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Elektromagnetisches Spektrum

Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen
(Weitergeleitet von Lichtspektrum)

Das elektromagnetische Spektrum, auch elektromagnetisches Wellenspektrum, ist die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen verschiedener Wellenlängen. Das Lichtspektrum, auch Farbspektrum, ist dabei der vom Menschen sichtbare Anteil des elektromagnetischen Spektrums.

Das Spektrum wird in verschiedene Bereiche unterteilt. Diese Einteilung ist willkürlich und orientiert sich im niederenergetischen Bereich aus historischen Gründen 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 kurzen Wellenlängen, entsprechend hoher Quantenenergie, ist eine Einteilung nach Energie üblich.

Geordnet nach abnehmender Frequenz und somit zunehmender Wellenlänge befinden sich am Anfang des Spektrums die kurzwelligen und damit energiereichen Gammastrahlen, deren Wellenlänge bis in atomare Größenordnungen reicht. Am Ende stehen die Längstwellen, deren Wellenlängen viele Kilometer betragen.

Die Umrechnung der Wellenlänge in eine Frequenz f erfolgt mit der Formel , also Lichtgeschwindigkeit (im jeweiligen Medium) geteilt durch die Wellenlänge.

Übersicht mit sichtbarem Spektrum im Detail

Inhaltsverzeichnis

Welle-Teilchen-DualismusBearbeiten

In mancher Hinsicht verhalten sich elektromagnetische Wellen nicht wie Wellen, sondern wie ein Strom von Teilchen, die Photonen. Diese Betrachtungsweise ist nötig, um manche physikalischen Phänomene wie den photoelektrischen Effekt zu erklären. Jedes Photon trägt eine der Frequenz proportionale Energie  . Die Konstante   ist dabei das plancksche Wirkungsquantum. Die Energie ist in der folgenden Tabelle in Joule (J) und in Elektronenvolt (eV) angegeben.

Welches Modell in welchen Fällen geeigneter ist, wird im Artikel Elektromagnetische Welle anhand von Beispielen erläutert.

