Elektromagnetisches Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum, auch EM-Spektrum oder elektromagnetisches Wellenspektrum ist die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen verschiedener Wellenlängen. Das Lichtspektrum, auch Farbspektrum, ist der für den Menschen sichtbare Anteil des elektromagnetischen Spektrums.

Das Spektrum wird in verschiedene Bereiche unterteilt. Diese Einteilung ist willkürlich. Sie 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 erfolgt mit der Formel . Dabei ist die Lichtgeschwindigkeit.

Übersicht des elektromagnetischen Spektrums

Die Bereiche des elektromagnetischen Spektrums

Übersicht elektromagnetisches Spektrum
Bezeichnung des FrequenzbereichsWellenlängeFrequenzPhotonen-
Energie
Erzeugung / AnregungTechnischer Einsatz
HauptUnterteilung
Nieder-
frequenz
Extremely Low Frequency (ELF)104 … 105 km3 … 30 Hz> 2,0 · 10−33 J
> 1,2 · 10−14 eV
Bodendipol, Antennenanlagen, Magnetantenne
Super Low Frequency (SLF)103 … 104 km30 … 300 Hz> 2,0 · 10−32 J
> 1,2 · 10−13 eV
(ehemals) U-Boot-Kommunikation
Ultra Low Frequency (ULF)100 … 1000 km300 … 3000 Hz> 2,0 · 10−31 J
> 1,2 · 10−12 eV
Very Low Frequency (VLF)
Myriameterwellen
Längstwellen (SLW)
10 … 100 km3 … 30 kHz> 2,0 · 10−30 J
> 1,2 · 10−11 eV
U-Boot-Kommunikation (DHO38, ZEVS, Sanguine, SAQ), Funknavigation, Pulsuhren
Radio-
wellen
Langwelle (LW)1 … 10 km30 … 300 kHz> 2,0 · 10−29 J
> 1,2 · 10−10 eV
Oszillatorschaltung + AntenneLangwellenrundfunk, DCF77, Induktionskochfeld
Mittelwelle (MW)100 … 1000 m300 … 3000 kHz> 2,0 · 10−28 J
> 1,2 · 10−9 eV
Mittelwellenrundfunk, HF-Chirurgie, (1,7 … 3 MHz Grenzwelle, Kurzwellenrundfunk)
Kurzwelle (KW)10 … 100 m3 … 30 MHz> 1,1 · 10−27 J
> 1,2 · 10−8 eV
Grenzwelle, Kurzwellenrundfunk, HAARP, Diathermie, CB-Funk, RC-Modellbau, NFC
Ultrakurzwelle (UKW)1 … 10 m30 … 300 MHz> 2,0 · 10−26 J
> 1,2 · 10−7 eV
Hörfunk, Fernsehen, Radar, Magnetresonanztomografie
Mikro-
wellen

[1]
Dezimeterwellen1 dm … 1 m300 … 3000 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, 2G, 3G, 4G, 5G
Zentimeterwellen1 cm … 1 dm3 … 30 GHz> 2,0 · 10−24 J
> 12 µeV
Radar, Radioastronomie, Richtfunk, Satellitenrundfunk, WLAN, 4G, 5G
Millimeterwellen1 mm … 1 cm30 … 300 GHz
(0,3 THz)
> 2,0 · 10−23 J
> 120 µeV
Radar, Radioastronomie, Richtfunk
Terahertzstrahlung30 µm … 3 mm0,1 … 10 THz> 6,6 · 10−23 J
> 0,4 meV
Synchrotron, Freie-Elektronen-Laser, elektronische QuellenRadioastronomie, Spektroskopie, Abbildungsverfahren (z. B. Körperscanner)
Infrarot-
strahlung

