Abitur Thüringen Physik 2026 · GK · Licht von Bildschirmen

2 Material

Material 1: Versuch zur Erzeugung eines Spektrums mit einem Doppelspalt

Abb. 1 zeigt das Schirmbild, wenn monochromatisches Licht der Wellenlänge $\lambda$ senkrecht auf einen Doppelspalt mit Spaltmittenabstand $g$ trifft, der Maßstab ist in Zentimetern skaliert. Der Schirm ist im Abstand $e$ vom Doppelspalt und parallel zu diesem platziert. Auf diesem werden die Abstände $a_n$ der Maxima $n$-ter Ordnung vom Maximum 0. Ordnung gemessen. Für den Winkel $\alpha$, unter dem das Maximum $n$-ter Ordnung gegenüber dem Maximum 0. Ordnung auftritt, gilt: $n \cdot \lambda = g \cdot \sin(\alpha)$ und $\tan(\alpha) = \frac{a_n}{e}$.

Material 2: Bildschirm-Spektren

In den nachfolgenden Abbildungen ist jeweils die Intensität $I$ des Lichts eines weißen Bildschirmes in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufgetragen. Als Einheit für die Intensität sind Skalenteile („Skt.“) verwendet. Die Messungen erfolgten so, dass die Intensität des untersuchten Lichts in gleicher Skalierung aufgetragen wurde, die drei abgebildeten Diagramme sind also quantitativ miteinander vergleichbar.

Eine Schülerin sagt wegen Abbildung 4:

„Der Augenschon-Modus filtert doch bei der Maximalintensität von blau und grün den gleichen Prozentsatz heraus, nur bei rot nicht!“

Material 3: Varianten von Blauschutzbrillen

Blauschutzbrillen gibt es in zwei unterschiedliche Varianten: Entweder besitzen die Gläser eine Tönung, die dazu führt, dass beim Durchqueren des Glases der blaue Lichtanteil absorbiert wird. Oder die Gläser sind an ihrer dem Auge abgewandten Oberfläche mit einer speziellen spiegelnden Schicht versehen, die den blauen Lichtanteil reflektiert.

Ein Schüler sagt: „Egal, wie der Typ meiner Blauschutzbrille ist, ist es doch so: Wenn jemand anderes in meine Augen schauen will, dann sieht diese Person doch etwas anderes, als wenn ich eine normale Brille ohne Schutz aufhätte, oder?“

Material 4: Empfehlung der Schülergruppe

Unser Auftrag: Was ist dran an der „blauen Gefahr“? Ist eher eine Blauschutzbrille oder der Augenschon-Modus des Bildschirms sinnvoller?

Erstmal ein paar physikalische Fakten, wenn wir da richtig liegen: Das blaue Licht liefert im Vergleich zu den anderen Farben des sichtbaren Lichts die meiste Energie. Aus einem Bildschirm kommt blaues Licht zwar nur mit einer Intensität heraus, die um einen Faktor 100 bis 100.000 kleiner ist als die, die an trüben Wintertagen draußen ist. Aber während natürliches blaues Licht von der Sonne eine positive Rolle für unsere Gesundheit spielt, kann künstliches blaues Licht gesundheitliche Probleme verursachen, ist also eine Gefahr.

Als aktuellen Wissensstand zur blauen Gefahr durch Bildschirme haben wir herausgefunden:

Störung des Schlaf-Wach-Rhythmus: Blaues Licht kann die Produktion des sogenannten „Schlafhormons“ Melatonin hemmen und Schlafstörungen verursachen, so sagen es manche Forschergruppen. In einer Studie vom August 2021 wurde allerdings bei 167 Leuten keine Veränderung des Schlafs gefunden, egal ob ein Smartphone mit bzw. ohne Augenschon-Modus verwendet wurde.

Langfristige Augenschäden: Es gibt die Meinung, dass blaues Licht das Risiko für eine eigentlich erst im Alter häufiger auftretende Krankheit („AMD“) erhöhen könnte. Wir haben dazu auch ein Bild gefunden, das die Notwendigkeit von Schutz vor dem blauen Licht unterstreicht.

Wir ziehen zu den Schutzmaßnahmen folgende Bilanz:

· Blauschutzbrillen · Augenschon-Modus

Vorteile · Effektiver Schutz vor blauem Licht, besonders bei langer Nutzung.

Verbessert den Schlaf-Wach-Rhythmus. · Einfach zu aktivieren, keine zusätzlichen Kosten.

Verbessert den Schlaf-Wach-Rhythmus.

Nachteile · Zusätzliche Kosten.

Kann unbequem sein oder uncool aussehen. · Schlechtere Reduktion von Blaulicht.

Kann die Farbwiedergabe des Bildschirms störend verändern.

