thema vom [http://www.kappenberg{{c}}pages/start/start.htm Chemie-Arbeitskreis Kappenberg]: [http://www.kappenberg{{c}}pages/mitmedizintechnik/lowcost_fotometrie/lowcostfoto.htm Link], z. B. Bestimmung des [[Kupfer]]anteils im [[Messing]], Eisen(III)-Ionen
* [http://info.fh-wels.at/skripten/MKroeppl/LVA_2_Semester/05_FOTOMETRIE%20Eisenbestimmung.pdf Eisenbestimmung (Fe2+)] mit 1,10-[[Phenanthrolin]]
* Kantonsschule Solothurn: [http://www.ksso.ch/fileadmin/uploads/Fachschaften/Chemie/Dateien/S_Praktikum/Quantitative_und_qualitative_Analysen/P_Citronensaeurephot.doc Photometrische Bestimmung des Citronensäuregehaltes in Zitronensaft]
* [http://www.aks.ruhr-uni-bochum.de Alfried Krupp-Schülerlabor an der Ruhr-Universität Bochum]: [[Schüler-Praktikum Wasseruntersuchungen]], Skript mit Arbeitsblättern zu folgenden Versuchen (Versuch #):
: (7) Grundlagen der Fotometrie: Verdünnungsreihe
: (8) Fotometrische Kupfer-Bestimmung
: (9) Fotometrische Eisen-Bestimmung
{{blume|rk/rk-lbg.htm}}: Grundlegende Versuchsreihe mit [[Kristallviolett]]
* Spekwin32: Freies Programm zur Erzeugung von Spektren aus Tabellenwerten. [http://www.effemm2.de/spekwin/spekwin_manual.html Info], [http://www.effemm2.de/spekwin/spekwin32_install_de.exe Download], [http://www.effemm2.de/spekwin/Spekwin32_Manual_grau_3_1.pdf PDF-Manual]
* [[Coffein]]: [http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2005/2222/pdf/HolfeldMartin-2005-06-06.pdf Martin Holfeld: Fotometrische Coffein-Bestimmung in Sportgetränken. In: Chemie und Sport, S. 82.]
*[https://www.steiner-chemie.de/downloads/aqualytic_methodenhandbuch/ins_handbook_of_methods_de_aqua.pdf Steiner Chemie: Das Aqualytic® Nachschlagewerk der Photometrie]

[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Methoden]][[Kategorie:Farbstoff]]
[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Plancksches Wirkungsquantum

2026-01-29T16:08:33Z

Dg:

{{navi|Elektromagnetisches Spektrum|Wellenlänge}}
Das Plancksche Wirkungsquantum ℎ ist eine nach ''Max Planck'' benannte Naturkonstante und hat den Wert ℎ = 6,626{{*}}10–34 J{{*}}s.

Nach seinem Modell ist die kleinstmögliche von Lichtquanten (Photonen) übertragbare [[Energie]] ''E'' ("Photonenenergie") bei den [[Elektromagnetisches Spektrum|verschiedenen Arten von Strahlungen]] proportional der [[Frequenz]] ''f'' der jeweiligen Strahlung, d. h. es gilt ''E = ℎ{{*}}f'' bzw.:
{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''ℎ''|NL=|ZR=''[[Energie|E]]''|BR=──|NR=''[[Frequenz|f]]''}}
|  bzw. 
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''ℎ''|NL=|ZR=''[[Energie|E]]''{{*}}''[[Wellenlänge|λ]]''|BR=────|NR=''[[Lichtgeschwindigkeit|c]]''}}
|}

{{www}}

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Lichtgeschwindigkeit

2026-01-29T16:07:44Z

Dg:

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes ('''Lichtgeschwindigkeit, ''c''''') im leeren Raum ist eine wichtige Naturkonstante.

