Farbzerlegung durch Prismen und Gitter

Farbzerlegung durch Prismen

Wird weißes Licht auf ein Prisma gelenkt, so entsteht hinter dem Prisma ein prächtiges Farbband mit einer Reihe charakteristischer Farben (Bild 1). Es kommt zur Auffächerung des Lichtes in seine Bestandteile, die Spektralfarben. Spektralfarben sind die Farben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett. Die Farbzerlegung von Licht in seine Bestandteile wird auch als Dispersion bezeichnet.

Ursache für die Farbzerlegung

Die Ursache für die Dispersion des weißen Lichtes durch ein Prisma besteht in Folgendem: Licht unterschiedlicher Farbe und damit unterschiedlicher Wellenlänge hat in einem Stoff, z. B. in Glas, eine unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit. So ist in Glas die Ausbreitungsgeschwindigkeit von blauem Licht geringer als die von rotem Licht. Demzufolge wird nach dem Brechungsgesetz blaues Licht stärker gebrochen als rotes Licht (Bild 2). Infolge der unterschiedlichen Brechung der verschiedenen Anteile des weißen Lichtes kommt es zu einer Auffächerung des Lichtes, zur Bildung eines Spektrums. Man bezeichnet es auch als Prismenspektrum. Bei Verwendung von weißem Licht entsteht ein kontinuierliches Spektrum.

Farbzerlegung durch Gitter

Verwendet man anstelle eines Prismas ein optisches Gitter, so tritt an diesem Gitter Beugung auf. Das gebeugte Licht überlagert sich, wobei die Lage der Interferenzmaxima auf einem Schirm von der Wellenlänge abhängig ist (Bild 3). Es entstehen farbige Interferenzstreifen, die in ihrer Gesamtheit ein Spektrum bilden, das auch als Gitterspektrum bezeichnet wird. Bei Verwendung von weißem Licht entsteht wie beim Prisma ein kontinuierliches Spektrum.

Ein Prismenspektrum und ein Gitterspektrum unterscheiden sich lediglich in der Abfolge der Farben.Trifft einfarbiges Licht (Licht einer Wellenlänge bzw. Frequenz) auf ein Prisma oder auf ein Gitter, so wird das Licht zwar gebrochen bzw. gebeugt und interferiert, es kann aber nicht aufgespalten werden. Licht, das unterschiedliche Farben bzw. Wellenlängen enthält, wird dagegen in seine Bestandteile zerlegt.

Wellenlängen und Frequenzen der Spektralfarben

Der für uns sichtbare Bereich des Spektrums (Bild 4) umfasst einen Wellenlängenbereich von 390 nm bis 780 nm. Das entspricht einem Frequenzbereich von $\mathrm{7,7}\cdot {10}^{14}\text{ Hz bis 3}\text{,8}\cdot {\text{10}}^{\text{14}}\text{ Hz}$.
In Richtung größerer Wellenlängen (kleinerer Frequenzen) schließt sich das infrarote Licht an, in Richtung kürzerer Wellenlängen (größerer Frequenzen) das ultraviolette Licht.

Nachfolgend sind die Frequenzen und Wellenlängen für die sechs Spektralfarben angegeben. Aus den Daten ist erkennbar, dass jede Spektralfarbe einen bestimmten Wellenlängenbereich umfasst.
Es ist deshalb zu unterscheiden zwischen Licht einer Spektralfarbe (umfasst immer einen Wellenlängenbereich) und Licht einer bestimmten Wellenlänge (ist immer Teil des Lichtes einer Spektralfarbe).

Spektrallinien, die im Spektrum leuchtender Gase unter geringem Druck auftreten, kann im Unterschied zu Spektralfarben eine bestimmte Wellenlänge zugeordnet werden.