Empfehlung: Aktiviert den Augenschon-Modus auf euren Geräten, insbesondere abends. Dies ist eine einfache und kostengünstige Maßnahme, um den blauen Lichtanteil zu reduzieren und eure Schlafqualität zu verbessern. Wenn ihr viel Zeit vor dem Bildschirm verbringt, kann die Anschaffung einer Bildschirmbrille sinnvoll sein. Achtet auf Qualität und Tragekomfort.

Hoffentlich könnt ihr eure Augen nun vor der gefährlichen blauen Strahlung besser schützen!

1 Die Gruppe will in einem Modellversuch (M 1) Licht mithilfe eines Doppelspalts untersuchen.

a)

Erklären Sie mithilfe einer Modellvorstellung, dass in der Mitte des Schirms ein heller Leuchtstreifen entsteht (M 1 Abb. 1).

b)

Bestätigen Sie rechnerisch, dass die Wellenlänge des verwendeten Lichtes zum blauen Spektralbereich (etwa $\lambda = 0{,}45 \cdot 10^{-6}\text{ m}$) passt. Verwenden Sie die in Material 1 angegebene Beziehung und Abbildung 1.

c)

In einigen Bildschirmtypen sind als Lichtquellen Leuchtdioden (LEDs) verbaut, die rot, grün bzw. blau leuchten. Die Schülergruppe vermutet, dass die im Bildschirm eingesetzten blauen LEDs kein monochromatisches Licht aussenden. Angenommen wird, dass ihr Intensitätsspektrum dem Bereich zwischen $400\text{ nm}$ und $490\text{ nm}$ in Material 2 Abbildung 2 entspricht.

Erklären Sie qualitativ eine mögliche Veränderung, die bei Verwendung einer solchen LED im Schirmbild des Maximums 1. Ordnung (M 1 Abb. 1) zu erwarten ist.

2 Material

Material 1: Versuch zur Erzeugung eines Spektrums mit einem Doppelspalt

Abb. 1 zeigt das Schirmbild, wenn monochromatisches Licht der Wellenlänge $\lambda$ senkrecht auf einen Doppelspalt mit Spaltmittenabstand $g$ trifft, der Maßstab ist in Zentimetern skaliert. Der Schirm ist im Abstand $e$ vom Doppelspalt und parallel zu diesem platziert. Auf diesem werden die Abstände $a_n$ der Maxima $n$-ter Ordnung vom Maximum 0. Ordnung gemessen. Für den Winkel $\alpha$, unter dem das Maximum $n$-ter Ordnung gegenüber dem Maximum 0. Ordnung auftritt, gilt: $n \cdot \lambda = g \cdot \sin(\alpha)$ und $\tan(\alpha) = \frac{a_n}{e}$.

Material 2: Bildschirm-Spektren

In den nachfolgenden Abbildungen ist jeweils die Intensität $I$ des Lichts eines weißen Bildschirmes in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufgetragen. Als Einheit für die Intensität sind Skalenteile („Skt.“) verwendet. Die Messungen erfolgten so, dass die Intensität des untersuchten Lichts in gleicher Skalierung aufgetragen wurde, die drei abgebildeten Diagramme sind also quantitativ miteinander vergleichbar.

Eine Schülerin sagt wegen Abbildung 4:

„Der Augenschon-Modus filtert doch bei der Maximalintensität von blau und grün den gleichen Prozentsatz heraus, nur bei rot nicht!“

Material 3: Varianten von Blauschutzbrillen

Blauschutzbrillen gibt es in zwei unterschiedliche Varianten: Entweder besitzen die Gläser eine Tönung, die dazu führt, dass beim Durchqueren des Glases der blaue Lichtanteil absorbiert wird. Oder die Gläser sind an ihrer dem Auge abgewandten Oberfläche mit einer speziellen spiegelnden Schicht versehen, die den blauen Lichtanteil reflektiert.

Ein Schüler sagt: „Egal, wie der Typ meiner Blauschutzbrille ist, ist es doch so: Wenn jemand anderes in meine Augen schauen will, dann sieht diese Person doch etwas anderes, als wenn ich eine normale Brille ohne Schutz aufhätte, oder?“

Material 4: Empfehlung der Schülergruppe

Unser Auftrag: Was ist dran an der „blauen Gefahr“? Ist eher eine Blauschutzbrille oder der Augenschon-Modus des Bildschirms sinnvoller?