{{Formel|1=''c'' = 299.792,458 km{{*}}s–1}}Lichtgeschwindigkeit

Beispiel: Im [[elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetischen Spektrum]] sind die physikalischen Größen [[Frequenz]] ''f'' und [[Wellenlänge]] ''λ'' einer Strahlung über die Lichtgeschwindigkeit rechnerisch verknüpft, es gilt:

{{Formel|1=''c = f{{*}}λ''}}Lichtgeschwindigkeit = Frequenz mal Wellenlänge

{{www}}
[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Wellenlänge

2026-01-29T16:07:16Z

Dg:

{{navi|Elektromagnetisches Spektrum|Frequenz}}
[[Bild:Wellenlänge.jpg|right]]
Die [[physikalische Größe]] [[Wellenlänge]] ''λ'' steht für den Abstand zweier Wellenberge in Metern (Bild ①).

Die Amplitude ② steht hierbei für den Maximalausschlag. Die unterschiedlichen Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung (Licht, UV-Strahlung, ...) sind im [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetischen Spektrum]] dargestellt.

Rechnerisch (1) ergibt sich die Wellenlänge als Verhältnis aus [[Lichtgeschwindigkeit]] ''c'' und [[Frequenz]] ''f'', kurz:
{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''λ''|NL=|ZR=''[[Lichtgeschwindigkeit|c]]''|BR=──|NR=''[[Frequenz|f]]''}}
|   
| (1)
|}

Je kürzer die Wellenlänge bzw. höher die Frequenz desto energiereicher die Strahlung. Nach dem Modell von ''Max Planck'' trägt jedes Photon eine der Wellenlänge abhängige [[Energie]] ("Photonenenergie") ''E = ℎ{{*}}c/λ''. Die Konstante ℎ ist dabei das [[Plancksches Wirkungsquantum|Plancksche Wirkungsquantum]].

Damit kann die Wellenlänge auch aus dem Zusammenhang von Planckschem Wirkungsquantum ℎ, [[Lichtgeschwindigkeit]] ''c'' und Photonenenergie ''E'' berechnet werden:

{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''λ''|NL=|ZR=''[[Plancksches Wirkungsquantum|ℎ]]{{*}}[[Lichtgeschwindigkeit|c]]''|BR=────|NR=''[[Energie|E]]''}}
|   
| (3)
|}

[[Bild:WhereRainbowRises edit.jpg|left|199px]]
Auch die Lichtbrechung (Sonnenlichtstrahl durch ein Regentropfen oder Prisma) hängt von der Wellenlänge ab: Je kleiner die Wellenlänge, desto größer ist die Ablenkung. Vergleiche hierzu die Anordnung der sieben (gemäß Newton) Farben in einem Regenbogen:
{{7c}}

{{www}}
* [http://www.topsoft.at/pstrainer/standards/color/science/wavelength.html Umrechnung Wellenlänge RGB]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]][[Kategorie:Physikalische Größe]]

Elektromagnetisches Spektrum

2026-01-29T16:06:42Z

Dg:

{{navi|Wellenlänge|Struktur und Lichtabsorption organischer Farbstoffe|Struktur und Lichtabsorption organischer Farbstoffe}}
Das elektromagnetische Spektrum umfasst die Bandbreite unterschiedlicher [[Wellenlänge]]n der elektromagnetischen Strahlung (Licht, UV-Strahlung, ...).

Die Darstellung des Elektromagnetischen Spektrums erfolgt üblicherweise über die physikalischen Größen [[Frequenz]] ''f'' und/oder [[Wellenlänge]] ''λ'' einer Strahlung, da beide Größen rechnerisch (1) über die [[Lichtgeschwindigkeit]] ''c'' verknüpft sind, es gilt: Wellenlänge = Lichtgeschwindigkeit durch Frequenz bzw.
{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''λ''|NL=|ZR=''[[Lichtgeschwindigkeit|c]]''|BR=──|NR=''[[Frequenz|f]]''}}
|   
| (1)
|}

Je kürzer die Wellenlänge bzw. höher die Frequenz desto energiereicher die Strahlung. Nach dem [[Modell]] von ''Max Planck'' (2) trägt jedes Photon eine der Wellenlänge abhängige [[Energie]] ("Photonenenergie"). Die Konstante ℎ wird als [[Plancksches Wirkungsquantum]] bezeichnet.

