Sie sind hier: [Home] [Physik] [Elektromagnetische Wellen]

Elektromagnetische Wellen

Das elektromagnetische Spektrum ist der Frequenzbereich (das Spektrum) der elektromagnetischen Strahlung und ihre jeweiligen Wellenlängen und Photonenenergien. Das elektromagnetische Spektrum umfasst elektromagnetische Wellen mit Frequenzen von unter einem Hertz bis über 1025 Hertz, die Wellenlängen von Tausenden von Kilometern bis zu einem Bruchteil der Größe eines Atomkerns entsprechen. Dieser Frequenzbereich ist in separate Bänder unterteilt, und die elektromagnetischen Wellen in jedem Frequenzband werden mit unterschiedlichen Namen bezeichnet. Beginnend am niederfrequenten langwelligen Ende bis zum hochfrequenten, kurzwelligen Ende des Spektrums sind dies:

• Radiowellen
• Mikrowellen
• Infrarot
• sichtbares Licht
• Ultraviolett
• Röntgenstrahlen
• Gammastrahlen

Die elektromagnetischen Wellen in jedem dieser Bänder haben unterschiedliche Eigenschaften, wie z. B. wie sie erzeugt werden, wie sie mit Materie interagieren und wie sie praktisch angewendet werden. Die Grenze für lange Wellenlängen ist die Größe des Universums selbst, während angenommen wird, dass die Grenze für kurze Wellenlängen in der Nähe der Planck-Länge liegt.

Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und hohes Ultraviolett werden als ionisierende Strahlung klassifiziert, da ihre Photonen genug Energie haben, um Atome zu ionisieren, was zu chemischen Reaktionen führt. In den meisten der oben genannten Frequenzbänder kann eine als Spektroskopie bezeichnete Technik verwendet werden, um Wellen unterschiedlicher Frequenzen physikalisch zu trennen und ein Spektrum zu erzeugen, das Frequenzen zeigt. Spektroskopie wird verwendet, um die Wechselwirkungen elektromagnetischer Wellen mit Materie zu untersuchen. Andere technologische Anwendungen werden unter elektromagnetische Strahlung beschrieben.

Geschichte der Entdeckung der elektromagnetischen Wellen

Die erste Entdeckung anderer elektromagnetischer Strahlung als sichtbarem Licht erfolgte 1800, als William Herschel die Infrarotstrahlung entdeckte. Er untersuchte die Temperatur verschiedener Farben, indem er ein Thermometer durch Licht bewegte, das von einem Prisma geteilt wurde. Er bemerkte, dass die höchste Temperatur jenseits von Rot lag. Er vermutete, dass diese Temperaturänderung auf „Heizstrahlen" zurückzuführen war, eine Art Lichtstrahl, der nicht gesehen werden konnte.

Elektromagnetische Strahlung wurde erstmals 1845 mit Elektromagnetismus in Verbindung gebracht, als Michael Faraday bemerkte, dass die Polarisation des durch ein transparentes Material wandernden Lichts auf ein Magnetfeld reagierte (siehe Faraday-Effekt). In den 1860er Jahren entwickelte James Maxwell vier partielle Differentialgleichungen für das elektromagnetische Feld. Zwei dieser Gleichungen sagten die Möglichkeit und das Verhalten von Wellen im Feld voraus. Maxwell analysierte die Geschwindigkeit dieser theoretischen Wellen und erkannte, dass sie sich mit einer Geschwindigkeit bewegen müssen, die ungefähr der bekannten Lichtgeschwindigkeit entspricht. Dieses erstaunliche Zusammentreffen von Werten führte Maxwell zu dem Schluss, dass Licht selbst eine Art elektromagnetische Welle ist. Maxwells Gleichungen sagten eine unendliche Anzahl von Frequenzen elektromagnetischer Wellen voraus, die sich alle mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiteten. Dies war der erste Hinweis auf die Existenz des gesamten elektromagnetischen Spektrums.

Um die Maxwellschen Gleichungen zu beweisen und eine solche niederfrequente elektromagnetische Strahlung zu erfassen, baute der Physiker Heinrich Hertz 1886 einen Apparat zur Erzeugung und Detektion sogenannter Radiowellen. Hertz fand die Wellen und konnte daraus schließen (indem er ihre Wellenlänge maß und sie mit ihrer Frequenz multiplizierte), dass sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegten. Hertz zeigte auch, dass die neue Strahlung von verschiedenen dielektrischen Medien auf die gleiche Weise wie Licht reflektiert und gebrochen werden kann. Zum Beispiel konnte Hertz die Wellen mit einer Linse aus Baumharz fokussieren. In einem späteren Experiment produzierte und maß Hertz auf ähnliche Weise die Eigenschaften von Mikrowellen. Diese neuen Arten von Wellen ebneten den Weg für Erfindungen wie den drahtlosen Telegraphen und das Radio.

Quizfragen zum Thema

1. Was ist der Brechungsindex?

   Als Brechungsindex wird die optische Eigenschaft von Materialien bezeichnet. Er beschreibt das Verhältnis der Wellenlänge im Vakuum zur Wellenlänge im jeweiligen Material.

2. In welchem Wellenlängenbereich befindet sich das für den Menschen sichtbare Licht?

   Der Wellenlängenbereich, in dem der Mensch Farben wahrnehmen kann, beginnt bei 380 nm (Violett) und endet bei 780 nm (Rot).

3. Was ist der Feldwellenwiderstand?

   Der Feldwellenwiderstand zeigt das anteilige Verhältnis von elektrischem und magnetischem Feld in einer sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle in einem isotropen, homogenen Medium, Bsp: Vakuum.

4. Der Begriff Mikrowelle ist die Bezeichnung für einen Frequenzbereich. Wie heißen die drei Unterbezeichnungen zur Mikrowelle?

   Dezimeterwelle
   Zentimeterwelle
   Millimeterwelle

5. Elektromagnetische Wellen wie auch Gravitationswellen breiten sich im Vakuum mit einer konstanten Geschwindigkeit aus. Wie hoch ist diese Geschwindigkeit?

   Elektromagnetische Wellen und Gravitationswellen breiten sich im Vakuum mit 299 792 458 Meter pro Sekunde aus. Umgangssprachlich wird von Lichtgeschwindigkeit gesprochen.

[ © www.quizfragen4kids.de | Quizfragen nicht nur für Kinder ]

Nach oben | Sitemap | Impressum & Kontakt | Home
© www.quizfragen4kids.de