Erstmal ein paar physikalische Fakten, wenn wir da richtig liegen: Das blaue Licht liefert im Vergleich zu den anderen Farben des sichtbaren Lichts die meiste Energie. Aus einem Bildschirm kommt blaues Licht zwar nur mit einer Intensität heraus, die um einen Faktor 100 bis 100.000 kleiner ist als die, die an trüben Wintertagen draußen ist. Aber während natürliches blaues Licht von der Sonne eine positive Rolle für unsere Gesundheit spielt, kann künstliches blaues Licht gesundheitliche Probleme verursachen, ist also eine Gefahr.

Als aktuellen Wissensstand zur blauen Gefahr durch Bildschirme haben wir herausgefunden:

Störung des Schlaf-Wach-Rhythmus: Blaues Licht kann die Produktion des sogenannten „Schlafhormons“ Melatonin hemmen und Schlafstörungen verursachen, so sagen es manche Forschergruppen. In einer Studie vom August 2021 wurde allerdings bei 167 Leuten keine Veränderung des Schlafs gefunden, egal ob ein Smartphone mit bzw. ohne Augenschon-Modus verwendet wurde.

Langfristige Augenschäden: Es gibt die Meinung, dass blaues Licht das Risiko für eine eigentlich erst im Alter häufiger auftretende Krankheit („AMD“) erhöhen könnte. Wir haben dazu auch ein Bild gefunden, das die Notwendigkeit von Schutz vor dem blauen Licht unterstreicht.

Wir ziehen zu den Schutzmaßnahmen folgende Bilanz:

· Blauschutzbrillen · Augenschon-Modus

Vorteile · Effektiver Schutz vor blauem Licht, besonders bei langer Nutzung.

Verbessert den Schlaf-Wach-Rhythmus. · Einfach zu aktivieren, keine zusätzlichen Kosten.

Verbessert den Schlaf-Wach-Rhythmus.

Nachteile · Zusätzliche Kosten.

Kann unbequem sein oder uncool aussehen. · Schlechtere Reduktion von Blaulicht.

Kann die Farbwiedergabe des Bildschirms störend verändern.

Empfehlung: Aktiviert den Augenschon-Modus auf euren Geräten, insbesondere abends. Dies ist eine einfache und kostengünstige Maßnahme, um den blauen Lichtanteil zu reduzieren und eure Schlafqualität zu verbessern. Wenn ihr viel Zeit vor dem Bildschirm verbringt, kann die Anschaffung einer Bildschirmbrille sinnvoll sein. Achtet auf Qualität und Tragekomfort.

Hoffentlich könnt ihr eure Augen nun vor der gefährlichen blauen Strahlung besser schützen!

2 Um das Zusammenspiel verschiedenfarbiger LEDs besser zu verstehen, verändert die Gruppe ihren Versuch (M 1).

a)

Verwendet wird auch eine rote LED als Lichtquelle. Entscheiden Sie mithilfe einer geeigneten Rechnung für $\lambda = 625\text{ nm}$, ob das Maximum 3. Ordnung auf dem in Material 1 Abbildung 1 dargestellten Bereich des Schirms zu sehen ist.

Ja

Nein

b)

Wenn sich alle drei farbigen LEDs geeignet in der Doppelspalt-Anordnung befinden, dann ist in der Mitte des Schirms ein weißer Leuchtstreifen zu sehen. Stellen Sie eine Hypothese zur Erklärung dieser Beobachtung auf.

2 Material

Material 1: Versuch zur Erzeugung eines Spektrums mit einem Doppelspalt

Abb. 1 zeigt das Schirmbild, wenn monochromatisches Licht der Wellenlänge $\lambda$ senkrecht auf einen Doppelspalt mit Spaltmittenabstand $g$ trifft, der Maßstab ist in Zentimetern skaliert. Der Schirm ist im Abstand $e$ vom Doppelspalt und parallel zu diesem platziert. Auf diesem werden die Abstände $a_n$ der Maxima $n$-ter Ordnung vom Maximum 0. Ordnung gemessen. Für den Winkel $\alpha$, unter dem das Maximum $n$-ter Ordnung gegenüber dem Maximum 0. Ordnung auftritt, gilt: $n \cdot \lambda = g \cdot \sin(\alpha)$ und $\tan(\alpha) = \frac{a_n}{e}$.

Material 2: Bildschirm-Spektren

In den nachfolgenden Abbildungen ist jeweils die Intensität $I$ des Lichts eines weißen Bildschirmes in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufgetragen. Als Einheit für die Intensität sind Skalenteile („Skt.“) verwendet. Die Messungen erfolgten so, dass die Intensität des untersuchten Lichts in gleicher Skalierung aufgetragen wurde, die drei abgebildeten Diagramme sind also quantitativ miteinander vergleichbar.