{|
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''[[Energie|E]]''|NL=|ZR=''[[Plancksches Wirkungsquantum|ℎ]]{{*}}[[Lichtgeschwindigkeit|c]]''|BR=────|NR=''[[Wellenlänge|λ]]''}}
|   
| (2)
|}

== Licht ==

Für uns Menschen unmittelbar wahrnehmbar ist ein Ausschnitt aus dem elektromagnetischen Spektrum, '''das sichtbare Licht''', d. h. der Wellenlängenbereich von ca. 380-750 nm:
{{Rgb}}
{{cb|-|339|398}}
{{www}}
* [http://www.weltderphysik.de/de/3790.php Das Elektromagnetische Spektrum] auf Welt der Physik
* Bilder: [http://www.joern.de/esmog/spektrum.gif] [http://www.uni-regensburg.de/EDV/Misc/Bilder/Spektrum.gif]
* [[Diskussion:Elektromagnetisches Spektrum|Berechnung der RGB-Werte als Funktion der Wellenlänge]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]][[Kategorie:Chemie]]

Licht

2026-01-29T16:05:30Z

Dg:

#REDIRECT [[Elektromagnetisches Spektrum]]
[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Polarisationsfolie

2026-01-29T16:04:45Z

Dg:

{{navi|Kunststoffe|Polarimeter}}
{{www}}
* http://www.rebach-online.de/product_info.php?products_id=5015087
* http://www.wenger-lehrmittel.de/index.php?menuid=23&PHPSESSID=bklf0c94bh0ftjjg87a832mao0
* http://www.astromedia.de/shop/csc_fullview.php?Artikelnummer=408.PDI
* http://kids-and-science.tradoria.de/p/330189346/polarisationsfolie

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Polarimeter

2026-01-29T16:03:57Z

Dg:

{{navi|Monosaccharide|Polarisationsfolie}}
Das Polarimeter ist ein [[Messgerät]], welches zur Bestimmung des Drehwinkels von Lösungen optisch aktiver Substanzen wie z. B. [[Monosaccharide]]n eingesetzt wird.

==Funktionsweise==
[[Bild:polarimetera_WEB.jpg|right]]
Das [[Licht]] der Natriumdampflampe fällt durch die [[Polarisationsfolie]]. Dabei wirkt die Folie als Polarisator, da sie nur das Licht ''einer'' Schwingungsebene durchlässt. Man erhält linear polarisiertes Licht. Als nächstes trifft das linear polarisierte Licht auf den Analysator. Dies ist der zweite Polarisationsfilter. Stimmt die Vorzugsrichtung von Polarisator und Analysator überein, kann das linear polarisierte Licht ungehindert durch. Steht der Analysator durch Drehen senkrecht zum Polarisator ist das Blickfeld dunkel, da das Licht nicht durchgehen kann. Bringt man in dieser Stellung die Lösung einer optisch aktiven Substanz in den Strahlengang zwischen die Polarisationsfilter, kommt es zur Aufhellung am Analysator.

Die Schwingungsebene des linear polarisierten Lichtes ist durch die Lösung um einen bestimmten Betrag gedreht worden. Der Analysator wird so lange gedreht, bis das Blickfeld wieder dunkel ist, um Drehrichtung und -winkel zu ermitteln.
==Mutarotation==
Mutarotation ist die [[Gleichgewichtsreaktion]] zwischen zwei optisch aktiven [[Isomere|Isomeren]] einer Substanz wie Traubenzucker (Glucose) und geht mit der Veränderung des Drehwinkels der Lösungen einher:
* '''[[Glucose]]''', die in Wasser gelöst wurde, liegt liegt in zwei Isomeren, der α- und β-Form vor. α- und β-Glucose verändern den Drehwinkel des [[Licht]]es unterschiedlich stark. Die α-Form würde alleine das Licht um 112° drehen, die β-Form um 19°. Wenn man nun beide Isomere in einem beliebigen Verhältnis in Wasser löst, verändert sich der Drehwinkel so lange, bis er bei 53° zum [[Gleichgewichtsreaktion|Gleichgewicht]] (37%-Anteil α-Form und 63% β-Form).
:(63%*19°+37%*112°):100 = 53,41°

