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Elektromagnetische Welle


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In der Elektrodynamik sind Elektromagnetische Wellen Wellen des elektromagnetischen Feldes. Hierbei stehen elektrisches und magnetisches Feld stets senkrecht aufeinander und haben stets festes Größenverhältnis (in SI -Einheiten ist dieses gerade durch die Lichtgeschwindigkeit gegeben). Insbesondere verschwinden elektrisches und magnetisches an denselben Orten zur selben Zeit so die häufig gelesene Darstellung dass sich elektrische magnetische Energie zyklisch ineinander umwandeln nicht korrekt (sie stimmt allerdings für das Nahfeld eines elektromagnetische Wellen erzeugenden elektrischen Dipols oder Schwingkreises ).

Nach den Maxwellgleichungen ist die zeitliche Änderung des elektrischen stets mit einer räumlichen Änderung des magetischen verknüpft. Ebenso ist die zeitliche Änderung des Feldes mit einer räumlichen Änderung des elektrischen verknüpft. Für senkrecht aufeinanderstehende periodisch (insbesonders sinusförmig ) wechselnde elektrische und magnetische Felder ergeben Effekte zusammen eine fortschreitende Welle.

Das besondere an der elektromagnetischen Welle im Vergleich zu einer Schallwelle ) ist dass kein Träger vorhanden sein also eine solche Welle kann sich im leeren Raum ausbreiten.

Im Vakuum breitet sich eine elektromagnetische Welle mit Vakuumlichtgeschwindigkeit <math>c_0=299\ 792\ 458\;\mathrm{\frac{m}{s}}</math> aus. Dieser Wert exakt da die Einheit Meter durch die definiert ist und gilt unabhängig von der Frequenz der Welle.

In einem Medium (also in Materie) verringert sich die abhängig von der Permittivität und der Permeabilität des Stoffes. Zudem wird sie abhängig der Frequenz der Welle ( Dispersion ).

Elektromagnetische Wellen sind im elektromagnetischen Spektrum nach der Wellenlänge sortiert.

Beispiele für elektromagnetische Wellen sind (in Frequenz bzw. abnehmender Wellenlänge )

Bezeichnung Wellenlänge Frequenz Energie der Photonen in eV Erzeugung Technischer Einsatz
Gammastrahlen < 10 pm > 30 EHz > <Math>2 0\cdot 10^{-14}</math>J > 120 KeV Kernumwandlungsprozesse
Röntgenstrahlen < 10 nm > 30 PHz > <Math>2 0\cdot 10^{-17}</math>J > 120 eV Röntgenröhre
Starke UV-Strahlen < 200 nm > 1 5 PHz > <Math>2 0\cdot 10^{-19}</math>J > 6 2 eV Gasentladungslampe
schwache UV-Strahlen < 380 nm > 789 THz > <Math>5 2\cdot 10^{-19}</math>J > 3 3 eV Gasentladungslampe
sichtbares Licht < 780 nm > 384 THz > <Math>2 6\cdot 10^{-19}</math>J > 1 6 eV Wärmestr. Gasentladungsl.
Nahes Infrarot < 2 5 µm > 120 THz > <Math>8 0\cdot 10^{-20}</math>J > 500 meV Wärmestrahler
Mittleres Infrarot < 50 µm > 6 00 THz > <Math>4 0\cdot 10^{-21}</math>J > 25 meV Wärmestrahler
Fernes Infrarot < 1 0 mm > 300 GHz > <Math>2 0\cdot 10^{-22}</math>J > 1 2 meV Wärmestrahler
Mikrowellen < 30 cm > 1 0 GHz > <Math>6 6\cdot 10^{-25}</math>J > 4 1 µeV
Dezimeterwellen < 1 0 m > 300 MHz > <Math>2 0\cdot 10^{-25}</math>J > 1 2 µeV
Ultrakurzwelle (UKW) < 10 m > 30 MHz > <Math>2 0\cdot 10^{-26}</math>J > 120 neV
Kurzwelle < 180 m > 1 7 MHz > <Math>1 1\cdot 10^{-27}</math>J > 6 9 neV
Mittelwelle (MW) < 650 m > 650 kHz > <Math>4 3\cdot 10^{-28}</math>J > 2 7 neV
Langwelle < 10 km > 30 kHz > <Math>2 0\cdot 10^{-29}</math>J > 120 peV Röhrengenerator
Längstwellen < 30 km > 10 kHz > <Math>6 6\cdot 10^{-30}</math>J > 41 peV Röhrengenerator
Tonfrequente Wechsels. < 3000 km > 100 Hz > <Math>6 6\cdot 10^{-32}</math>J > 410 feV Maschinengenerator
Wechselströme > 3000 km < 100 Hz < <Math>6 6\cdot 10^{-32}</math>J < 410 feV Maschinengenerator

Beim sichtbaren Licht bestimmt die Frequenz die Wellenlänge die Farbe des Lichtes. Monochromatisches Licht also Licht nur einer einzigen hat stets eine Spektralfarbe .

Insbesondere bei den kurzwelligen Erscheinungsformen der Wellen (z.B. Gammastrahlung) eignet sich das oben Wellenmodell nicht um alle beobachtbaren Phänomene zu Vielmehr treten die Teilcheneigenschaften einzelner Photonen der Quanten der elektromagnetischen Strahlung in den Vordergrund und bestimmen die Vorgänge. Der Wellencharakter (etwa Interferenz ) tritt dagegen zurück.



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