Elektromagnetisches Spektrum
Als elektromagnetisches Spektrum oder elektromagnetisches Wellenspektrum bezeichnet man die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen verschiedener Energien. Das Spektrum wird zur besseren Unterscheidung in verschiedene Bereiche unterteilt. Diese Einteilung ist willkürlich und orientiert sich aus historischen Gründen im niederenergetischen Bereich an der Wellenlänge. Dabei werden jeweils Wellenlängenbereiche über mehrere Größenordnungen mit ähnlichen Eigenschaften in Kategorien wie etwa Licht, Radiowellen usw. zusammengefasst. Eine Unterteilung kann auch nach der Frequenz oder nach der Energie des einzelnen Photons (siehe unten) erfolgen. Bei sehr kurzer Wellenlänge, entsprechend hoher Quantenenergie, ist eine Einteilung nach Energie üblich.
Geordnet nach zunehmender Frequenz und somit abnehmender Wellenlänge befinden sich am Anfang des Spektrums die Längstwellen, deren Wellenlängen viele Kilometer betragen. Am Ende stehen die sehr kurzwelligen und damit energiereichen Gammastrahlen, deren Wellenlänge bis in atomare Größenordnungen reicht.
Die Umrechnung von der Wellenlänge in eine Frequenz f erfolgt mit der einfachen Formel $ \ \ f=c/\lambda $, also Lichtgeschwindigkeit (im jeweiligen Medium) geteilt durch die Wellenlänge.
In mancher Hinsicht verhalten sich elektromagnetische Wellen wie ein Strom von Teilchen, den Photonen. Diese Betrachtungsweise ist nötig, um manche physikalischen Phänomene wie den photoelektrischen Effekt zu erklären. Jedes Photon trägt eine der Frequenz proportionale Energie $ E=h\cdot f $. Die Konstante $ \ h $ ist dabei das plancksche Wirkungsquantum. Die Energie ist in der folgenden Tabelle in Joule (J) und in Elektronenvolt (eV) angegeben.
In welchen Fällen welches Modell geeigneter ist, wird im Artikel Elektromagnetische Welle anhand von Beispielen erläutert.
| Bezeichnung des Frequenzbereichs |
Unter-Bezeichnung | Wellenlänge | Frequenz | Photonen- Energie |
Erzeugung / Anregung | Technischer Einsatz | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| von | bis | von | bis | |||||
| Niederfrequenz | Extremely Low Frequency (ELF) | 10 Mm | 100 Mm | 3 Hz | 30 Hz | > 2,0 × 10−33 J > 12 feV |
Bodendipol, Antennenanlagen | Bahnstrom |
| Super Low Frequency (SLF) | 1 Mm | 10 Mm | 30 Hz | 300 Hz | > 2,0 × 10−32 J > 120 feV |
Netzfrequenz, (ehemals) U-Boot-Kommunikation | ||
| Ultra Low Frequency (ULF) | 100 km | 1000 km | 300 Hz 0,3 kHz |
3000 Hz 3 kHz |
> 2,0 × 10−31 J > 1,2 peV |
|||
| Very Low Frequency (VLF) Myriameterwellen Längstwellen (SLW) |
10 km | 100 km | 3 kHz | 30 kHz | > 2,0 × 10−30 J > 12 peV |
U-Boot-Kommunikation (DHO38, ZEVS, Sanguine, SAQ), Funknavigation, Pulsuhren | ||
| Radiowellen | Langwelle (LW) | 10 km | 30 kHz | 300 kHz | > 2,0 × 10−29 J > 120 peV |
Oszillatorschaltung + Antenne | Langwellenrundfunk, DCF77 | |
| Mittelwelle (MW) | 650 m | 300 kHz | 1,5 MHz | > 2· × 10−28 J > 1,2 neV |
Mittelwellenrundfunk, HF-Chirurgie | |||
| Kurzwelle (KW) | 180 m | 1,7 MHz | > 1,1 × 10−27 J > 6,9 neV |
Kurzwellenrundfunk, HAARP, Diathermie, RC-Modellbau | ||||
| Ultrakurzwelle (UKW) | 10 m | 30 MHz | 300 MHz | > 2,0 × 10−26 J > 120 neV |
Anregung von Kernspinresonanz | Hörfunk, Fernsehen, Radar, Magnetresonanztomografie | ||
| Mikrowellen | Dezimeterwellen | 10 cm | 1 m | 300 MHz | 3 GHz | > 2,0 × 10−25 J > 1,2 µeV |