* '''[[Fructose]]''' in wässriger Lösung ergibt ein Gleichgewicht aus 12% α-Form und 88% β-Form, der dazugehörige Drehwinkel beträgt -93°.
{{cb|-|365|343}}
== Experimente ==
{{Ex-ch|365|1|Optische Aktivität}}: Messung der spezifischen Drehung, [[Mutarotation]] und Inversion von Saccharose, [[Glucose]] und [[Fructose]]
{{Ex-ch|343|1|Polarisationsfilter}}
* [http://www.students.uni-mainz.de/neufurth/Download/Chemie/Neue%20Protokolle/11.1.2%20+11.1%20Instrumentelle%20Analyse.pdf Quantitative Bestimmung von Saccharose, Unterscheidung von Limonade und Limonade light]
{{blume|tip/03_09.htm}} α-Glucose oder β-Glucose?

{{www}}
[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Physik]][[Kategorie:Laborgeräte]]
[[Kategorie:Optik]]

Kategorie:Optik

2026-01-29T16:03:18Z

Dg: Die Seite wurde neu angelegt: „Kategorie:Physik“

[[Kategorie:Physik]]

Optische Aktivität

2026-01-29T16:03:03Z

Dg:

#REDIRECT[[Polarimeter]]
[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]
[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Optik]]

Wärmelehre

2026-01-29T09:57:47Z

Dg: Weiterleitung nach Kategorie:Wärmelehre erstellt

#REDIRECT [[Kategorie:Wärmelehre]]
[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Lerngebiet 12.17: Energieressourcen schonen]]
{{SORTIERUNG:{{#replace:{{PAGENAME}}|ä|a}}}}
[[Kategorie:Lerngebiet 12.1: Komplexe technische Systeme analysieren]]

Wärmepumpe

2026-01-29T09:55:56Z

Dg:

{{navi|Energie|Kältemittel}}
Die Wärmepumpe wandelt Wärme niedriger Temperatur in Wärme hoher Temperatur um - auch im Winter bei weit unter 0°C.

Dies geschieht in einem geschlossenen Kreisprozess durch ständiges Ändern des [[Aggregatzustand]]es des [[Kältemittel]]s (Verdampfen, Komprimieren, Verflüssigen, Expandieren). Nach dem gleichen Prinzip entzieht auch ein Kühlschrank seinem Inneren die Wärme und gibt diese dann nach außen ab.

Die Wärmepumpe entzieht der Umgebung des Hauses - Erdreich, Wasser oder Luft - gespeicherte Sonnenwärme und gibt diese plus der Antriebsenergie in Form von Wärme an den Heiz- und Warmwasserkreislauf ab.

== Bauarten ==

=== Erdreichkollektor ===
Bei der '''Nutzung der Erdwärme''' durch den Erdreichkollektor ist es von Vorteil, Eigentümer eines großen Grundstückes zu sein. Ein Rohrschlangensystem, das meist aus Kunststoff besteht, wird horizontal im Erdboden verlegt. In diesem System befindet sich ein fließfähiges Solegemisch, welches vom Erdboden die Wärme aufnimmt. Erdreich-Kollektor-Anlagen eignen sich vor allem für monovalenten Betrieb, ohne dass die darüberliegende Vegetation beeinträchtigt wird. Als Grundfläche wird etwa das zwei- bis dreifache der zu beheizenden Wohnfläche benötigt.

=== Erdwärmesonden ===
E. benötigen kein sehr großes Grundstück, da sie vertikal verlegt werden.
Sie werden mit Bohrgeräten in das Erdreich eingesetzt. Wie bei den Erdreichkollektoren zirkuliert in dem vertikalen Rohrschlangensystem ein Solegemisch, welches dem Erdboden und dem Grundwasser indirekt die Wärme entzieht. Die Tiefe der Bohrungen hängt von der Beschaffenheit des Erdreichs ab.

