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Gymnasium 6 · Physik
Licht, Strom und Magnetismus im Alltag · Lichtausbreitung und Sehen

Strahlung, Schutz und Signalwirkung

Es ist Juli, und Familie Schmidt liegt an der Nordsee am Strand. Der Himmel ist bewölkt, es weht ein kühler Wind – und abends ist die Haut trotzdem rot. Wie kann das sein? Und warum leuchten im Dunkeln die Reflektoren an deinem Fahrrad, obwohl sie gar keine Lampe haben? Beides klären wir in diesem Abschnitt der Physik: Es geht um unsichtbare Strahlung, um Schutz und um Signale.

Infrarot, sichtbares Licht und UV

Die Sonne sendet nicht nur Licht aus, das wir sehen. Sie strahlt auch Infrarotstrahlung (IR) und Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung) aus. Beide kannst du nicht sehen, aber ihre Wirkungen spürst du.

Die drei Strahlungsarten der Sonne: Infrarot, sichtbares Licht und Ultraviolett nebeneinander angeordnet Infrarot (IR) sichtbares Licht Ultraviolett (UV) Wärme Sehen Sonnenbrand

Eine Wärmelampe im Stall oder ein Heizstrahler sendet vor allem IR aus. Wenn du davor stehst, wird deine Haut warm: Sie nimmt die Strahlung auf und wird wärmer. Die UV-Strahlung dagegen spürst du nicht. Deshalb merkst du einen Sonnenbrand erst, wenn es zu spät ist.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Sonnenlicht enthält neben dem sichtbaren Licht auch Infrarot- (IR) und Ultraviolettstrahlung (UV). a) Welche der beiden Strahlungsarten spürst du als Wärme? b) Welche…

Sonnenlicht enthält neben dem sichtbaren Licht auch Infrarot- (IR) und Ultraviolettstrahlung (UV).

  1. a) Welche der beiden Strahlungsarten spürst du als Wärme?
  2. b) Welche der beiden Strahlungsarten kann Sonnenbrand verursachen?
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Üben★★☆Nicht begonnen
Eine Wärmelampe (IR) und ein Handy-Display (sichtbares Licht) werden im Alltag genutzt. a) Erkläre, warum man bei der Wärmelampe Wärme spürt, beim Handy-Display aber…

Eine Wärmelampe (IR) und ein Handy-Display (sichtbares Licht) werden im Alltag genutzt.

  1. a) Erkläre, warum man bei der Wärmelampe Wärme spürt, beim Handy-Display aber kaum.
  2. b) In welche Energieform wird die Lichtenergie bei einem dunklen Auto in der Sonne umgewandelt?
  3. c) Warum wird ein schwarzes Auto im Sommer heißer als ein weißes?
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Schutz vor Sonne und hellem Licht

UV-Strahlung schädigt die Haut und die Augen. Sehr helles Licht blendet und kann die Netzhaut verletzen. Du kannst dich mit einfachen Maßnahmen schützen:

  • Kleidung: T-Shirt, lange Ärmel, Hut oder Kappe mit Schirm

  • Sonnencreme mit passendem Lichtschutzfaktor (LSF)

  • Schatten aufsuchen, besonders mittags

  • Sonnenbrille mit UV-Schutz (am besten mit dem Zeichen „UV 400“ oder CE)

  • bei Schnee und im Hochgebirge: Schneebrille oder Gletscherbrille

  • nie direkt in die Sonne oder in sehr helle Lampen schauen (auch nicht bei einer Sonnenfinsternis ohne Spezialbrille)

Besonders gefährdet ist helle Haut, und Kinder müssen besonders gut geschützt werden. Auch in den Bergen ist die UV-Belastung höher: Die Luftschicht über dir ist dünner und filtert weniger UV-Strahlung heraus. Schnee wirft zusätzlich viel Strahlung zurück. Wasser und heller Sand werfen etwas Strahlung zurück, aber deutlich weniger als Schnee. Am Strand kommt die Strahlung also vor allem von oben, ein kleiner Teil zusätzlich von unten.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Nenne drei Schutzmaßnahmen gegen Sonnenbrand und zwei Schutzmaßnahmen für die Augen bei sehr hellem Licht.

Nenne drei Schutzmaßnahmen gegen Sonnenbrand und zwei Schutzmaßnahmen für die Augen bei sehr hellem Licht.

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Üben★★☆Nicht begonnen
Familie Schmidt macht im Juli Urlaub an der Nordsee. Ihr Sohn Tim ($10$ Jahre) hat helle Haut. a) Warum ist der UV-Anteil am Strand auch bei Wolken oder Wind hoch? b)…

Familie Schmidt macht im Juli Urlaub an der Nordsee. Ihr Sohn Tim ($10$ Jahre) hat helle Haut.

  1. a) Warum ist der UV-Anteil am Strand auch bei Wolken oder Wind hoch?
  2. b) Nenne vier konkrete Maßnahmen zum Schutz von Tim.
  3. c) Was bedeutet der Lichtschutzfaktor 30 grob?
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Üben★★★Nicht begonnen
Eine Schulklasse plant einen Wandertag im Hochgebirge (Zugspitze, $2.962\ \text{m}$). Der UV-Index ist dort höher als in Köln. a) Begründe, warum die UV-Belastung in der…

Eine Schulklasse plant einen Wandertag im Hochgebirge (Zugspitze, $2.962\ \text{m}$). Der UV-Index ist dort höher als in Köln.

