ANLEITUNG PhotonLab
Bevor es losgeht! — Wir empfehlen Euch, die Anleitung zu allen Experimenten herunterzuladen, die aktuell im PhotonLab zur Verfügung stehen! Sie ist in deutscher Sprache verfasst. Im Labor findet sich auch eine englische Version. Das pdf findet Ihr hier zum Download
INFRAROT
Unsichtbare Infrarotstrahlung „sichtbar“ machen — Die Atmosphäre der Erde besteht hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff. Treibhausgase wie beispielsweise Kohlenstoffdioxid und Methan sind nur in Spuren vorhanden, haben aber trotzdem eine große Wirkung! Was passiert nun mit der Temperatur der Atmosphäre, wenn Menschen durch Verbrennung fossiler Brennstoffe große Mengen von CO2 in die Atmosphäre freisetzen? Das können Schüler:innen mit der Wärmebildkamera erforschen und die Bedeutung vom Strahlungshaushalt der Erde und den Klimawandel verstehen.
Kalorienbombe Cola
Wie viel Zucker versteckt sich in unseren Getränken? — Dass Süßigkeiten viel Zucker enthalten, ist uns allen klar. Doch es wird oft übersehen, dass auch in unseren Erfrischungsgetränken eine unerwartet hohe Menge Zucker steckt. Mit Hilfe von Hohlprismen, in die verschiedene Flüssigkeiten gefüllt sind, kann man messen, wie viele Stück Würfelzucker tatsächlich in einer Flasche Cola aufgelöst sind. Das Ergebnis ist überraschend!
3D Sehen
Wir bauen unser eigenes 3D Kino — Viele Filme werden heutzutage in 3D gedreht und es gehört zur Standard, dass man an der Kinokasse nicht nur eine Eintrittskarte, sondern gleich auch eine 3D-Brille bekommt. Doch wie kann man 3D-Effekte in Filmen eigentlich herstellen? In einem einfachen Aufbau kann man diesen Effekt im Labor selbst schaffen, indem man die unterschiedlichen Polarisationen von Lichtwellen ausnutzt.
Datenübertragung
Da ist Musik im Laser! — Über das Internet können Unmengen von Daten in kürzester Zeit rund um den Globus verschickt werden. Um zu erleben, wie man Daten mit Hilfe von Licht versendet, können die Schüler Musik aus einem Smartphone mit einem Laser verschlüsseln. Und wenn der Laserstrahl den Detektor trifft, beginnt im Schülerlabor die Party!
Quantenzufall
Richtige Zufallszahlen selber erzeugen — Das geht mit unserem Quantenzufallszahlengenerator! Die meisten Zufallszahlen die beim Verschlüsseln verwendet werden, sind berechnete “Pseudozufallszahlen” und damit nicht wirklich zufällig. Mit Hilfe der Quantenphysik und einzelnen Photonen lassen sich aber richtige Zufallszahlen erzeugen und auf ihre Zufälligkeit überprüfen.
Fata Morgana
Wie uns die Sinne täuschen können! — Licht bewegt sich normalerweise nur geradeaus. Aber unter bestimmten Umständen kann Licht eine Kurve fliegen, auch ohne in einer Glasfaser eingesperrt zu sein. In einer speziell präparierten Zuckerlösung kann man es selbst schaffen, dass ein Laserstrahl sich verbiegt, und damit verstehen, warum in der Wüste manchmal Oasen erscheinen, die eigentlich gar nicht da sind.
Wasser als Leiter
Wir sperren Licht ein! — Wie funktioniert es, dass wir mit Glasfasern Licht um die ganze Welt leiten können? Warum lässt sich das Licht in der Faser einsperren und somit auf eine kurvige Bahn zwingen? Im Schülerlabor können wir diesen Effekt veranschaulichen, indem wir in einem Wasserstrahl Laserlicht einfangen und der Totalreflexion bei der Arbeit zusehen. So kann ohne große Hilfsmittel verstanden werden, dass Licht nicht immer den geraden Weg geht.
Lichtgeschwindigkeit
Nichts im Universum ist schneller — In einer einzigen Sekunde kann Licht von der Erde bis zum Mond reisen. Selbst für die riesige Distanz von der Sonne zur Erde braucht das Licht weniger als 9 Minuten – und das sind immerhin 150 Millionen Kilometer. Da das Licht sehr schnell ist, aber doch eine begrenzte Geschwindigkeit hat, kann man Licht verwenden um rasend schnell Positionen zu messen. Denn durch unterschiedliche Entfernung ergeben sich winzige Zeitunterschiede bei der Reise des Lichts zu den verschiedenen Zielen. Dies nutzen wir nicht nur für GPS, sondern auch für unser Schülerlabor!
