30 Tagekostenlos testen

Überzeugen Sie sich von der Qualität unserer Inhalte.

IR- und UV-Strahlung

Du möchtest schneller & einfacher lernen?

Dann nutze doch Erklärvideos & übe mit Lernspielen für die Schule.

sofatutor kostenlos testen
Bewertung

Ø 3.7 / 31 Bewertungen

Die Autor*innen
Avatar
André Otto
IR- und UV-Strahlung
lernst du in der Primarschule 5. Klasse - 6. Klasse - Sekundarstufe 1. Klasse - 2. Klasse

Grundlagen zum Thema IR- und UV-Strahlung

Inhalt

IR- und UV-Strahlung

Mit Sicherheit hast du schon einmal davon gehört, dass Licht in verschiedene Farben zerlegt werden kann. Ein Beispiel dafür ist der Regenbogen: Sonnenlicht, das eigentlich weiß erscheint, wird in seine Farbanteile aufgefächert. Das liegt daran, dass die Lichtanteile an den Regentropfen unterschiedlich stark abgelenkt werden. Zum Beispiel wird blaues Licht stärker abgelenkt als rotes Licht. Doch das, was wir im Regenbogen sehen, ist nur ein kleiner Teil des sogenannten elektromagnetischen Spektrums.

Das elektromagnetische Spektrum

Im elektromagnetischen Spektrum wird Licht bzw. elektromagnetische Strahlung anhand ihrer Wellenlänge in verschiedene Bereiche unterteilt. Vielleicht weißt du schon, dass Lichtstrahlen als Wellen beschrieben werden können. Die Wellenlänge gibt dabei an, wie groß der Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenbergen ist. Sie bringt auch weitere Eigenschaften mit sich: Zum Beispiel hat Licht mit kleiner Wellenlänge eine größere Energie als Licht mit großer Wellenlänge. Außerdem hat die Strahlung, je nach Wellenlängenbereich, unterschiedliche Einflüsse auf Körper und Materialien. Zum Beispiel können wir Wellenlängen eines bestimmten Bereichs mit dem Auge wahrnehmen. Diesen Bereich bezeichnet man als sichtbares Spektrum. In diesem Teil des Spektrums wird die Wellenlänge in Nanometern (nm) angegeben. Ein Nanometer ist ein milliardstel Meter. Der Wellenlängenbereich vom sichtbaren Licht ist vergleichbar mit der Größe von Einzellern, zum Beispiel Bakterien. Es handelt sich also um ganz kleine Dimensionen.

Elektromagnetisches Spektrum UV VIS IR

An die untere Seite des sichtbaren Spektrums, also hin zu kleineren Wellenlängen, knüpft die Ultraviolettstrahlung an. Der Name bezieht sich darauf, dass der Strahlungsbereich jenseits der kleinsten sichtbaren Wellenlänge liegt, die der Farbe Violett zugeordnet werden kann. Die Wellenlänge der Ultraviolettstrahlung ist vergleichbar mit der Dimension von einzelnen Molekülen.
Der Bereich, der oberhalb des sichtbaren Spektrums liegt, wird als Infrarotstrahlung bezeichnet. Hier werden längere Wellenlängen als die des roten Lichtes abgedeckt. Diese Größenordnung kann man sich schon besser vorstellen: Als Vergleich dient zum Beispiel eine Nadelspitze.

Im Allgemeinen gilt die folgende Zuordnung:

Bezeichnung der Strahlung Wellenlängenbereich
Ultraviolettstrahlung 10 nm bis 380 nm
sichtbare Strahlung 380 nm (violettes Licht) bis 780 nm (rotes Licht)
Infrarotstrahlung 780 nm bis 1 mm

Was genau ist UV-Strahlung?