  1. a) Begründe, warum die UV-Belastung in der Höhe größer ist.
  2. b) Erstelle einen Schutzplan mit mindestens fünf Maßnahmen und begründe zwei davon physikalisch.
  3. c) Beurteile die Aussage: „Bei kühlem Wetter braucht man keinen Sonnenschutz.“
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Lichtenergie wird umgewandelt

Licht transportiert Energie. Trifft Licht auf einen Körper, wird die Lichtenergie umgewandelt – je nach Körper in andere Energieformen.

Körper Lichtenergie wird zu …
Solarzelle elektrischer Energie
Pflanzenblatt chemischer Energie (Fotosynthese)
dunkle Straße, Auto thermischer Energie (Wärme)
Haut thermischer Energie, bei UV zusätzlich Hautreaktionen

Dunkle Oberflächen absorbieren viel Licht und werden deshalb heiß. Helle Oberflächen werfen viel Licht zurück (Reflexion, Streuung) und bleiben kühler. Darum wird ein schwarzes Auto im Sommer heißer als ein weißes.

Merke: Bei jeder Umwandlung wird ein Teil der Energie „entwertet“: Sie geht als Wärme an die Umgebung und lässt sich nicht mehr nutzen. Die Energie verschwindet nicht, aber sie ist nicht mehr nützlich.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Eine Solarzelle auf dem Dach einer Schule in Münster wird von der Sonne beschienen. a) In welche Energieform wird die Lichtenergie umgewandelt? b) Nenne ein zweites…

Eine Solarzelle auf dem Dach einer Schule in Münster wird von der Sonne beschienen.

  1. a) In welche Energieform wird die Lichtenergie umgewandelt?
  2. b) Nenne ein zweites Gerät, das Lichtenergie umwandelt, und gib die Energieform an, in die es sie wandelt.
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Üben★★★Nicht begonnen
Eine Solarlampe im Garten lädt tagsüber einen Akku auf und leuchtet nachts mit einer LED. a) Beschreibe die Energieumwandlungen von der Sonne bis zum Licht der LED. b)…

Eine Solarlampe im Garten lädt tagsüber einen Akku auf und leuchtet nachts mit einer LED.

  1. a) Beschreibe die Energieumwandlungen von der Sonne bis zum Licht der LED.
  2. b) Nenne die Umwandlungsschritte, bei denen auch nicht nutzbare Wärme (thermische Energie) entsteht.
  3. c) Warum leuchtet die Lampe im Winter schwächer und kürzer?
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Reflektoren und Warnwesten

Im Dunkeln sehen dich Autofahrer nur, wenn Licht von dir in ihr Auge kommt. Du selbst leuchtest nicht, du bist ein beleuchteter Körper. Fahrradreflektoren, Katzenaugen und Warnwesten helfen dabei.

Ein Rückstrahler (Reflektor) besteht aus vielen kleinen Prismen oder Hohlspiegeln. Sie werfen das Licht zurück in die Richtung, aus der es kam – egal, aus welchem Winkel es einfällt. Ein flacher Spiegel würde das Licht nur zurückwerfen, wenn er genau senkrecht zum Lichtstrahl stünde. Sonst ginge das Licht an einer anderen Stelle vorbei.

Vergleich: Ein flacher Spiegel lenkt das Licht eines Autos zur Seite, ein Reflektor wirft es zurück zum Auto Flacher Spiegel Reflektor (Katzenauge) einfallender Strahl zurückgeworfener Strahl Spiegel Auto Auto einfallender Strahl zurückgeworfener Strahl

Warnwesten arbeiten anders: Sie sind fluoreszierend gelb oder orange. Solche Farben fallen besonders auf, weil sie auch bei Dämmerung sehr hell wirken. Die silbernen Streifen darauf sind Reflektoren. Sie werfen das Scheinwerferlicht zurück zum Fahrer.

Zurück zum Anfang: Am Strand kam die UV-Strahlung durch die Wolken, die Haut spürte sie nicht – und so entstand der Sonnenbrand trotz Kühle. Im Dunkeln siehst du die Reflektoren am Fahrrad, weil sie das Licht der Autoscheinwerfer gerichtet zurückwerfen.

Üben★★☆Nicht begonnen
Warnwesten, Fahrradreflektoren und Katzenaugen an der Straße. a) Erkläre, wie ein Fahrradreflektor (Rückstrahler) Licht zurückwirft. b) Warum sieht der Autofahrer den…

Warnwesten, Fahrradreflektoren und Katzenaugen an der Straße.

  1. a) Erkläre, wie ein Fahrradreflektor (Rückstrahler) Licht zurückwirft.
  2. b) Warum sieht der Autofahrer den Reflektor, obwohl er keine eigene Lichtquelle ist?
  3. c) Warum sind Warnwesten fluoreszierend gelb oder orange?
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Üben★★★Nicht begonnen
Katzenaugen an einer Leitplanke bestehen aus vielen kleinen Prismen oder Hohlspiegeln, die Licht in Richtung der Lichtquelle zurückwerfen. Ein normaler flacher Spiegel…

Katzenaugen an einer Leitplanke bestehen aus vielen kleinen Prismen oder Hohlspiegeln, die Licht in Richtung der Lichtquelle zurückwerfen. Ein normaler flacher Spiegel würde das Licht nur dann zur Lichtquelle zurückwerfen, wenn das Licht genau senkrecht auf ihn träfe.

  1. a) Erkläre, warum ein Katzenauge für den Autofahrer besser sichtbar ist als ein flacher Spiegel.
  2. b) Vergleiche Katzenauge und weißes Papier hinsichtlich Reflexion und Streuung.
  3. c) Bewerte die Wirksamkeit von Reflektoren und Warnwesten an Fußgängern bei Dunkelheit: Welche Rolle spielt die Lichtquelle?
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Auf einen Blick

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