Die Bereiche des elektromagnetischen SpektrumsBearbeiten

Übersicht elektromagnetisches Spektrum
Bezeichnung
des
Frequenzbereichs
Unter-Bezeichnung Wellenlänge Frequenz Photonen-
Energie[1][2]
Erzeugung / Anregung Technischer Einsatz
von bis von bis
Niederfrequenz Extremely Low Frequency (ELF) 10 Mm 100 Mm 30 Hz 3 Hz > 2,0 × 10−33 J
  > 12 feV
Bodendipol, Antennenanlagen Bahnstrom
Super Low Frequency (SLF) 1 Mm 10 Mm 300 Hz 30 Hz > 2,0 × 10−32 J
  > 120 feV
Netzfrequenz, (ehemals) U-Boot-Kommunikation
Ultra Low Frequency (ULF) 100 km 1000 km 3000 Hz
3 kHz
300 Hz
0,3 kHz
> 2,0 × 10−31 J
  > 1,2 peV
Very Low Frequency (VLF)
Myriameterwellen
Längstwellen (SLW)
10 km 100 km 30 kHz 3 kHz > 2,0 × 10−30 J
  > 12 peV
U-Boot-Kommunikation (DHO38, ZEVS, Sanguine, SAQ), Funknavigation, Pulsuhren
Radiowellen Langwelle (LW) 1 km 10 km 300 kHz 30 kHz > 2,0 × 10−29 J
  > 120 peV
Oszillatorschaltung + Antenne Langwellenrundfunk, DCF77
Mittelwelle (MW) 100 m 1000 m 3 MHz 300 kHz > 2· × 10−28 J
> 1,2 neV
Mittelwellenrundfunk, HF-Chirurgie, (1,7 MHz-3 MHz Grenzwelle, Kurzwellenrundfunk)
Kurzwelle (KW) 10 m 100 m 30 MHz 3 MHz > 1,1 × 10−27 J
> 12 neV
Grenzwelle, Kurzwellenrundfunk, HAARP, Diathermie, RC-Modellbau
Ultrakurzwelle (UKW) 1 m 10 m 300 MHz 30 MHz > 2,0 × 10−26 J
> 120 neV
Anregung von Kernspinresonanz Hörfunk, Fernsehen, Radar, Magnetresonanztomografie
Mikrowellen[3] Dezimeterwellen 10 cm  1 m 3 GHz 300 MHz > 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 30 GHz 3 GHz > 2,0 × 10−24 J
 > 12 µeV
Radar, Radioastronomie, Richtfunk, Satellitenrundfunk, WLAN
Millimeterwellen 1 mm 1 cm 300 GHz
0,3 THz
30 GHz > 2,0 × 10−23 J
> 120 µeV
Radar, Radioastronomie, Richtfunk
Terahertzstrahlung 30 µm 3 mm 10 THz 0,1 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 6 THz 300 GHz > 2,0 × 10−22 J
> 1,2 meV
Wärmestrahler, Synchrotron
Molekülschwingungen
Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Infrarotastronomie
Mittleres Infrarot 3,0 µm 50 µm 100 THz 6 THz > 4,0 × 10−21 J
> 25 meV
Kohlendioxidlaser, Quantenkaskadenlaser Thermografie
Nahes Infrarot 780 nm 3,0 µm 385 THz 100 THz > 8,0 × 10−20 J
> 500 meV
Nd:YAG-Laser, Laserdiode, Leuchtdiode Fernbedienung, Datenkommunikation (IRDA), CD
Licht Rot 640 nm 780 nm 468 THz 384 THz 1,59–1,93 eV Wärmestrahler (Glühlampe), Gasentladung (Neonröhre), Farbstoff- und andere Laser, Synchrotron, Leuchtdiode
Anregung von Valenzelektronen
DVD, Laserpointer,
Rot, Grün: Lasernivellier,
Beleuchtung,
Colorimetrie,
Fotometrie,
Rot, Gelb, Grün: Lichtzeichenanlage,
Violett: Blu-ray Disc
Orange 600 nm 640 nm 500 THz 468 THz 1,93–2,06 eV
Gelb 570 nm 600 nm 526 THz 500 THz 2,06–2,17 eV
Grün 490 nm 570 nm 612 THz 526 THz 2,17–2,53 eV
Blau 430 nm 490 nm 697 THz 612 THz 2,53–2,88 eV
Violett 380 nm 430 nm 789 THz 697 THz 2,88–3,26 eV
UV-Strahlen[4] Nahes UV („Schwarzlicht“) 315 nm 380 nm 952 THz 789 THz 3,26–3,94 eV Gasentladung, Synchrotron, Excimerlaser, Leuchtdiode Schwarzlicht Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Banknotenprüfung, Fotolithografie, Desinfektion, UV-Licht, Spektroskopie
Mittleres UV („Dorno-Strahlung“) 280 nm 315 nm 1071 THz
1 PHz
952 THz 3,94–4,43 eV
Fernes UV 200 nm 280 nm 1,5 PHz 1 PHz 4,43–6,2 eV
Vakuum-UV 100 nm 200 nm 3 PHz 1,5 PHz > 9,9 × 10−19 J
6,2–12 eV
XUV-Röhre, Synchrotron, Nanoplasma EUV-Lithografie, Röntgenmikroskopie, Nanoskopie
EUV 10 nm 121 nm 30 PHz 2,5 PHz >5,0 × 10−18 J

10,2–120 eV

Röntgenstrahlen 10 pm 10 nm 30 EHz 30 PHz > 2,0 × 10−16 J
> 120 eV
Röntgenröhre, Synchrotron

Anregung von inneren Elektronen, Auger-Elektronen

medizinische Diagnostik, Sicherheitstechnik, Röntgen-Strukturanalyse, Röntgenbeugung, Photoelektronenspektroskopie, Röntgenabsorptionsspektroskopie
Gammastrahlen 10 pm 30 EHz > 2,0 × 10−14 J
> 120 keV
Radioaktivität, Annihilation
Anregung von Kernzuständen
medizinische Strahlentherapie, Mößbauerspektroskopie

Siehe auchBearbeiten

LiteraturBearbeiten

  • DIN 5031 Teil 7: Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. Januar 1984 (IR, VIS und UV).

WeblinksBearbeiten

  Commons: Elektromagnetisches Spektrum – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 4. August 2015.
  2. CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 21. Juli 2015. Wert für die Elementarladung in der Einheit Coulomb.
  3. gehören nach der Definition der VO Funk, Ausgabe 2012, Artikel 1.5 auch noch zu den Radiowellen.
  4. Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. DIN 5031 Teil 7, Januar 1984.