Ultraviolettstrahlung, auch UV-Strahlung oder Schwarzlicht, nehmen wir mit dem Auge nicht wahr – aber sie ist dir bestimmt im Zusammenhang mit dem Sonnenlicht bekannt. Das UV-Licht folgt einer Einteilung nach Wirkung und Wellenlänge: Es gibt die Bereiche UV-A $(315-380~\text{nm})$, UV-B $(230-315~\text{nm})$ und UV-C $(100-280~\text{nm})$. UV-A- und UV-B-Strahlen können gut in biologisches Gewebe eindringen und führen zur Bräunung, aber auch zu Sonnenbrand und langfristigen Schäden. Die UV-C-Strahlung der Sonne wird an Luftschichten in der Erdatmosphäre stark gestreut und gelangt deshalb nicht zur Erdoberfläche.
Vielleicht hast du schon einmal vom UV-Index gehört? Dieser gibt an, wie hoch die an einem Tag zu erwartende UV-Strahlung ist, die einen Sonnenbrand bewirken kann. Diesen Index kannst du als Maß dafür nehmen, wie stark du dich vor der Sonnenbestrahlung schützen solltest. In der Regel nimmt der UV-Index Werte zwischen 0 und 11 an. Werte, die größer als 11 sind, bedeuten eine extrem hohe Gefährdung.

Die hohe Wechselwirkung des UV-Lichts mit den Eigenschaften der Haut wird zum Beispiel in Solarien ausgenutzt. Dort wird der Körper zur Bräunung mit UV-Licht bestrahlt.

Vielleicht warst du auch schon mal in einer Schwarzlichtshow? In einem ansonsten dunklen Raum werden durch UV-Strahlung Stoffe zum Leuchten angeregt. Das klappt besonders bei Materialien mit optischen Aufhellern, zum Beispiel weißen Schnürsenkeln.

Aber auch in der Medizin und Wissenschaft findet UV-Licht Anwendung: Hast du beim Zahnarzt vielleicht schon mal eine Zahnfüllung aus Kunststoff bekommen? Diese wird mithilfe von UV-Strahlung ausgehärtet. Außerdem wird UV-Strahlung häufig in der Mikroskopie oder Spektroskopie eingesetzt, weil man so andere Strukturen untersuchen kann als mit sichtbarem Licht.

Die Entdeckung des ultravioletten Lichts wird übrigens dem deutschen Physiker Johann Wilhelm Ritter zugeschrieben. Anfang des 19. Jahrhunderts fand er heraus, dass Strahlen jenseits des violetten Lichts besonders effizient bei der Schwärzung von Silbersalzen waren.

Was ist IR-Strahlung?

Infrarot-Strahlung, auch IR-Strahlung genannt, spüren wir in Form von Wärme. Das liegt daran, dass Infrarotstrahlung einen großen Teil der Wärmestrahlung ausmacht, die von einem Körper ausgesandt wird. Auch die IR-Strahlung kann man, je nach Wellenlänge, unterteilen. Es gibt die Bereiche NIR (nahes Infrarot, $780~$nm$-3~$$\mu$m), MIR (mittleres Infrarot, $3-50~$$\mu$m) und FIR (fernes Infrarot, $50~$$\mu$m$-1~$mm).

Den Zusammenhang von Infrarotstrahlung und Wärme kann man in vielen Anwendungen nutzen: Bestimmt kennst du Wärmelampen. Diese senden IR-Strahlung aus und wärmen uns auf diese Weise. Andersherum kann man mithilfe der Infrarotstrahlung, die von Körpern ausgeht, kontaktlose Temperaturmessungen machen: Dieses Prinzip findet zum Beispiel in Wärmebildkameras oder Nachtsichtgeräten Anwendung.

Auch in der Wissenschaft wird die Infrarotstrahlung genutzt: Mit ihrer Hilfe können zum Beispiel Molekülbewegungen angeregt werden. Die sogenannte Infrarot-Spektroskopie dient auf diese Weise der Analyse von Substanzen.

Die Entdeckung des infraroten Lichtes war übrigens zufällig: Um 1800 untersuchte Friedrich Wilhelm Herschel, ein deutsch-britischer Wissenschaftler, die Temperatur verschiedener Farbanteile des Sonnenlichts. Dabei fand er heraus, dass die höchste Temperatur jenseits des roten Lichts angezeigt wurde. Zwar konnte er diese Strahlung nicht sehen, schloss aber aus seinen Beobachtungen, dass das Sonnenlicht sich auch über das sichtbare Spektrum hinaus fortsetzt.