Da der Erdboden ab einer Tiefe von 15 m eine relativ konstante [[Temperatur]] von +10 Grad Celsius hat, kann diese Art von Wärmequelle effizient genutzt werden.

=== Luft/Wasser Wärmepumpe ===
Die Nutzung der [[Luft]] als Wärmelieferant ist überall und theoretisch zu jeder Jahreszeit möglich. Allerdings können Wärmepumpen der Außenluft bei Temperaturen von -20 Grad Celsius kaum noch Wärme entziehenen. Der energetische Wirkungsgrad sinkt und es muss auf eine Zusatzheizung (z. B. in Form einer Fussbodenheizung) zurückgegriffen werden.

Vorteile der Luft/Wasser Wärmepumpe sind die einfache Installation, denn sie kann sowohl innen oder außen betrieben werden und die Ersparnis von einigen Kosten, da Erdarbeiten und Brunnenbohrungen entfallen.

=== Wasser/Wasser Wärmepumpe ===
Die Energiequelle bei dieser Wärmepumpenart ist die Wasserwärme. Grundwasser ist ein optimaler Wärmespeicher. Selbst in sehr kalten Wintern liegt die [[Temperatur]] noch bei 8 bis 12 Grad Celsius. Auch im Jahresdurchschnitt bleibt die Wassertemperatur auf einem konstanten Niveau. Voraussetzungen für die Installation ist ausreichende Menge und Qualität des Grundwassers. Dies überprüfen Chemiker anhand einer Wasserprobe.

Für die Nutzung des Grundwassers ist ein Saugbrunnen und ein Schluck- oder Sickerbrunnen erforderlich. Es wird die Wärme des Grundwassers genutzt, wobei seine [[Temperatur]] gesenkt, seine Beschaffenheit jedoch nicht verändert wird. Auch Seen und Flüsse können zur Wärmegewinnung genutzt werden. Dem Saugbrunnen wird [[Wasser]] entzogen. In der Wärmepumpe wird diesem [[Wasser]] nun Wärme entzogen und dem Schluckbrunnen zugeführt. Das [[Wasser]] erwärmt sich wieder im Erdreich und kann aus dem Saugbrunnen wieder entnommen werden.

== Präsentationen zum Thema ==
* [[Media:Wärmepumpenanlage1.ppt‎|2011]]
* [[Media:Wärmepumpe.pptx|2013]]

{{www}}
* [http://www.ochsner.de/funktion.htm Funktionsskizze mit Beschreibung Fa. Ochsner]
* [http://www.waermepumpen.info/ Wärmepumpen-Arten]
* [https://www.musterhaus.net/wiki/waermepumpe Wiki zum Thema Wärmepumpen]
* [http://www.3bscientific.de/waermepumpe-d-230-v-50-hz-u8440600-230,p_868_15612.html Produktseite Fa. Elwe] mit [http://www.3bscientific.de/product-manual/1000820_DE.pdf Bedienungsanleitung/Experimente]

[[Kategorie:Wärmelehre]]

Parabolrinnenkraftwerk

2026-01-29T09:55:30Z

Dg:

{{navi|Solarenergie|Kraftwerk}}

[[Media:Parabolrinnenkraftwerke.pdf|Referat Parabolrinnenkraftwerk]]

{{www}}
[[Kategorie:Wärmelehre]]

K-Wert

2026-01-29T09:54:59Z

Dg:

#REDIRECT[[Wärmedurchgangskoeffizient]]

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Wärmelehre]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]

Geothermie

2026-01-29T09:54:39Z

Dg:

{{navi|Energie|Wärmepumpe}}

Geothermie (Erdwärme) ist eine grundlasttaugliche Technologie, die aus der Restwärme der Erde mithilfe von Wärmepumpenheizung Fernwärme, als auch mit Kraft-Wärme-Kopplung elektrischen Strom erzeugt.