Eine Schülerin sagt wegen Abbildung 4:

„Der Augenschon-Modus filtert doch bei der Maximalintensität von blau und grün den gleichen Prozentsatz heraus, nur bei rot nicht!“

Material 3: Varianten von Blauschutzbrillen

Blauschutzbrillen gibt es in zwei unterschiedliche Varianten: Entweder besitzen die Gläser eine Tönung, die dazu führt, dass beim Durchqueren des Glases der blaue Lichtanteil absorbiert wird. Oder die Gläser sind an ihrer dem Auge abgewandten Oberfläche mit einer speziellen spiegelnden Schicht versehen, die den blauen Lichtanteil reflektiert.

Ein Schüler sagt: „Egal, wie der Typ meiner Blauschutzbrille ist, ist es doch so: Wenn jemand anderes in meine Augen schauen will, dann sieht diese Person doch etwas anderes, als wenn ich eine normale Brille ohne Schutz aufhätte, oder?“

Material 4: Empfehlung der Schülergruppe

Unser Auftrag: Was ist dran an der „blauen Gefahr“? Ist eher eine Blauschutzbrille oder der Augenschon-Modus des Bildschirms sinnvoller?

Erstmal ein paar physikalische Fakten, wenn wir da richtig liegen: Das blaue Licht liefert im Vergleich zu den anderen Farben des sichtbaren Lichts die meiste Energie. Aus einem Bildschirm kommt blaues Licht zwar nur mit einer Intensität heraus, die um einen Faktor 100 bis 100.000 kleiner ist als die, die an trüben Wintertagen draußen ist. Aber während natürliches blaues Licht von der Sonne eine positive Rolle für unsere Gesundheit spielt, kann künstliches blaues Licht gesundheitliche Probleme verursachen, ist also eine Gefahr.

Als aktuellen Wissensstand zur blauen Gefahr durch Bildschirme haben wir herausgefunden:

Störung des Schlaf-Wach-Rhythmus: Blaues Licht kann die Produktion des sogenannten „Schlafhormons“ Melatonin hemmen und Schlafstörungen verursachen, so sagen es manche Forschergruppen. In einer Studie vom August 2021 wurde allerdings bei 167 Leuten keine Veränderung des Schlafs gefunden, egal ob ein Smartphone mit bzw. ohne Augenschon-Modus verwendet wurde.

Langfristige Augenschäden: Es gibt die Meinung, dass blaues Licht das Risiko für eine eigentlich erst im Alter häufiger auftretende Krankheit („AMD“) erhöhen könnte. Wir haben dazu auch ein Bild gefunden, das die Notwendigkeit von Schutz vor dem blauen Licht unterstreicht.

Wir ziehen zu den Schutzmaßnahmen folgende Bilanz:

· Blauschutzbrillen · Augenschon-Modus

Vorteile · Effektiver Schutz vor blauem Licht, besonders bei langer Nutzung.

Verbessert den Schlaf-Wach-Rhythmus. · Einfach zu aktivieren, keine zusätzlichen Kosten.

Verbessert den Schlaf-Wach-Rhythmus.

Nachteile · Zusätzliche Kosten.

Kann unbequem sein oder uncool aussehen. · Schlechtere Reduktion von Blaulicht.

Kann die Farbwiedergabe des Bildschirms störend verändern.

Empfehlung: Aktiviert den Augenschon-Modus auf euren Geräten, insbesondere abends. Dies ist eine einfache und kostengünstige Maßnahme, um den blauen Lichtanteil zu reduzieren und eure Schlafqualität zu verbessern. Wenn ihr viel Zeit vor dem Bildschirm verbringt, kann die Anschaffung einer Bildschirmbrille sinnvoll sein. Achtet auf Qualität und Tragekomfort.

Hoffentlich könnt ihr eure Augen nun vor der gefährlichen blauen Strahlung besser schützen!

3 a

Die Schülergruppe untersucht die Auswirkungen, wenn das Licht eines Bildschirmes durch eine „Blauschutzbrille“ fällt oder der Monitor in einen „Augenschon-Modus“ versetzt wurde (M 2).

Beurteilen Sie unter Verwendung der Abbildungen 2 und 4, ob die Aussage der Schülerin in Material 2 korrekt ist.

3 b

Ein Schüler macht sich Gedanken, welche Konsequenzen das Tragen einer Blauschutzbrille für sein Aussehen hat (M 3).

Stellen Sie für einen der Typen von Blauschutzbrillen eine Hypothese dazu auf, welche Beobachtung beim Blick in seine Augen wegen der Brille zu erwarten ist.

3 c

Die Schülergruppe hat in Material 4 eine Empfehlung abgegeben.

Beurteilen Sie die Güte der Argumentation. Betrachten Sie hierfür eine fachlich ungenaue Formulierung und zwei weitere Aspekte, beispielsweise die Belastbarkeit einzelner Argumente oder die Schlüssigkeit der Argumentation.