Transkript IR- und UV-Strahlung

Hallo und ganz herzlich Willkommen. In diesem Video geht es um IR- und UV-Strahlung. Du kennst bereits Lichtausbreitung, Lichtbrechung und Lichtdurchlässigkeit. Nachher weißt du, wo du IR-Strahlung und UV-Strahlen bei den Spektralfarben einzuordnen hast. Du kennst die Eigenschaften und die Verwendung beider Arten von Strahlung. Und schon geht es los. Das ist ein optisches Prisma im Querschnitt. Darauf trifft ein Bündel von weißem Licht. Beim Durchlaufen des Prismas wird das Licht zweifach gebrochen. Ihr habt gelernt, dass man dabei Licht verschiedener Farben erhält; von Rot bis Blau und sogar Violett. Weißes Licht wird also in verschiedene Farben zerlegt, vom roten bis zum blauen, sogar violetten Bereich. Die Zerlegung des weißen Lichts in Licht verschiedener Farben wird als Dispersion bezeichnet. In der Animation sieht das so aus. Schön, nicht? Kommen wir nun zum Farbspektrum von weißem Licht. Hier sehen wir die wichtigsten Farben, in die weißes Licht durch ein Prisma zerlegt wird. Das Farbspektrum des weißen Lichts geht von Rot bis Blau, man sagt sogar bis Violett. Gibt es vor dem Rot noch etwas? Und ist bei Violett wirklich schon Schluss? Ja, da gibt es noch etwas. Es gibt Licht, das man mit dem bloßen Auge nicht sehen kann. Dieses Licht ist für das menschliche Auge unsichtbar. Was ist denn aber nun am Anfang und am Ende? Vor dem roten Licht kommt unsichtbares Licht, welches man als infrarotes Licht bezeichnet. Man sagt dazu auch IR-Strahlen. Nach dem violetten Licht kommt wieder unsichtbares Licht, dieses bezeichnet man als ultraviolettes Licht oder man sagt dazu UV-Strahlen. Sowohl IR-Strahlen als auch UV-Strahlen sind für das menschliche Auge unsichtbar. IR-Strahlung und UV-Strahlung können verschieden wirken: Gutes und böses Licht. IR-Strahlung kann gut oder böse sein. IR-Strahlung kann unterschiedlich wirken, IR-Strahlung spendet uns Wärme, durch sie wird es schön wärm. Die Kehrseite, schädlich für uns ist, dass wir starke IR-Strahlung durch Brände erhalten. Wegen ihrer Wirkung bezeichnet man IR-Strahlung auch als Wärmestrahlung. UV-Strahlung zeigt ebenfalls gute oder schlechte Wirkungen. UV-Strahlen schädigen viele Stoffe, so auch die Haut, es kommt zum Sonnenbrand. Für die nützliche Verwendung der UV-Strahlung gibt es viele Beispiele, so die Mikroelektronik. UV-Strahlung könnte man auch volkstümlich als gefährliche Sonnenstrahlen bezeichnen. Kommen wir nun zu den Anwendungen der IR-Strahlung. IR-Strahlung liefert Wärme. Ein Beispiel dafür ist der Heizstrahler. In der Elektronik und Computertechnik gibt es breite Anwendung, und zwar bei der Infrarot-Schnittstelle. Ein Beispiel dafür, haben unsere jungen Cutter gesagt, ist die Spielekonsole Wii. Polizei und Militär verwenden IR-Strahlung, und zwar in Nachtsichtgeräten. IR-Strahlung wird in der Kunst verwendet. Das ist das Original eines Gemäldes von Raffael, Grabtragung Christi. Mit infraroten Strahlen konnte man sichtbar machen, was darunter gemalt wurde, die Unterzeichnung oder Skizze. Das geplante Bild sah dann so aus; hier wurde ein Walross getragen, was Raffael dazu bewegt hat, kann allerdings Infrarot nicht klären. In der Medizin ist IR-Strahlung sehr wichtig, man spricht hier von Rotlicht, dabei handelt es sich um keine Ampel im Straßenverkehr. Eingesetzt wird Rotlicht bei Erkrankungen von Nase und Rachen. Große Bedeutung hat IR-Strahlung in der Analytik, das heißt in der Untersuchung von Stoffen, man nennt die Methode IR-Spektroskopie. Man setzt die Methode für die Untersuchung von Teilchen ein, hauptsächlich von Molekülen. Mit IR-Strahlen kann man Vegetation aus der Luft gut beobachten. Eine ganz wichtige Anwendung von infrarotem Licht ist der Abfall, es findet Kunststoff im Müll und hilft den Müll zu trennen. So viele und noch mehr nützliche Anwendungen gibt es für die IR-Strahlung. Und nun die UV-Strahlung. UV-Strahlung tötet Bakterien und Viren, sie wird verwendet für die Desinfektion. Man desinfiziert Wasser, Luft und Klimakanäle. UV-Strahlung dient der Hygienekontrolle; man stellt fest, ob gewaschene Hände tatsächlich sauber sind. Auch UV-Strahlung wird in der Analytik verwendet. Analytik, das wisst ihr ja schon, ist die Untersuchung von Stoffen. Na klar, und hier heißt das Verfahren, UV-Spektroskopie. Genauer gesagt, werden Teilchen untersucht und meistens Moleküle. So komisch es klingt, UV-Strahlung braucht man für Leuchtdioden und zwar für weiße LEDs. Ganz wichtig ist die Anwendung von UV-Licht in der Gerichtsmedizin, die Strahlen dienen dem Sichtbarmachen von Blutspuren. Holla, auch bei Hühnereiern, ihr werdet es nicht glauben, mit UV-Strahlung stellt man fest, ob ein Ei aus Bodenhaltung oder einer Legebatterie stammt. Dann haben wir noch die Materialprüfung, so wie bei einer Oberleitung. In der Zahnmedizin dienen UV-Strahlen der Aushärtung von Kunststoff, vielleicht wurden eure Zähne versiegelt, dann sagt die Zahnärztin: „Gleich macht es Piep!“, und so lange wirkt die UV-Strahlung ein. So viele nützliche Anwendungen gibt es für UV-Strahlungen, aber eine Sache möchte ich euch noch sagen: Denkt bitte an die Sonne. Ob auf der Sonnenbank oder am Strand, Sonnenbaden ist immer schädlich, die Betonung liegt bei Baden, lange, intensiv und häufig. So, es heißt wieder Abschied nehmen, das war ein weiterer Film von André Otto. Ich wünsche Euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.