Beugungsmuster
Wie misst man ohne Mikroskop die Dicke eines Haares? — Das Photonlab ist ein Ort, an dem sich Schüler regelmäßig in die Haare kriegen. Natürlich nur, weil es darum geht, wer die dicksten Haare hat. Denn zielt man mit einem Laser auf einzelne Haare, so sieht man auf dem Schirm Beugungsmuster, an denen man die Dicke erkennen kann. Welche Haarfarbe vorne liegt, könnt ihr auf unserer ewigen Bestenliste beim Versuch sehen.
Interferometer
Licht + Licht = Dunkelheit? — Was für eine Überraschung ist es doch, wenn man mit zwei Laserstrahlen auf eine Stelle schießt und dort wird es auf einmal nicht doppelt so hell, sondern dunkel! Mit einem Interferometer kommen wir der Welleneigenschaft des Lichtes auf die Spur und können sogar messen, wie groß so eine Lichtwelle eigentlich ist!
LECKER IM LICHT
Das Experiment zum Farbensehen — Der Versuch „Lecker im Licht“ bietet eine hervorragende Veranschaulichung der Verbindung von Physik und Physiologie: Das Farbensehen. Hier werden optische und physiologische Größen erläutert und interdisziplinär mit Biologie, Wirtschaft, Philosophie und dem SchülerInnen-Alltag mithilfe selbst durchgeführter Experimente verknüpft.
Laserspeckles
Bin ich fehlsichtig? — Laser können dazu verwendet werden, Fehlsichtigkeit zu beheben. In unserem Labor wird er aber dazu verwendet, um herauszufinden, ob man grundsätzlich kurz- oder weitsichtig ist. Und das ganz ohne den Laser auf die Augen zu richten – sondern einfach durch leichte Kopfbewegungen, während man auf einen Laserpunkt auf einer Leinwand schaut.
Spektralanalyse
Die Farben des Regenbogens — Unser Auge kann hervorragend zwischen verschiedenen Farben unterscheiden. Überlagern sich aber von einem Fleck mehrere Farben, können wir nur eine Mischfarbe sehen. Die Sonne zum Beispiel leuchtet in allen Regenbogenfarben, aber wir sehen das nur als weißes Licht. Mit einem Spektrometer kann man im Labor sichtbar machen, welche Farben wirklich von unterschiedlichen Quellen ausgesendet werden.
Quantenkryptograhphie
Eigene Nachrichten verschlüsseln — Zum abhörsicheren Verschlüsseln von Nachrichten werden zufällige digitale Schlüssel benötigt. Diese sollten nur dem Sender und dem Empfänger bekannt sein - und am besten nicht abgehört werden können. Im Schülerlabor könnt ihr ausprobieren wie das funktioniert und eure eigene Nachricht verschicken. Eine interaktive Simulation zur Quantenkryptographie kann hier aufgerufen werden
Polarimeter
Warum sich Limohersteller für Polarisation interessieren — Die Polarisation von Licht gibt an, in welche Richtung das elektrische Feld der Lichtwelle schwingt. Und solange das Licht nicht durch spezielle Materialien oder Filter fliegt, ändert sich diese Richtung auch nicht mehr. Bewegt sich Licht aber durch eine Zuckerlösung, so kann sich diese Polarisationsrichtung drehen. Dieser Effekt kann verwendet werden, um die Zuckerkonzentration von Limo zu messen. Die Polarisation kannst du auch bei der Doppelbrechung anhand eines Kalkspates oder der Spannungsdoppelbrechung, im Labor erforschen.
Willkommen auf Photonworld — die Plattform für Wissen, Wissenswertes und Wissenschaft rund um das Thema Licht. Photonworld vermittelt ein grundlegendes Verständnis zur Physik des Lichts und seinen zahllosen Phänomenen. Von Medizin, über Kunst bis zur Physik werden alle Themen abgedeckt.
Photonworld entstand auf Grund der Initiative des Exzellenzclusters Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP) und des Labors für Attosekundenphysik (LAP) am Max Planck Institut für Quantenoptik.
Initiator des Projekts ist Prof. Dr. Ferenc Krausz, Lehrstuhlinhaber für Experimentalphysik an der LMU und Direktor am MPQ. Der Schülerbereich von Photonworld berichtet schwerpunktmäßig aus dem Schülerlabor PhotonLab. Hier finden Lehrer und Schüler aktuelle Informationen über Experimente, Angebote und Besuchsmöglichkeiten des Labors. Das PhotonLab wird durch das Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST) und die DFG Forschungsgruppe FOR 2783 unterstützt.
