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 <math>\lambda</math> in eine Frequenz <math>f</math> erfolgt mit der Formel <math>f = \frac{c}{\lambda}</math>. Dabei ist <math>c</math> die Lichtgeschwindigkeit.

Übersicht des elektromagnetischen Spektrums

Übersicht mit sichtbarem Spektrum im Detail

Übersicht mit sichtbarem Spektrum im Detail

Die Bereiche des elektromagnetischen Spektrums

Übersicht elektromagnetisches Spektrum
Bezeichnung des Frequenzbereichs		Wellenlänge	Frequenz	Photonen- Energie	Erzeugung / Anregung	Technischer Einsatz
Haupt	Unterteilung	Wellenlänge	Frequenz	Photonen- Energie	Erzeugung / Anregung	Technischer Einsatz
Nieder- frequenz	Extremely Low Frequency (ELF)	10⁴ … 10⁵ km	3 … 30 Hz	> 2,0 · 10⁻³³ J > 1,2 · 10⁻¹⁴ eV	Bodendipol, Antennenanlagen, Magnetantenne	–
	Super Low Frequency (SLF)	10³ … 10⁴ km	30 … 300 Hz	> 2,0 · 10⁻³² J > 1,2 · 10⁻¹³ eV		(ehemals) U-Boot-Kommunikation
	Ultra Low Frequency (ULF)	{{#if:trim\|100 … 1000 km}}	300 … 3000 Hz	> 2,0 · 10⁻³¹ J > 1,2 · 10⁻¹² eV
	Very Low Frequency (VLF) Myriameterwelle, Längstwelle (SLW)	10 … 100 km	3 … 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 km	30 … 300 kHz	> 2,0 · 10⁻²⁹ J > 1,2 · 10⁻¹⁰ eV	Oszillatorschaltung + Antenne	Langwellenrundfunk, DCF77, Induktionskochfeld
	Mittelwelle (MW)	100 … 1000 m	300 … 3000 kHz	> 2,0 · 10⁻²⁸ J > 1,2 · 10⁻⁹ eV		Mittelwellenrundfunk, HF-Chirurgie, {{#if:trim\|(1,7 … 3 MHz}} Grenzwelle, Kurzwellenrundfunk)
	Kurzwelle (KW)	10 … 100 m	3 … 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 m	30 … 300 MHz	> 2,0 · 10⁻²⁶ J > 1,2 · 10⁻⁷ eV		Hörfunk, Fernsehen, Radar, Magnetresonanztomografie
Mikro- wellen <ref>gehören nach der Definition der VO Funk, Ausgabe 2012, Artikel 1.5 auch noch zu den Radiowellen, sind aber im geophysikalischen Kontext anders definiert.</ref>	Dezimeterwellen	1 dm … 1 m	{{#if:trim\|300 … 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
	Zentimeterwellen	1 cm … 1 dm	3 … 30 GHz	> 2,0 · 10⁻²⁴ J > 12 µeV		Radar, Radioastronomie, Richtfunk, Satellitenrundfunk, WLAN, 4G, 5G
	Millimeterwellen	1 mm … 1 cm	30 … 300 GHz (0,3 THz)	> 2,0 · 10⁻²³ J > 120 µeV		Radar, Radioastronomie, Richtfunk
Terahertzstrahlung		30 µm … 3 mm	0,1 … 10 THz	> 6,6 · 10⁻²³ J > 0,4 meV	Synchrotron, Freie-Elektronen-Laser, elektronische Quellen	Radioastronomie, Spektroskopie, Abbildungsverfahren (z. B. Körperscanner)
Infrarot- strahlung (Wärme- strahlung)	Fernes Infrarot	50 µm … 1 mm	0,300 … 6 THz	> 2,0 · 10⁻²² J > 1,2 meV	Wärmestrahler, Globar, Synchrotron Molekülschwingungen	Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Infrarotastronomie
	Mittleres Infrarot	3 … 50 µm	6 … 100 THz	> 4,0 · 10⁻²¹ J > 25 meV	Kohlendioxidlaser, Quantenkaskadenlaser, Globar	Thermografie, Infrarotspektroskopie
	Nahes Infrarot	780 nm … 3 µm	100 … 384 THz	> 8,0 · 10⁻²⁰ J > 500 meV	Nd:YAG-Laser, Laserdiode, Leuchtdiode	Fernbedienung, Datenkommunikation (IRDA), CD, Infrarotspektroskopie, Datenübertragung (Lichtwellenleiter)
Licht	Rot	640 … 780 nm	384 … 468 THz	1,59 … 1,93 eV	Wärmestrahler (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)
	Orange	600 … 640 nm	468 … 500 THz	1,93 … 2,06 eV
	Gelb	570 … 600 nm	500 … 526 THz	2,06 … 2,17 eV
	Grün	490 … 570 nm	526 … 612 THz	2,17 … 2,53 eV
	Blau	430 … 490 nm	612 … 697 THz	2,53 … 2,88 eV
	Violett	380 … 430 nm	697 … 789 THz	2,88 … 3,26 eV
UV- Strahlen <ref name="5031-7">Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. DIN 5031 Teil 7, Januar 1984.</ref>	Nahes UV („Schwarzlicht“)	315 … 380 nm	789 … 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 … 315 nm	952 … 1071 THz (1,07 PHz)	3,94 … 4,43 eV
	Fernes UV	200 … 280 nm	1,07 … 1,5 PHz	4,43 … 6,2 eV
	Vakuum-UV	100 … 200 nm	1,5 … 3 PHz	> 9,9 · 10⁻¹⁹ J > 6,2 … 12 eV	XUV-Röhre, Synchrotron, Nanoplasma	EUV-Lithografie, Röntgenmikroskopie, Nanoskopie
	EUV	10 … 121 nm	2,48 … 30 PHz	> 5,0 · 10⁻¹⁸ J > 10,2 … 120 eV	XUV-Röhre, Synchrotron, Nanoplasma	EUV-Lithografie, Röntgenmikroskopie, Nanoskopie
Röntgenstrahlen Datei:Roentgen-Roehre.svg		10 pm … 10 nm	{{#if:trim\|30 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 Datei:NuclearReaction.svg		≤ 10 pm	≥ 30 EHz	> 2,0 · 10⁻¹⁴ J > 120 keV	Radioaktivität, Annihilation Anregung von Kernzuständen	medizinische Strahlentherapie, Mößbauerspektroskopie
Kosmische Gammastrahlung		≤ 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).

Weblinks

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Poster „Electromagnetic Radiation Spectrum“ (PDF, englisch; 992 kB)
Das Elektromagnetische Spektrum auf Welt der Physik

Einzelnachweise

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