(Wärme-
strahlung)
Fernes Infrarot50 µm … 1 mm0,300 … 6 THz> 2,0 · 10−22 J
> 1,2 meV
Wärmestrahler, Globar, Synchrotron
Molekülschwingungen
Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Infrarotastronomie
Mittleres Infrarot3 … 50 µm6 … 100 THz> 4,0 · 10−21 J
> 25 meV
Kohlendioxidlaser, Quantenkaskadenlaser, GlobarThermografie, Infrarotspektroskopie
Nahes Infrarot780 nm … 3 µm100 … 384 THz> 8,0 · 10−20 J
> 500 meV
Nd:YAG-Laser, Laserdiode, LeuchtdiodeFernbedienung, Datenkommunikation (IRDA), CD, Infrarotspektroskopie, Datenübertragung (Lichtwellenleiter)
LichtRot640 … 780 nm384 … 468 THz1,59 … 1,93 eVWärmestrahler (Glühlampe), Gasentladung (Neonröhre), Farbstoff- und andere Laser, Synchrotron, Leuchtdiode
Anregung von Valenzelektronen
DVD, Laserpointer, Datenübertragung (Lichtwellenleiter), Lasernivellier (rot, grün), Beleuchtung, Colorimetrie, Fotometrie, Lichtzeichenanlage (rot, gelb, grün), Blu-ray Disc (violett)
Orange600 … 640 nm468 … 500 THz1,93 … 2,06 eV
Gelb570 … 600 nm500 … 526 THz2,06 … 2,17 eV
Grün490 … 570 nm526 … 612 THz2,17 … 2,53 eV
Blau430 … 490 nm612 … 697 THz2,53 … 2,88 eV
Violett380 … 430 nm697 … 789 THz2,88 … 3,26 eV
UV-
Strahlen

[2]
Nahes UV („Schwarzlicht“)315 … 380 nm789 … 952 THz3,26 … 3,94 eVGasentladung, Synchrotron, Excimerlaser, LeuchtdiodeSchwarzlicht Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Banknotenprüfung, Fotolithografie, Desinfektion, UV-Licht, Spektroskopie
Mittleres UV
(„Dorno-Strahlung“)
280 … 315 nm952 … 1071 THz
(1,07 PHz)
3,94 … 4,43 eV
Fernes UV200 … 280 nm1,07 … 1,5 PHz4,43 … 6,2 eV
Vakuum-UV100 … 200 nm1,5 … 3 PHz> 9,9 · 10−19 J
> 6,2 … 12 eV
XUV-Röhre, Synchrotron, NanoplasmaEUV-Lithografie, Röntgenmikroskopie, Nanoskopie
EUV10 … 121 nm2,48 … 30 PHz> 5,0 · 10−18 J
> 10,2 … 120 eV
Röntgenstrahlen 10 pm … 10 nm30 PHz … 30 EHz> 2,0 · 10−16 J
> 120 eV
Röntgenröhre, Synchrotron
Anregung von inneren Elektronen, Auger-Elektronen
medizinische Diagnostik, Sicherheitstechnik, Röntgen­struktur­analyse, Röntgen­beugung, Photo­elektronen­spektroskopie, Röntgen­absorptions­spektroskopie, Röntgen­astronomie
Gammastrahlen ≤ 10 pm≥ 30 EHz> 2,0 · 10−14 J
> 120 keV
Radioaktivität, Annihilation
Anregung von Kernzuständen
medizinische Strahlentherapie, Mößbauerspektroskopie
ultrahochenergetische
Gammastrahlen
≤ 1,2 · 10−17 m≥ 2,4 · 1025 Hz> 1,7 · 10−8 J
> 1011 eV
Supernova etc., höchste bisher beobachtete Energie: 16 TeV (2,6 µJ)Weltraumbeobachtung mit Luft-Tscherenkow-Teleskopen (MAGIC, HEGRA, H.E.S.S.)
Hinweis

Die Klassifizierung nach Röntgenstrahlen und Gammastrahlen ist inhaltlich falsch. Sie bezeichnet die Entstehungsweise.

  • Röntgenstrahlen entstehen durch Bremsstrahlung oder durch höherenergetische Übergänge in der Elektronenhülle (man spricht ab 100 eV von Röntgenstrahlung).
  • Gammastrahlen entstehen durch Kernprozesse oder durch Paarvernichtung.
  • Röntgenstrahlen erzeugt man gesteuert durch „Umlegen eines elektrischen Schalters“ (Röntgenröhre), nicht als stoffliche Eigenschaft
  • Gammastrahlen entsteht als Strahlung aus Stoffen heraus, z. B. aus Technetium-99m
  • Energiebereich Röntgenstrahlen: für medizinische Diagnostik unter 100 keV, aber auch bis 25 MeV möglich
  • Energiebereich Gammastrahlen: meist über 125 keV, aber es gibt viele Gammastrahlen mit 20 … 125 keV, niedrige bekannte Linie: 8,35 eV(!)

Literatur

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

  1. gehören nach der Definition der VO Funk, Ausgabe 2012, Artikel 1.5 auch noch zu den Radiowellen.
  2. Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. DIN 5031 Teil 7, Januar 1984.

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