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
Übersicht mit sichtbarem Spektrum im Detail
Die Bereiche des elektromagnetischen Spektrums
| 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 | – |
| Super Low Frequency (SLF) | 1 Mm | 10 Mm | 30 Hz | 300 Hz | > 2,0 · 10−32 J > 120 feV | (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) | 1 km | 10 km | 30 kHz | 300 kHz | > 2,0 · 10−29 J > 120 peV | Oszillatorschaltung + Antenne | Langwellenrundfunk, DCF77, Induktionskochfeld |
| Mittelwelle (MW) | 100 m | 1000 m | 300 kHz | 3 MHz | > 2· 10−28 J > 1,2 neV | Mittelwellenrundfunk, HF-Chirurgie, (1,7 MHz-3 MHz Grenzwelle, Kurzwellenrundfunk) | ||
| Kurzwelle (KW) | 10 m | 100 m | 3 MHz | 30 MHz | > 1,1 · 10−27 J > 12 neV | Grenzwelle, Kurzwellenrundfunk, HAARP, Diathermie, CB-Funk, RC-Modellbau | ||
| Ultrakurzwelle (UKW) | 1 m | 10 m | 30 MHz | 300 MHz | > 2,0 · 10−26 J > 120 neV | Oszillatorschaltung + Antenne | Hörfunk, Fernsehen, Radar, Magnetresonanztomografie | |
| Mikrowellen[1] | 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, 2G, 3G, 4G, 5G |
| Zentimeterwellen | 1 cm | 10 cm | 3 GHz | 30 GHz | > 2,0 · 10−24 J > 12 µeV | Radar, Radioastronomie, Richtfunk, Satellitenrundfunk, WLAN, 4G, 5G | ||
| 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, elektronische Quellen | Radioastronomie, Spektroskopie, Abbildungsverfahren (z. B. Körperscanner) | |
| Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) | Fernes Infrarot | 50 µm | 1 mm | 300 GHz | 6 THz | > 2,0 · 10−22 J > 1,2 meV | Wärmestrahler, Globar, 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, Quantenkaskadenlaser, Globar | Thermografie, Infrarotspektroskopie | |
| Nahes Infrarot | 780 nm | 3,0 µm | 100 THz | 384 THz | > 8,0 · 10−20 J > 500 meV | Nd:YAG-Laser, Laserdiode, Leuchtdiode | Fernbedienung, Datenkommunikation (IRDA), CD, Infrarotspektroskopie | |
| Licht | Rot | 640 nm | 780 nm | 384 THz | 468 THz | 1,59–1,93 eV | Wärmestrahler (Glühlampe), Gasentladung (Neonröhre), Farbstoff- und andere Laser, Synchrotron, Leuchtdiode Anregung von Valenzelektronen | DVD, Laserpointer, Datenübertragung (Lichtwellenleiter) Rot, Grün: Lasernivellier, Beleuchtung, Colorimetrie, Fotometrie, Rot, Gelb, Grün: Lichtzeichenanlage, Violett: Blu-ray Disc |
| Orange | 600 nm | 640 nm | 468 THz | 500 THz | 1,93–2,06 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 | 2,88–3,26 eV | |||
| UV-Strahlen[2] | Nahes UV („Schwarzlicht“) | 315 nm | 380 nm | 789 THz | 952 THz | 3,26–3,94 eV | Gasentladung, Synchrotron, Excimerlaser, Leuchtdiode | Schwarzlicht Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Banknotenprüfung, Fotolithografie, Desinfektion, UV-Licht, Spektroskopie |
| Mittleres UV („Dorno-Strahlung“) | 280 nm | 315 nm | 952 THz | 1071 THz 1 PHz | 3,94–4,43 eV | |||
| Fernes UV | 200 nm | 280 nm | 1 PHz | 1,5 PHz | 4,43–6,2 eV | |||
| Vakuum-UV | 100 nm | 200 nm | 1,5 PHz | 3 PHz | > 9,9 · 10−19 J 6,2–12 eV | XUV-Röhre, Synchrotron, Nanoplasma | EUV-Lithografie, Röntgenmikroskopie, Nanoskopie | |
| EUV | 10 nm | 121 nm | 2,5 PHz | 30 PHz | >5,0 · 10−18 J 10,2–120 eV | |||
| Röntgenstrahlen | 10 pm | 10 nm | 30 PHz | 30 EHz | > 2,0 · 10−16 J > 120 eV | Röntgenröhre, Synchrotron Anregung von inneren Elektronen, Auger-Elektronen | medizinische Diagnostik, Sicherheitstechnik, Röntgen-Strukturanalyse, Röntgenbeugung, Photoelektronenspektroskopie, Röntgenabsorptionsspektroskopie, Röntgenastronomie | |
| Gammastrahlen | > 0 | 10 pm | 30 EHz | > 2,0 · 10−14 J > 120 keV | Radioaktivität, Annihilation Anregung von Kernzuständen | medizinische Strahlentherapie, Mößbauerspektroskopie | ||
Literatur
- DIN 5031 Teil 7: Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. Januar 1984 (IR, VIS und UV).
Weblinks
- Poster "Electromagnetic Radiation Spectrum" (PDF, englisch; 992 kB)
- Das Elektromagnetische Spektrum auf Welt der Physik
Einzelnachweise
- ↑ gehören nach der Definition der VO Funk, Ausgabe 2012, Artikel 1.5 auch noch zu den Radiowellen.
- ↑ Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. DIN 5031 Teil 7, Januar 1984.
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