== Präsentationen zum Thema ==
* [[Media:Geothermie Präsentation.pptx|2013]]
* [[Media:Geothermie.pptx|2014]]

{{www}}
[[Kategorie:Wärmelehre]]

PCM

2026-01-29T09:54:09Z

Dg:

#REDIRECT [[Latentwärmespeicher]]
[[Kategorie:Wärmelehre]]

Latentwärmespeicher

2026-01-29T09:53:44Z

Dg:

{{navi|Energie|Energiespeicher}}
Latentwärmespeicher (= Kristallspeicher, PCM) speichern [[Wärmeenergie]] unter Ausnutzung der [[Schmelzwärme]], z. B. bei der [[Kristallisation]] von [[Salz|Salzen]] wie [[Dinatriumhydrogenphosphat]], [[Natriumacetat]] oder [[Natriumthiosulfat]].
== Referate ==
* [[Media:latentspeicher.ppt‎|2010]]
* [[Media:Latentwärmespeicher.pdf|2011]]

{{www}}
* [http://www.ibl.fh-muenster.de/chemiewiki/index.php/Kategorie:Latentw%C3%A4rmespeicher Experiment Latentwärmespeicher herstellen, erproben und analysieren]
* {{y|84Gi16cjTho}}
* [[Media:Na-Acetat.mov|Video zur Kristallisation von Natriumacetattrihydrat]]

[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Wärmelehre]]

Energiespeicher

2026-01-29T09:53:21Z

Dg:

{{navi|Energie|Kraftwerk}}
Bei der Gewinnung (besser: Umwandlung in) elektrischer [[Energie]] besteht z. B. in der Nacht das Problem, dass der Strombedarf im Netz niedriger ist als gleichzeitig elektrische Energie erzeugt wird, z. B. weil ein [[Atomkraftwerk]] nicht einfach während des Betriebes ausgeschaltet werden kann. Um die Wirtschaftlichkeit zu steigern, bietet es sich an, die nicht benötigte Energie zwischenzuspeichern, z. B. in:
* [[Batterie]]
* [[Bleiakkumulator]]
* [[Elastische Federn]]
* [[Elektrochemische Energiespeicher]]
* [[Kristallspeicher]]
* [[Latentwärmespeicher]]
* [[PCM|Latentwärmespeicher]]
* [[Pumpspeicherkraftwerk]]

{{www}}
* [http://www.dbresearch.de/PROD/DBR_INTERNET_DE-PROD/PROD0000000000284196/Moderne+Stromspeicher%3A+Unverzichtbare+Bausteine+der+Energiewende.pdf Deutsche Bank AG: Moderne Stromspeicher] Die DB-Studie analysiert, inwieweit die wachsenden Mengen regenerativer Elektrizität und damit das Auseinanderfallen von Stromproduktion und -verbrauch zum Verlust produzierter Elektrizität und der Gefährdung einer gesicherten Elektrizitätsversorgung führen können. Untersuchungsgegenstand ist die Frage, ob moderne Stromspeicher den Strukturwandel in der Energieversorgung positiv begleiten können. Mit Pumpspeichern und Speicherwasserkraftwerken, Druckluftspeichern, Wasserstoff- und Methanspeicherung (bzw. Methanisierung) werden technische Lösungsansätze thematisiert und mittels Effizienz- und Kostenkriterien bewertet.
[[Kategorie:Wärmelehre]]

Brennwert

2026-01-29T09:52:43Z

Dg:

#REDIRECT[[Reaktionsenthalpie#Brennwert]]

[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Wärmelehre]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]
[[Kategorie:Physikalische Größe]]

Zustandsformen der Materie

2026-01-29T09:51:36Z

Dg:

#REDIRECT [[Aggregatzustand]]
[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Physik]][[Kategorie:Wärmelehre]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]

Wirkungsgrad

2026-01-29T09:51:08Z

Dg:

{{navi|Energie|Thermodynamik}}
Energie kann weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur in andere Energieformen umgewandelt werden, s. [[Thermodynamik]].

