Elektromagnetisches Spektrum

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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.

Übersicht mit sichtbarem Spektrum im Detail

Die Umrechnung von der Wellenlänge in eine Frequenz f erfolgt mit der 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.

Übersicht elektromagnetisches Spektrum
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, Nanoplasma 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, Photoelektronenspektroskopie, Röntgenabsorptionsspektroskopie
Gammastrahlen 10 pm 30 EHz > 2,0 × 10−14 J
> 120 keV
Radioaktivität, Annihilation
Anregung von Kernzuständen
medizinische Strahlentherapie, Mößbauerspektroskopie

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

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

Weblinks[Bearbeiten]

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