5 Kommentare

5 Kommentare
  1. cooool

    Von Inés, vor 4 Monaten
  2. ja ganz ok

    Von SkyTown_Jim, vor 7 Monaten
  3. Sehr hilfreich ^_^

    Von Orkanarslan, vor fast 4 Jahren
  4. alles klar , danke

    Von Niclas w., vor mehr als 4 Jahren
  5. war schwer aber ich hab es geschafft

    Von Niclas w., vor mehr als 4 Jahren

IR- und UV-Strahlung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video IR- und UV-Strahlung kannst du es wiederholen und üben.
  • Fasse zusammen, was du über weißes Licht und dessen Zerlegung weißt.

    Tipps

    Die sichtbaren Vorgänge bei der Bestrahlung eines Prismas mit weißem Licht sind in der Abbildung dargestellt.

    Was kannst du in der Abbildung erkennen, und was nicht?

    Lösung

    Tritt Licht von einem Medium in ein anderes Medium ein, so tritt Brechung auf. Weißes Licht wird beim Durchgang durch ein Prisma aus Glas also zweimal gebrochen - einmal am Übergang von der Luft zum Glas und einmal am Übergang vom Glas in Luft. Dabei wird das Licht in seine einzelnen Bestandteile aufgespalten. Diesen Vorgang nennt man Dispersion. Wie in der Abbildung zu sehen ist, wird rotes Licht nicht so stark gebrochen wie blaues oder violettes Licht. An einem Prisma sieht man also einen kleinen Regenbogen.

    Aber was für Prozesse laufen an dem Prisma außerdem ab, die das menschliche Auge nicht wahrnehmen kann? Strahlung, die für das menschliche Auge unsichtbar ist, wird ebenfalls gebrochen. Noch weniger stark als das rote sichtbare Licht wird dabei infrarotes Licht (IR-Strahlung) gebrochen. Noch stärker als das violette Licht wird das ultraviolette Licht (UV-Strahlung) gebrochen. Diese beiden Strahlungsformen ergänzen zu beiden Seiten das Spektrum des sichtbaren Lichtes.

  • Gib an, wozu man IR-Strahlung und UV-Strahlung nutzbringend einsetzen kann.

