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Magnetismus A - Z
Elektromagnetische Welle
Was sind elektromagnetische Wellen?Elektromagnetische Wellen bestehen aus elektromagnetischer Energie und können sich sogar im leeren Raum ausbreiten. Radiowellen, Mikrowellen, Röntgenstrahlen und viele andere Wellen- und Strahlungsarten sind elektromagnetische Wellen. Auch das Licht ist eine elektromagnetische Welle. Dabei unterscheiden sich Licht und Radiowellen sowie alle anderen Erscheinungen durch die Wellenlänge. Es ist schwierig, sich elektromagnetische Wellen wirklich vorzustellen. Wie Wasserwellen auf einer Seeoberfläche erfüllen sie den Raum.
Während Radiowellen und alle Wellen von Funk und Fernsehen eine Wellenlänge von weniger als ein bis zu vielen Metern haben können, ist die typische Wellenlänge der Handystrahlung im Bereich von etwa 10 cm angesiedelt, gefolgt von den noch kurzwelligeren mm und cm – Mikrowellen. Zwischen mm und µm nehmen wir die elektromagnetische Strahlung als Wärme auf der Haut wahr. Im Bereich unter 1 µm wird die Strahlung dann bei etwa 700 nm als rote Farbe sichtbar, um mit abnehmender Wellenlänge die Farben gelb, grün und blau anzunehmen, bis Wellen unterhalb von 350 nm als ultraviolettes Licht wieder unsichtbar werden. Röntgenstrahlen sind dabei kürzer als 1 nm und gehen schliesslich in die noch kurzwelligeren Gammastrahlen über.
Jede Welle wird neben der Wellenlänge noch über die Amplitude, also die Höhe der Wellenberge charakterisiert. Dabei ist das Quadrat der Wellenamplitude proportional zur Intensität der einfallenden Strahlung. Das bedeutet, dass die Amplitude der Lichtwellen auf das zehnfache ansteigt, wenn die Intensität eines Lichtstrahls um den Faktor hundert vergrössert wird.
Elektromagnetische Wellen werden durch die Elektrodynamik mathematisch beschrieben. Mit Hilfe der Maxwellgleichungen wurde die Existenz der elektromagnetischen Wellen sogar prognostiziert und berechnet, bevor überhaupt der experimentelle Nachweis erfolgte, dass es elektromagnetische Wellen gibt (z.B. über den Nachweis der Abstrahlung von Energie aus einer Antenne, in der Elektronen hin und her schwingen).
Durch ein genaues Auswerten der Maxwellgleichungen kann gezeigt werden, dass elektromagnetische Wellen aus schwingenden elektrischen und magnetischen Feldern bestehen, die senkrecht aufeinander stehen und sich gegenseitig erzeugen. Bei der Ausbreitung wird während einer Schwingung des elektrischen Feldes ein magnetisches Feld erzeugt, welches wieder ein elektrisches Feld bewirkt.
In der Quantentheorie wurde gezeigt, dass elektromagnetische Wellen nur als Päckchen mit einer bestimmten Mindestenergie vorkommen. Das Bild von den elektromagnetischen Wellen wurde dabei durch ein Bild von elektromagnetischen Wellenpaketen ersetzt, die sich sowohl wie Teilchen als auch wie Wellen verhalten können. Dabei ist die Energie eines Wellenpäckchens um so grösser, je kürzer die Wellenlänge ist. Deshalb sind die Quanten der sehr kurzwelligen Röntgen- und Gammastrahlung (elektromagnetische radioaktive Strahlung) sehr energiereich und entsprechend zerstörerisch in ihrer Wirkung auf Materie.
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