Warum sind Wolken weiß oder auch grau?

Weiße Wolken in einem blauen Himmel. So stellt man sich einen traumhaften Sommertag vor. Aber warum sind Wolken eigentlich weiß oder im Fall von Regenwolken auch grau?

Dazu müssen wir erst einmal verstehen, was die Farbe weiß eigentlich ist. Sie ist nämlich eine Überlagerung aller Farben des Spektrums der Sonne. Sonnenlicht ist somit auch weißes Licht. Genau dieses Sonnenlicht ist es auch, dass den Wolken ihre Farbe gibt. Fällt das Sonnenlicht nämlich auf eine Wolke, die ja bekanntlich aus sehr vielen, sehr kleinen Wassertropfen besteht, so wird das weiße Licht an diesen Tropfen in alle Richtungen gestreut. Die Wolke sieht also erst einmal von allen Richtungen weiß aus. Was passiert aber in einer Regenwolke, so dass sie grau bis fast schwarz erscheint?

Das Licht, das an den Tropfen in der Wolke gestreut wird muss natürlich trotzdem noch irgendwie durch die Wolke zu unserem Auge gelangen, damit wir es sehen können. Je dichter eine Wolke wird und je größer die Wassertropfen darin werden, desto unwahrscheinlicher ist es, dass ein Lichtstrahl eine Wolke komplett durchdringt und von unserem Auge gesehen werden kann. Die Intensität des Lichts, das Regenwolken durchdringt ist also deutlich abgeschwächt. Das Resultat ist eine graue bis hin zu einer fast schwarzen Wolke.

Bildlich kann man sich das Ganze etwa wie folgt vorstellen: Die Tröpfchen in einer Wolke fungieren wie sehr kleine Spiegel, die das eintreffende Licht in eine zufällige Richtung reflektieren (streuen). Bis zu einer gewissen Wolkendichte ist es sehr wahrscheinlich, dass zumindest ein Teil des eintreffenden Lichts trotz mehrfacher Spiegelung am Ende durch die Wolke gelangt. Je mehr Wassertropfen in einer Wolke sind und je größer diese werden, desto unwahrscheinlicher ist der Fall, dass ein Strahl die Wolke durchdringt und die Wolke erscheint grau.

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Wie funktioniert eine LED?

Sie sind heutzutage nicht mehr weg zu denken – LEDs. LED steht für „light emitting diode“ und ist eine Diode, also ein elektrisches Bauteil, das Licht aussendet, wenn es von Strom durchflossen wird. Sie finden in allen Lebensbereichen ihren Einsatz und sind immer mehr dabei herkömmliche Leuchtmittel, wie Glühbirnen zu verdrängen. Aber wie funktioniert eine LED eigentlich und was macht sie besser als eine Glühbirne?

Eine LED besteht aus einem sogenannten Halbleitermaterial. Solche Halbleiter haben die Eigenschaft, dass sie aus einer Seite mit einem Elektronenüberschuss und einer Seite mit einem Elektronenmangel bestehen. Fließt nun Strom durch die Diode, können die Elektronen aus der Überschussseite in die Mangelseite übergehen. Bei diesem Übergang gehen die Elektronen in einen energieärmeren Zustand über. Die Differenz von höherem Energiezustand zum Niedrigeren wird bei diesem Vorgang als Licht abgegeben. Dieses Licht hat eine ganz bestimmte Wellenlänge, die vom verwendeten Material abhängig ist. Je höher der Energieunterschied, desto geringer ist die Wellenlänge des ausgesendeten Lichts. Kleine Wellenlängen bedeuten bläuliches Licht bis hin zu ultraviolett, langwelliges Licht hingegen ist rot. Über das in der LED verwendete Halbleitermaterial kann somit die Farbe des Lichts eingestellt werden. Für weiße LEDs müssen viele verschiedene Wellenlängen überlagert werden. Je kontinuierlicher das Spektrum des Lichts ist, also je mehr Wellenlängenbereiche vorhanden sind, desto „wärmer“ wird das weiße Licht und desto angenehmer empfinden wir es.

LEDs sind deutlich effizienter als herkömmliche Glühbirnen. Das liegt daran, dass bei LEDs der größte Teil des Stroms tatsächlich in Licht umgewandelt wird. Bei einer Glühbirne wird ein Großteil einfach in Wärme umgewandelt. Das merkt man sehr schnell wenn man eine Glühbirne anfasst, die eine Zeit lang in Betrieb war. Außerdem haben LEDs in der Regel mit bis zu 100.000 Betriebsstunden eine deutlich höhere Lebenserwartung als Glühbirnen. Aus diesen Gründen sind LEDs immer mehr dabei in allen Bereiche des alltäglichen Lebens Einzug zu erhalten und werden auch weiterhin durch voranschreitende Entwicklung den Leuchtstoffmarkt erobern.

Quellen:

https://www.simplyscience.ch/teens-liesnach-archiv/articles/was-ist-eine-leuchtdiode.html

https://www.simplyscience.ch/energie-umwelt/articles/die-led-eine-clevere-technologie.html?_locale=de

Wie funktionieren Knicklichter

Die Party und Disco Saison fängt langsam wieder an und auf vielen Partys werden sogenannte Knicklichter verteilt oder mitgebracht. Einfache Plastikstäbchen, die man knicken muss damit sie für den Rest des Abends in allen möglichen Farben leuchten. Aber was passiert genau in so einem Knicklicht, damit das Leuchten erzeugt wird?

Zuerst einmal zum Aufbau. In den Plastikstäbchen befindet sich eine sehr dünne Glasampulle, die es ermöglicht zwei Kammern zu schaffen. Eine in der Glasampulle und die Andere zwischen Glas und Plastikstäbchen. Im Inneren der Glasampulle befindet sich eine 30%ige Wasserstoffperoxid Lösung. Wasserstoffperoxid (H₂O₂) wird zum Beispiel zum Bleichen von Haaren verwendet und ist aus chemische Sicht ein starkes Oxidationsmittel. In der Kammer zwischen Glasampulle und Kunststoffröhrchen befinden sich zwei Chemikalien. Zum Einen eine fluoreszenzfähige Verbindung, die später für die Aussendung des farblichen Lichts verantwortlich ist. Zum Anderen ein Oxalsäureester, der mit dem beim Knicken frei werdenden H₂O₂ reagiert. Wenn das Knicklicht nun geknickt wird, zerbricht die Glasampulle in dem Stäbchen und die beiden Kammern vermischen sich. Mehrfaches Knicken und Schütteln sorgt für eine bessere Durchmischung im Stäbchen und löst im ganzen Bereich die Reaktion aus. Durch die Energie dieser Reaktion können Elektronen der fluoreszenzfähigen Verbindung angeregt werden. Wenn diese angeregten Elektronen dann wieder in ihren Ausgangszustand zurück fallen, wird Energie in Form von Licht frei. Die Wellenlänge und damit die Farbe des Lichtes ist dabei von der fluoreszierenden Substanz abhängig.

So „einfach“ kann ein Partyabend mit ein paar Plastikstäbchen dekorativ aufgewertet werden. Die Reaktionsdauer und damit die Leuchtdauer ist übrigens von der Temperatur abhängig. Je wärmer, desto schneller läuft die Reaktion ab und desto schneller verblasst die Farbe des Knicklichtes. Ein Knicklicht in der Hosentasche leuchtet also nicht so lange wie eines, das im Schnee liegt.