imported>Wassermaus: /* Geschichtliche Bedeutung */ umformuliert: h nicht „eingeführte Hilfsgröße“ sondern als Hilfsgröße eingeführt

2025-07-25T01:47:25Z

Geschichtliche Bedeutung: umformuliert: h nicht „eingeführte Hilfsgröße“ sondern als Hilfsgröße eingeführt

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Als '''Lichtabsorption''' wird eine physikalische [[Grundkräfte der Physik|Wechselwirkung]] bezeichnet, bei der [[Licht]] seine [[Energie]] an Materie abgibt. Die Lichtabsorption ist ein Spezialfall des allgemeineren physikalischen Phänomens der [[Absorption (Physik)|Absorption]]. Wenn elektromagnetische Strahlung absorbiert wird, geht ein Elektron eines Atoms von einem energetisch günstigeren Zustand in einen Zustand mit höherer Energie über, das geschieht durch den „Elektronensprung“. Man spricht von elektronischer Anregung. Der Umkehrprozess zur Lichtabsorption ist die [[Spontane Emission|spontane Lichtemission]]. Dabei wird Licht von Materie ausgesendet, wobei die innere Energie der Materie um den entsprechenden Energieanteil abnimmt.

== Geschichtliche Bedeutung ==
Die besondere Bedeutung der Lichtabsorption als einer besonders wichtigen Energiequelle im Ökosystem der Erde spiegelt sich in der Entwicklungsgeschichte der Physik wider. 1864 waren fast alle bis dahin beobachteten Phänomene zu Magnetismus, Elektrizität und Licht durch die Theorie der klassischen Elektrodynamik vereinheitlicht und 1888 gelang es Heinrich Hertz, die Voraussagen dieser Theorie in entscheidenden Punkten experimentell zu bestätigen.

Die Verbesserung [[Max Planck]]s an [[Wilhelm Wien]]s Energieverteilungsgesetz der Strahlung des [[Schwarzer Körper|schwarzen Körpers]], die nach der Veröffentlichung 1900 als [[plancksches Strahlungsgesetz]] berühmt wurde, zeigte jedoch eine Diskontinuität. Während sich in der Folge die führenden Physiker jener Zeit bemühten, die von Planck als Hilfsgröße eingeführte Konstante <math> h </math> im klassischen Rahmen zu erklären, schlug [[Albert Einstein]] 1905 die [[Quantenhypothese|Photonenhypothese]] vor, nach der die [[Planck-Konstante]] <math> h </math> die physikalische Realität eines Lichtteilchens der Energie <math>E = h \nu</math> (<math>\nu</math> = [[Frequenz]] des Lichtes im Wellenbild) darstellen sollte.

Es gelang Einstein nicht nur, den klassisch nicht beschreibbaren [[Photoelektrischer Effekt|Photoeffekt]] mit einem geschlossenen Quantenansatz zu erklären. Er setzte darüber hinaus wenige Jahre später die thermodynamische Energiebilanz für Emission und Absorption von Licht durch Materie nach den Erkenntnissen [[Ludwig Boltzmann]]s an. Darin zeigte Einstein, dass die klassische Darstellung der Wechselwirkung von Licht und Materie unvollständig sei. Die bis dahin bekannten Wechselwirkungen [[Absorption (Physik)|Absorption]] und [[spontane Emission]] führen in dieser Energiebilanz zu einer nach Boltzmann nicht in der Natur vorkommenden Besetzung der Energieniveaus der mit dem Licht wechselwirkenden Materie. Einstein erkannte die Notwendigkeit, einen bis dahin unbekannten Prozess der [[Stimulierte Emission|stimulierten Emission]] anzunehmen, der für die Wechselwirkung von Licht mit Materie ein thermodynamisches Gleichgewicht im Sinne Boltzmanns herstellt. Die bis dahin bekannte Emission von Licht spezifizierte er als spontane Emission. Aus dieser Betrachtung Einsteins folgten Jahrzehnte später die Entwicklung der [[Maser]] und [[Laser]].

Wichtiger aber als dieser technologische Aspekt ist Einsteins Beitrag im Rahmen der Grundlagenforschung zu bewerten. Die vollständige und in sich konsistente Erklärung von Lichtabsorption als Quanteneffekt durch Einstein stellte den eigentlichen Beginn der [[Quantenphysik]] dar.