    Tipps

    Welche unsichtbare Strahlung schließt sich an den sichtbaren roten Bereich des Lichtspektrums an? (1. Liste)

    Welche unsichtbare Strahlung schließt sich an den sichtbaren violetten Bereich des Lichtspektrums an? (2. Liste)

    Lösung

    Sowohl IR-Strahlung als auch UV-Strahlung finden viele praktische Anwendungen in der heutigen Umwelt. In den Listen ist jeweils eine Auswahl an Anwendungsbeispielen vermerkt.

    In der oberen Liste sind Anwendungen für die IR-Strahlung genannt, die sich an den roten Bereich des sichtbaren Lichtspektrums anschließt. Sie besitzt vergleichsweise große Wellenlängen. In der unteren Liste hingegen findest du Anwendungen für UV-Strahlung, die sich an den sichtbaren violetten Bereich des Lichtspektrums anschließt. UV-Strahlung ist daher vergleichsweise kurzwellig.

  • Leite ab, welche Strahlungsbereiche Bienen mit ihren Augen wahrnehmen können.

    Tipps

    Das ist das Farbspektrum des für das menschliche Auge sichtbaren Lichtes. nm steht für die Längeneinheit Nanometer ($10^{-9}m$).

    Welche Wellenlängen können Bienen wahrnehmen und welcher Farbe entsprechen diese?

    Welche Wahrnehmung der Bienenaugen liegt außerhalb des gezeigten Farbspektrums und in welchem für das menschliche Auge unsichtbaren Strahlungsbereich liegt sie damit?

    Lösung

    Bienen können die Farben Grün (530 nm) sowie Blau (450 nm) und das für das menschliche Auge unsichtbare UV-Licht (350 nm) wahrnehmen. Keine Rezeptoren besitzen sie hingegen für den roten Teil des für das menschliche Auge sichtbaren Lichts. Rote Blüten erscheinen für Bienen daher Schwarz.

    Die Wahrnehmung einer Blumenwiese ist daher aus Bienensicht gänzlich anders als bei uns. Besonders wichtig ist dabei die UV-Strahlung. Sie markiert häufig für die Bienen die Blüten, damit diese bestäubt werden. Viele Blüten besitzen richtige Muster, die aus ultravioletter Strahlung bestehen und uns daher verborgen bleiben. Die grünen Blätter und Gräser reflektieren viel UV-Licht. Blüten, die fast das gesamte UV-Licht absorbieren, fallen Bienen daher ebenfalls stark auf.

    Datenquelle: http://www.farbimpulse.de/UV-statt-Rot-Wie-Honigbienen-Farben-sehen.169.0.html (Abruf am 12.04.2016 um 11:00 Uhr)

  • Bewerte die Wirkungen der verschiedenen UV-Strahlungen auf den menschlichen Körper.

    Tipps

    Nicht alle Strahlungstypen haben sowohl positive als auch negative Wirkungen auf die menschliche Haut.

    Lösung

    Der Vergleich der unterschiedlichen Strahlungstypen, der die Haut ausgesetzt sein kann, zeigt: Alle Typen können bei zu hoher Belastung zu teilweise gravierenden Schäden der Haut und damit auch des gesamtem Organismus führen. Der sanfte Aufbau einer natürlichen Bräune, das Verwenden einer Sonnencreme mit ausgewogenem UV-A- und UV-B-Filter, die auf die Bedürfnisse der jeweiligen Haut abgestimmt ist, sowie das Meiden intensiver Bestrahlung durch die Mittagssonne im Sommer oder die Sonnenbank kann langfristig die Hautgesundheit und die Gesundheit des gesamten Körpers positiv beeinflussen.

    Denn neben den schädigenden Wirkungen hat das Sonnenlicht auch viele positive Wirkungen. Neben der Vitamin-D-Produktion durch die UV-B-Strahlung gehört dazu auch die Bildung von Glückshormonen. Und noch ein Organ ist von zu starker UV-Strahlung bedroht: die Augen, die durch die für sie unsichtbare Strahlung bis zur Erblindung geschädigt werden können. Also beim nächsten sonnigen Spaziergang Sonnenbrille nicht vergessen!

  • Benenne die positiven und die negativen Wirkungen von IR- und UV-Strahlung.

