EM Spektrum

Als Elektromagnetisches Spektrum oder elektromagnetisches Wellenspektrum bezeichnet man die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen, wenn an ihre Unterteilung in Bereiche etwa Licht, Radiowellen usw. gedacht ist. Die Frequenzen liegen dabei meist um Größenordnungen auseinander.

Geordnet nach abnehmender Wellenlänge (gleichbedeutend mit zunehmender Frequenz) 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 einfachen Formel $\ \ f = c / \lambda$, also Lichtgeschwindigkeit (im jeweiligen Medium) geteilt durch die Wellenlänge.

Den Erkenntnissen der Quantenmechanik folgend, bestehen elektromagnetische Wellen aus einem Strom von Teilchen, den Photonen. Diese Betrachtung dient zur Erklärung verschiedener physikalischer Phänomene wie dem photoelektrischen Effekt. Photonen besitzen eine zur 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	Wellenlänge	Frequenz	Photonen-Energie	Erzeugung / Anregung	Technischer Einsatz
Niederfrequenz Längstwellen   (VLF, ULF, ELF, SLF)	> 10 km	< 30 kHz	< 2,0 · 10−29 J   < 120 peV	Bodendipol, Antennenanlagen	U-Boot-Kommunikation (DHO38, ZEVS, Sanguine, SAQ), Funknavigation
Radiowellen	< 10 km	> 30 kHz		Oszillatorschaltung + Antenne
Langwelle (LW)	< 10 km	> 30 kHz	> 2,0 · 10−29 J   > 120 peV		Langwellenrundfunk
Mittelwelle (MW)	< 650 m	> 650 kHz	> 4,3 · 10−28 J > 2,7 neV		Mittelwellenrundfunk, HF-Chirurgie
Kurzwelle (KW)	< 180 m	> 1,7 MHz	> 1,1 · 10−27 J > 6,9 neV		Kurzwellenrundfunk, HAARP, Diathermie
Ultrakurzwelle (UKW)	< 10 m	> 30 MHz	> 2,0 · 10−26 J > 120 neV	Anregung von Kernspinresonanz	Hörfunk, Fernsehen, Radar, Magnetresonanztomografie
Mikrowellen	1 mm – 1 m	300 MHz – 300 GHz	>2,0 · 10−25 J > 1,2 µeV	Magnetron, Klystron, Maser, kosmische Hintergrundstrahlung Anregung von Elektronenspinresonanz, Molekülrotationen	Radar
Dezimeterwellen	10 cm – 1 m	300 MHz – 3 GHz	> 2,0 · 10−25 J > 1,2 µeV	Anregung von Kernspinresonanz	Magnetresonanztomografie, Mobilfunk, Fernsehen, Mikrowellenherd, WLAN, Bluetooth, GPS
Zentimeterwellen	1 cm – 10 cm	3 – 30 GHz	> 2,0 · 10−24 J  > 12 µeV		Radioastronomie, Richtfunk, Satellitenfernsehen, WLAN
Millimeterwellen	1 mm – 1 cm	30 – 300 GHz	> 2,0 · 10−23 J > 120 µeV		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)	780 nm – 1,0 mm	> 300 GHz		Wärmestrahler, Synchrotron Molekülschwingungen	IR-Spektrometer, Infrarotastronomie
Fernes Infrarot	50 µm – 1,0 mm	> 300 GHz	> 2,0 · 10−22 J > 1,2 meV
Mittleres Infrarot	2,5 µm – 50 µm	> 6,00 THz	> 4,0 · 10−21 J > 25 meV	Kohlendioxidlaser, Thermografie
Nahes Infrarot	780 nm – 2,5 µm	> 120 THz	> 8,0 · 10−20 J > 500 meV	Nd:YAG-Laser, Laserdiode	Fernbedienung, Datenkommunikation (IRDA), CD
Licht	380 nm – 780 nm	> 384 THz	> 2,6 · 10−19 J > 1,6 eV	Wärmestrahler (Glühbirne), Gasentladung (Neonröhre), Farbstoff- und andere Laser, Synchrotron Anregung von Valenzelektronen	Beleuchtung, Colorimetrie, Fotometrie
Rot	640 nm – 780 nm	384 – 468 THz			DVD, Laserpointer, Lichtzeichenanlage, Lasernivellier
Orange	600 nm – 640 nm	468 – 500 THz
Gelb	570 nm – 600 nm	500 – 526 THz			Lichtzeichenanlage
Grün	490 nm – 570 nm	526 – 612 THz			Lichtzeichenanlage, Lasernivellier
Blau	430 nm – 490 nm	612 – 697 THz
Violett	380 nm – 430 nm	697 – 789 THz			Blu-ray Disc
UV-Strahlen	1 nm – 380 nm	> 789 THz	> 5,2 · 10−19 J > 3,3 eV		Desinfektion, UV-Licht, Spektroskopie
schwache UV-Strahlen	200 nm – 380 nm	> 789 THz	> 5,2 · 10−19 J > 3,3 eV	Gasentladung, Synchrotron, Excimerlaser	Schwarzlicht Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Banknotenprüfung, Fotolithografie
Starke UV-Strahlen	50 nm – 200 nm	> 1,5 PHz	> 9,9 · 10−19 J > 6,2 eV	Gasentladung, Synchrotron, Excimerlaser
XUV	1 – 50 nm	6 PHz – 300 PHz	2,0 · 10−16 –  5,0 · 10−18 J 20 – 1000 eV	XUV-Röhre, Synchrotron	EUV-Lithografie, Röntgenmikroskopie, Nanoskopie
Röntgenstrahlen	10 pm – 1 nm	> 300 PHz	> 2,0 · 10−16 J > 1 keV	Röntgenröhre 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

• Vorsätze für Maßeinheiten
• Frequenzband

Weblinks

• Poster "Electromagnetic Radiation Spectrum" (PDF, englisch)
• Das Elektromagnetische Spektrum auf Welt der Physik
• Elektromagnetische Spektrum Grundlagen der Teilchenphysik

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