== Beispiele ==
'''Physik''':
* Die Emissionsspektren der Sterne weisen charakteristische Fehlstellen auf. [[Joseph von Fraunhofer]] fand, maß und katalogisierte viele solche [[Fraunhofersche Linien|fraunhoferschen Linien]] für unser Sonnenlicht. Später wirkende Physiker konnten sie mit charakteristischer Lichtabsorption bestimmter Atome in der [[Photosphäre]] erklären.
* Dunkle Körper absorbieren mehr Licht als helle, deshalb werden sie in der Sonne schneller warm.

'''Technik''':
* Die meisten [[Farbpigment]]e erhalten ihr Erscheinungsbild, indem sie hauptsächlich das Licht der Komplementärfarben absorbieren.
* Beim [[Photoeffekt]] von [[Solarzellen]] liefern die einzelnen Absorptionsprozesse von Lichtquanten in einem [[Halbleiter]] elektrische Ladungstrennung und stellen eine [[Stromquelle]] dar.
* Derselbe Effekt wird elektronisch in [[Photodiode]]n verwendet, um die Helligkeit zu messen oder bei Lichteinfall einen Schalter umzuschalten.
* [[Sonnenkollektor]]en absorbieren Licht und erwärmen damit ein Reservoir, aus dem zu einem späteren Zeitpunkt [[Nutzwärme]] entnommen werden kann.
* Gelbe Brillen absorbieren stärker die von Dunst stärker gestreuten Blauanteile von Licht.

'''Biologie''':
* Bei der [[Photosynthese]] regt die Energie des dabei absorbierten Photons ein [[Chlorophyll]]molekül an und löst damit eine Reaktion aus, an deren Ende der chemisch weitgehend stabile Energieträger Zucker entsteht.
* [[Rhodopsin]], der Sehfarbstoff absorbiert das für ihn sichtbare Licht und nutzt die Energie für chemische Reaktionen, die zu einem Aktionspotential in der angrenzenden Nervenzelle führen.
* Reptilien sonnen sich und nutzen die Energie des so absorbierten Lichts, um auf die für sie günstigste Temperatur zu kommen.

'''Chemie''':
* Manche [[pH-Indikator|Farbstoffe]] zeigen in wässriger Lösung durch Farbumschlag oder Farbwandel verschiedene [[Säure]]stärke an.
* Einige Beeren und [[Zwetschge]]n erscheinen unreif (und sauer) rot, verlieren beim Reifen Säure und werden blau oder schwarz (und süß).
* Durch chemische Abspaltung von Wasser bilden geeignete organische Moleküle (zusätzliche) Doppelbindungen aus, wodurch Absorptionsbanden zunehmend vom UV ins Blaue und weiter in den sichtbaren Bereich hineinreichen.([[bathochromer Effekt]]).
* Maillard-Reaktion:<ref>Reinhard Baltes, Werner Matissek: ''Lebensmittelchemie.'' 8. Auflage. ISBN 3662471116.</ref> Stärke, Zucker und Eiweiß wird bei Erhitzen beim heißen Zubereiten in der Küche zunehmend gelblich bis braun und schwarz.
* Synthetische Farbstoffe enthalten [[Chromophore]], deren Absorption im sichtbaren Bereich des Spektrums liegt.

== Einzelnachweise ==
<references />

== Literatur ==
*Peter W. Atkins: ''Physikalische Chemie''. VCH, 1987/88, ISBN 3-527-25913-9, S. 305.
*Georg Wittke: ''Farbstoffchemie''. 3. Aufl., Diesterweg, Frankfurt am Main 1992, ISBN 3-425-05368-X.
*H.G. O. Becker: ''Einführung in die Photochemie''. Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1991, ISBN 3-326-00604-7.
*Paul A.Tipler, Gene Mosca: ''Physik für Wissenschaftler und Ingenieure''. 2. Aufl., 2004, ISBN 3-8274-1164-5, S. 994–996.

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[[Kategorie:Optik]]
[[Kategorie:Spektroskopie]]

Lichtabsorption - Versionsgeschichte

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