    Tipps

    Ergänze zunächst den Tabellenkopf mit den möglichen Wirkungen.

    Ordne dann IR- und UV-Strahlung in die Tabellenspalte links ein.

    Ergänze zuletzt die fehlenden positiven beziehungsweise negativen Wirkungen der beiden Strahlungsformen.

    Lösung

    Beide Strahlungsformen, also sowohl IR-Strahlung als auch UV-Strahlung, besitzen positive aber auch negative Wirkungen.

    Die IR-Strahlung, also infrarotes Licht, wird auch als Wärmestrahlung bezeichnet. Alle Körper besitzen eine Temperatur und strahlen mehr oder weniger Energie in Form von Wärmestrahlung ab. Wärme ist für uns und andere Organismen lebensnotwendig und kann medizinisch beispielsweise in Form von Infrarotlampen zur Heilung von Erkrankungen des Nasen- und Rachenraums eingesetzt werden. Infrarotstrahlung geht aber auch von Wärmequellen aus, die durch ihre hohe Temperatur lebensbedrohlich sind. Die Infrarotstrahlung von Bränden kann tödlich wirken.

    UV-Strahlung, also ultraviolettes Licht, wird umgangssprachlich als gefährliche Sonnenstrahlen bezeichnet. Diesen Namen besitzt die UV-Strahlung, weil sie Stoffe und dabei auch insbesondere die Haut in Form von Sonnenbränden schwer schädigen kann. UV-Strahlung besitzt jedoch auch viele positive Wirkungen. So wird sie beispielsweise in der Mikroelektronik eingesetzt.

  • Analysiere die Positionen von IR- und UV-Strahlung im elektromagnetischen Spektrum.

    Tipps

    Links sind Spektralbereiche mit sehr kleinen Wellenlängen (bis etwa $10^{-16}~m$), rechts mit sehr großen Wellenlängen (bis etwa $10^{6}~m$) dargestellt.

    Das sichtbare Licht und die angrenzenden Strahlungsbereiche sind im unteren Teil des Bildes noch einmal vergrößert dargestellt.

    Lösung

    Im elektromagnetischen Spektrum besitzt $\gamma$-Strahlung die geringsten Wellenlängen im Bereich von $10^{-13}~m$. Sie tritt beispielsweise bei radioaktiven Zerfällen auf und ist schädlich für Lebewesen. Sie wird aber auch im medizinischen Bereich bei der Strahlentherapie eingesetzt.

    Im Bereich von $10^{-13}~m$ bis $10^{-9}~m$ liegen die Wellenlängen von Röntgenstrahlung. Diese kann mit Röntgengeräten erzeugt werden und ist in der Medizin ein bekanntes Diagnoseinstrument.

    Es folgt die dir bekannte UV-Strahlung mit Wellenlängen zwischen $1~nm$ und $380~nm$. Daran schließt sich das sichtbare Licht mit Wellenlängen zwischen $380~nm$ (violett) und $780~nm$ (rot) an. Noch größer sind die Wellenlängen der IR-Strahlung, die zwischen $780~nm$ (violett) und $10^{-3}~m$ liegt.

    Danach gelangen die Wellenlängen in Größenordnungen, die uns auch aus dem Alltag bekannt sind. Mikrowellen besitzen Wellenlängen zwischen $10^{-3}~m$ und $1~m$. Sie treten natürlich als kosmische Hintergrundstrahlung auf, werden aber auch vielfältig in der Technik zum Beispiel bei Radar und Mobilfunk eingesetzt.

    Noch größere Wellenlängen besitzen Radiowellen. $10~m$ bis $10^{4}~m$ umfasst ihr Wellenlängenbereich. Sie dienen unter anderem dem Empfang von Radiosignalen.

30 Tage kostenlos testen
Mit Spass Noten verbessern
und vollen Zugriff erhalten auf

2'230

sofaheld-Level

3'746

vorgefertigte
Vokabeln

10'218

Lernvideos

42'369

Übungen

37'404

Arbeitsblätter

24h

Hilfe von Lehrer*
innen

laufender Yeti

Inhalte für alle Fächer und Schulstufen.
Von Expert*innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.

30 Tage kostenlos testen

Testphase jederzeit online beenden