Elektromagnetische Wellen und Spektrum

Das Wichtigste in Kürze

Elektromagnetische (EM) Wellen sind Transversalwellen, die aus einem elektrischen und einem magnetischen Feld bestehen, welche im rechten Winkel zueinander schwingen. Lichtwellen sind auch elektromagnetische Wellen.

Elektromagnetische Wellen bilden ein Spektrum mit einer Reihe von Frequenzen: Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Röntgen- und Gammastrahlung.

Elektromagnetische Wellen

Eine elektromagnetische (EM) Welle ist eine Transversalwelle, die aus einem elektrischen und einem magnetischen Feld besteht, die im rechten Winkel zueinander schwingen. Sie überträgt Energie in Form von Strahlung von ihrer Quelle zu einem Absorber.

Physik; Wellen; 1. Gymi; Elektromagnetische Wellen und Spektrum — A ist die Ausbreitungsrichtung der Welle; Die Vektoren der elektrischen Feldstärke E und der magnetischen Feldstärke B stehen senkrecht zueinander.

Das elektromagnetische Spektrum ist der Bereich der EM-Wellenlängen. Es reicht von der längsten Wellenlänge, den Radiowellen, bis zur kürzesten Wellenlänge, den Gammastrahlen.

Hinweis: Das sichtbare Licht (das Licht, das Menschen sehen können) macht nur einen kleinen Teil der Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums aus!

Alle elektromagnetischen Wellen bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit durch ein Vakuum. Diese Geschwindigkeit ist $3{,}00\cdot 10^{8} \,ms^{-1}$ und wird in Gleichungen als Konstante $c$ geschrieben. Das ist auch ungefähr die Geschwindigkeit, mit der sich eine EM-Welle durch Luft bewegt.

Die Wellengeschwindigkeitsgleichung für eine elektromagnetische Welle kann wie folgt umgeschrieben werden

$c = f\lambda$

Beispiel

Eine elektromagnetische Welle bewegt sich durch ein Vakuum mit einer Wellenlänge von $10^{-2}\,m$ .

a) Um welche Art von elektromagnetischer Welle handelt es sich?

b) Wie hoch ist die Frequenz der elektromagnetischen Welle?

a) Es handelt sich um eine Mikrowelle, da sie in den Wellenlängenbereich der Mikrowellen des elektromagnetischen Spektrums fällt.

b) Gegeben:

$\lambda = 10^{-2}\,m$

Gesucht: Frequenz $f$

Schreibe zunächst die Gleichung auf, die Du verwenden musst:

$f = \dfrac{c}{\lambda}$

Setze die Werte dann in die Gleichung ein:

$f = \dfrac{3{,}00\cdot 10^{8}\frac{m}{s}}{10^{-2}\,m} = 3\cdot10^{10}\,s^{-1}$

Achte darauf, dass Du die richtigen Einheiten angibst und auf die niedrigste Zahl der signifikanten Stellen der in der Frage angegebenen Werte rundest:

$\text{Frequenz}, \,\underline{f = 3 \times10^{10}\,Hz}$

Die Frequenz der Mikrowelle ist $3 \cdot 10^{10}\,Hz$ .

Das elektromagnetische Spektrum

Elektromagnetische Wellen bestehen aus mehr als nur dem Licht, das der Mensch sehen kann. Das menschliche Auge kann nur den Frequenzbereich des sichtbaren Lichts sehen.

Hinweis: Sichtbares Licht ist nur ein sehr kleiner Frequenzbereich im elektromagnetischen Spektrum!

Es gibt sieben verschiedene Arten von elektromagnetischen Wellen, die jeweils einem bestimmten Bereich von Frequenzen und Wellenlängen entsprechen.

Typ	Frequenz	Wellenlänge
Radiowellen	Niedrigste	Höchste	$1 \:m\: - 10^{4} \:m$
Mikrowellen	$\downarrow$ $\downarrow$	$\uparrow$ $\uparrow$	$10^{-2}\:m$
Infrarot			$10^{-5}\:m$
Sichtbares Licht			$10^{-7}\:m$
Ultraviolett			$10^{-8} \:m$
Röntgenstrahlen			$10^{-10} \:m$
Gammastrahlen	Höchste	Niedrigste	$10^{-15} \:m$

Hinweis: Die Wellenlänge wird nicht immer mit einem Bereich angegeben, sondern mit einer Grössenordnung. Du musst Dir diese nicht merken, aber Du solltest wissen, dass die Wellenlänge von Radiowellen hinzu Gammastrahlen stetig abnimmt.