Unter dem '''Wirkungsgrad''' (Formelzeichen: ''η'', griechischer Buchstabe "Eta") versteht man das Verhältnis zwischen nutzbarer [[Arbeit]] ''W'' und zugeführter [[Energie]] ''Ezu''. Die Nutzarbeit ''W'' entspricht vom Betrag der abgeführten Energie ''Eab''. Zusammengefasst als Formel:
{|
|-
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''η''|NL=|ZR=''[[Arbeit|Eab]]''|BR=────|NR=''[[Energie|Ezu]]''}}
| entsprechend als Verhältnis der [[Leistung]]:
| {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''η''|NL=|ZR=''[[Leistung|Pab]]''|BR=────|NR=''[[Leistung|Pzu]]''}}
|}

Da bei Energieumwandlungsvorgängen keine vollständige Umwandlung in lediglich die gewünschte Energieform erreicht wird, sondern dem betrachteten System ein Teil unerwünscht z. B. in Form von [[Wärmeenergie]] nach außen entweicht, liegt der Wirkungsgrad immer unter 1 bzw. 100%.

Beispiele:
* Ein [[Otto-Motor]] wandelt die über den Kraftstoff zugeführte chemische Energie nicht nur in nutzbare [[Bewegungsenergie]], sondern zum größten Teil in nicht nutzbare Wärmeenergie um, die über die [[Motorkühlung]] an die Umgebungsluft abgegeben wird. Dieser "Verlust" reduziert den Wirkungsgrad auf lediglich 30%, also 0,3.
* "Die gute alte" Glühlampe erreicht einen W. von lediglich 5%, also ''η'' ≈ 0,05.

{{www}}
{{cona|Chemie_Brennstoffzelle.pdf}} - Experimentelle Bestimmung des Wirkungsgrades einer Brennstoffzelle

== Übungsaufgabe ==
Ein Elektromotor liefert eine Leistung von 1,8 kW. Dem Motor ist ein Getriebe nachgeschaltet. Berechne die abgegebene Leistung an der Getriebeausgangswelle, wenn der Wirkungsgrad der Untersetzung a) ''η'' = 0,9025 bzw. b) ''η'' = 0,65 beträgt.
* [[Wirkungsgrad: Lösung|Lösung]]

[[Kategorie:Physik]][[Kategorie:Physikalische Größe]]
[[Kategorie:Wärmelehre]]
[[Kategorie:Lerngebiet 12.1: Komplexe technische Systeme analysieren]]
[[Kategorie:Lerngebiet 12.4: Technische Systeme optimieren]]

Wärmeleitfähigkeit

2026-01-29T09:50:35Z

Dg:

Die Wärmeleitfähigkeit ist das Vermögen eines Stoffes, [[Wärmeenergie]] mittels Wärmeleitung abzutransportieren.
== Experimente ==
{{chas|07-1, 07-2|Wärmeleitfähigkeit verschiedener Metalle im Vergleich}}
{{NiU|170|39 (2019)|Die Wärmeleitfähigkeit verschiedener Metalle}}
{{www}}

[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Physik]][[Kategorie:Physikalische Größe]][[Kategorie:Wärmelehre]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]
{{SORTIERUNG:{{#replace:{{PAGENAME}}|ä|a}}}}

Wärmekapazität

2026-01-29T09:50:08Z

Dg:

#REDIRECT [[spezifische Wärmekapazität]]
[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Wärmelehre]]
{{SORTIERUNG:{{#replace:{{PAGENAME}}|ä|a}}}}

Wärmeausdehnung

2026-01-29T09:49:46Z

Dg:

Die [[Dichte]] eines Stoffes (Gas, Flüssigkeit, Feststoff) verringert sich i. d. R. bei zunehmender [[Temperatur]], d. h. er dehnt sich aus.

Diesen Effekt kann nutzen, z.B. für:
* Thermometerskala (eingefärbter [[Alkohol]] steigt in einem feinen Glasrörchen in Abhängigkeit von der Temperatur)
* [[Aufschrumpfen]]
* Heißluftballon

Häufig jedoch bereitet die Wärmeausdehnung in der Technik Probleme, Abhilfemassnahmen zeigt die folgende [https://dwu-unterrichtsmaterialien.de/depot/pwl206f.gif Übersicht] (Quelle: [http://www.dwu-unterrichtsmaterialien.de/ Dieter Welz Unterrichtsmaterialien]).