Magnetron, Klystron, Maser, kosmische Hintergrundstrahlung
Anregung von Kernspinresonanz und Elektronenspinresonanz, Molekülrotationen |
Radar, Magnetresonanztomografie, Mobilfunk, Fernsehen, Mikrowellenherd, WLAN, Bluetooth, GPS |
| Zentimeterwellen | 1 cm | 10 cm | 3 GHz | 30 GHz | > 2,0 × 10−24 J > 12 µeV |
Radar, Radioastronomie, Richtfunk, Satellitenrundfunk, WLAN | ||
| Millimeterwellen | 1 mm | 1 cm | 30 GHz | 300 GHz 0,3 THz |
> 2,0 × 10−23 J > 120 µeV |
Radar, Radioastronomie, Richtfunk | ||
| Terahertzstrahlung | 30 µm | 3 mm | 0,1 THz | 10 THz | > 6,6 × 10−23 J > 0,4 meV |
Synchrotron, Freie-Elektronen-Laser | Radioastronomie, Spektroskopie, Abbildungsverfahren, Sicherheitstechnik | |
| Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) | Fernes Infrarot | 50 µm | 1 mm | 300 GHz | 6 THz | > 2,0 × 10−22 J > 1,2 meV |
Wärmestrahler, Synchrotron
Molekülschwingungen |
Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Infrarotastronomie |
| Mittleres Infrarot | 3,0 µm | 50 µm | 6 THz | 100 THz | > 4,0 × 10−21 J > 25 meV |
Kohlendioxidlaser | Thermografie | |
| Nahes Infrarot | 780 nm | 3,0 µm | 100 THz | 385 THz | > 8,0 × 10−20 J > 500 meV |
Nd:YAG-Laser, Laserdiode | Fernbedienung, Datenkommunikation (IRDA), CD | |
| Licht | Rot | 640 nm | 780 nm | 384 THz | 468 THz | 1,6 – 1,95 eV | Wärmestrahler (Glühlampe), Gasentladung (Neonröhre), Farbstoff- und andere Laser, Synchrotron
Anregung von Valenzelektronen |
DVD, Laserpointer, Rot, Grün: Lasernivellier, Beleuchtung, Colorimetrie, Fotometrie, Rot, Gelb, Grün: Lichtzeichenanlage, Violett: Blu-ray Disc |
| Orange | 600 nm | 640 nm | 468 THz | 500 THz | 1,95 – 2,06 eV | |||
| Gelb | 570 nm | 600 nm | 500 THz | 526 THz | 2,06 – 2,17 eV | |||
| Grün | 490 nm | 570 nm | 526 THz | 612 THz | 2,17 – 2,53 eV | |||
| Blau | 430 nm | 490 nm | 612 THz | 697 THz | 2,53 – 2,88 eV | |||
| Violett | 380 nm | 430 nm | 697 THz | 789 THz | > 4,6 × 10−19 J > 2,9 eV | |||
| UV-Strahlen | schwache UV-Strahlen | 200 nm | 380 nm | 789 THz | 1500 THz 1,5 PHz |
> 5,2 × 10−19 J > 3,3 eV |
Gasentladung, Synchrotron, Excimerlaser | Schwarzlicht Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Banknotenprüfung, Fotolithografie, Desinfektion, UV-Licht, Spektroskopie |
| Starke UV-Strahlen | 50 nm | 200 nm | 1,5 PHz | 6 PHz | > 9,9 × 10−19 J > 6,2 eV |
Gasentladung, Synchrotron, Excimerlaser | ||
| XUV | 1 nm | 50 nm | 6 PHz | 300 PHz | >5,0 × 10−18 J 20 – 1000 eV |
XUV-Röhre, Synchrotron | EUV-Lithografie, Röntgenmikroskopie, Nanoskopie | |
| Röntgenstrahlen | 10 pm | 1 nm | 300 PHz | 30000 PHz 30 EHz |
> 2,0 × 10−16 J > 1 keV |
Röntgenröhre, Synchrotron
Anregung von inneren Elektronen, Auger-Elektronen |
medizinische Diagnostik, Sicherheitstechnik, Röntgen-Strukturanalyse, Röntgenbeugung, Spektroskopie | |
| Gammastrahlen | 10 pm | 30 EHz | > 2,0 × 10−14 J > 120 keV |
Radioaktivität, Annihilation
Anregung von Kernzuständen |
medizinische Strahlentherapie | |||
Siehe auch
Literatur
- DIN 5031 Teil 7: Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. Januar 1984 (IR, VIS und UV).
Weblinks
Commons: Elektromagnetisches Spektrum – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
- Poster "Electromagnetic Radiation Spectrum" (PDF, englisch; 992 kB)
- Das Elektromagnetische Spektrum auf Welt der Physik
- Elektromagnetische Spektrum Grundlagen der Teilchenphysik
