Aufbau des Spektrometers
Die Gesamtkonstruktion wird vorgestellt. Der Spalt wird aus einem Diarahmen mit Glasabdeckung und zwei Rasierklingen gebaut.
Spektrometer mit Digitalkamera
Bei dem Spektrometer handelt es sich um ein Gitterspektrometer, dessen Funktionsweise im Physikunterricht der Sekundarstufe II behandelt wird. Die Bauteile und ihre hier speziell für die Digitalfotografie gewählte Anordnung: Spalt (1), Blende (2), Gitter (3) und Digitalkamera (4).
Das zu untersuchende Licht fällt durch einen Spalt und eine Blende auf ein schräg gestelltes Durchlicht-Beugungsgitter. Hier wird ein Teil des Lichts gebeugt und in eine Digitalkamera gelenkt. Diese bildet den Spalt ab; er erscheint bei einfarbigem Licht als einzelne Spektrallinie. Spalt, Blende und Gitter sind in einem Gehäuse aus schwarzem Fotokarton montiert (Abb. 2). Der Abstand zwischen Spalt und Gitter beträgt etwa 20 Zentimeter. Gitter und Digitalkamera sind um etwa 30 Grad gegenüber der Einfallsrichtung des Lichtstrahls gedreht, sodass bei einer Gitterweite des montierten Gitters von einem Mikrometer das sichtbare Spektrum des Lichts in der Bildmitte erscheint.
An der Rückseite des Gehäuses befindet sich eine kreisförmige Öffnung, durch die passgenau das Objektiv einer Digitalkamera geführt wird. So kann von der Rückseite her kein Streulicht in das Spektrometer gelangen. Das Gehäuse besitzt einen abnehmbaren Deckel, der ein bequemes Auswechseln der Teile ermöglicht. Gehäuse und Kamera werden gemeinsam auf ein Holzbrettchen montiert und somit fest miteinander verbunden. Das Gehäuse wird festgeklebt und die Kamera angeschraubt. Schülerinnen und Schüler können das Spektrometer selbst bauen. Die Materialkosten einschließlich der für Spalt und Gitter betragen nur etwa drei Euro.
Der Spalt
Diarahmen mit Glasabdeckung und zwei Rasierklingen
Die Leistungsfähigkeit des Spektrometers wird durch die Eigenschaften von Spalt und Gitter bestimmt. Der Spalt sollte möglichst eng und die Gitterweite möglichst klein sein. Zur Herstellung des Spalts wird ein Diarahmen mit Glasabdeckung verwendet. Auf der Innenseite der Rückfront werden zwei Rasierklingen nebeneinander liegend auf die Glasfläche geklebt (Abb. 3). Hierfür wird ein langsam aushärtender Zweikomponentenkleber, beispielsweise "UHU plus endfest 300", verwendet, um genügend Zeit für die Ausrichtung der Klingen zu haben. Die beiden in der Mitte sehr eng beieinander liegenden Schneiden bilden den Spalt. Vor der Zusammensetzung des Spalts ist den Schülerinnen und Schülern ein umsichtiger Umgang mit den Rasierklingen zu demonstrieren, um Verletzungen zu vermeiden!
15 Mikrometer Spaltbreite
Die beiden Klingen, die mit dem noch weichen Kleber auf der Glasfläche haften, werden unter einer Lupe mit einem geeigneten Werkzeug vorsichtig in die gewünschte Position gebracht. Ihr Abstand, dessen genauer Wert nicht bekannt sein muss, kann unter einem Mikroskop gemessen werden oder durch ein Beugungsexperiment mit einem Laserstrahl bestimmt werden. Bei den weiter unten beschriebenen Experimenten wird ein nur 15 Mikrometer breiter Spalt verwendet, aber auch breitere Spalte konnten erfolgreich eingesetzt werden.Das Gitter
Als optisches Gitter dient eine Gitterfolie mit 1.000 Linien pro Millimeter beziehungsweise mit einer Gitterweite von einem Mikrometer. Die Folie kann preiswert beim AstroMedia-Verlag bezogen werden. Für die Gitterfolie dient wie beim Spalt ein Diarahmen als Halterung, diesmal allerdings ohne Glasabdeckung.
Weiterlesen
- Aufnahmen des Spektrums einer Energiesparlampe
Das Spektrum einer Energiesparlampe - aufgenommen mit verschiedenen Belichtungszeiten – vermittelt einen Eindruck von der Leistungsfähigkeit des Spektrometers.
- Kalibrierung und Auflösungsvermögen
Die Kalibrierung des Geräts gelingt in guter Näherung bereits durch zwei Wertepaare. Mit der Auflösung der Natrium-D-Linien ist die Grenze der spektralen Auflösung fast erreicht.
