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.

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.

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, Satellitenfernsehen, 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		> 2,0 × 10−22 J > 1,2 meV	Wärmestrahler, Synchrotron Molekülschwingungen	Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Infrarotastronomie
	Mittleres Infrarot	2,5 µm	50 µm	6 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	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

• Frequenzband

Literatur

• DIN 5031: 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

Elektromagnetisches Spektrum

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