Einen vergleichsweise niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt die Eisen-Nickellegierung [[Invar]].
== Wärmeausdehnung von Gasen ==
* [[Allgemeine Zustandsgleichung der Gase]]
== Übungsaufgaben ==
{{TM|Längen- und Volumenänderung, Schwinden|72}}
== Experiment ==
* Längenänderung von Werkstoffen bei Temperaturänderung, s. Technologie im Versuch Metalltechnik I, Blatt B1-2
{{www}}
* [http://www.burdeco.com/wp-content/uploads/2015/10/waermeausdehnung.pdf Liste von Wärmeausdehnungskoeffizienten]
* [http://www.froufrou.de/kalkulator/waermedehnung.html Wärmedehnungsrechner]
* [http://www.dwu-unterrichtsmaterialien.de/ Dieter Welz Unterrichtsmaterialien]

[[Kategorie:Physik]][[Kategorie:Wärmelehre]]
[[Kategorie:Werkstofftechnik]]
{{SORTIERUNG:{{#replace:{{PAGENAME}}|ä|a}}}}

Wärmedurchgangskoeffizient

2026-01-29T09:49:10Z

Dg:

{{SORTIERUNG:{{#replace:{{PAGENAME}}|ä|a}}}}
{{navi|Wärme|Temperatur}}
Der Wärmedurchgangskoeffizient ''k'' (= ''k''-Wert, ''U''-Wert) als stoffspezifische [[Größe]] ist wesentlich für alle Berechnungen bei Vorgängen, die mit Wärmeübertragung zu tun haben.

Über den ''k''-Wert lässt sich z. B. der Wärmedurchgang (= "Verlust[[leistung]]") ''P'' in [[Watt]] eines Dämmstoffes errechnen.

Die Verlustleistung ''P'' eines Dämmstoffes bzw. Körpers ist umso größer, je ...
* dünner die Materialstärke
* höher die Temperaturdifferenz Δ''T'' zwischen Innen- und Außentemperatur
* größer seine Oberfläche ''A''
* größer sein Wärmedurchgangskoeffizient ''k'' ist, zusammengefasst: {{Formel|1=''P'' = ''k''{{*}}''A''{{*}}Δ''T''}}

Damit gilt für den Wärmedurchgangskoeffizient ''k'':
{{Bruch|ist==|ZL=|BL=''k''|NL=|ZR=''P''|BR=─────|NR=''A{{*}}Δ''T''}}
in W/(m²K)
=== ''k''-Werte ausgewählter Baustoffe ===
Maßgeblich für den ''k''-Wert ist neben dem Material auch dessen '''Schichtstärke'''. Für andere Dicken als in der Tabelle gilt vereinfachend, dass sich die ''k''-Werte umgekehrt proporional zur Schichtstärke verhalten.
{| {{Tabelle}} class="prettytable sortable"
|+ Beispielwerte von Wärmedurchgangskoeffizienten
|-
! Stoff !! Dicke !! ca. ''k''-Wert in W/(m²K)
|-
| Beton || align="right" | 25 cm || align="center" | 3,3
|-
| [[Glas]] || align="right" | 0,3 cm || align="center" | 5,8
|-
| Glaswolle || align="right" | 8 cm || align="center" | 0,6
|-
| Mauerziegel || align="right" | 24 cm || align="center" | 2
|-
| Holz || align="right" | 20,5 cm || align="center" | 0,5
|-
| Holz (Fichte)|| align="right" | 6 cm || align="center" | 2,4
|-
| Porenbeton || align="right" | 20 cm || align="center" | 0,37
|-
| [[Acrylglas]] (Plexiglas) || align="right" | 0,5 cm || align="center" | 5,3
|-
| [[Polystyrol]]|| align="right" | 10 cm || align="center" | 0,35
|-
| [[Stahl]] || align="right" | 0,5 cm || align="center" | 6,5
|}

== Übungsaufgaben ==
{{TM|Wärmenergie|78}}

{{www}}

[[Kategorie:Physik]][[Kategorie:Physikalische Größe]]
[[Kategorie:Wärmelehre]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]