Wellenzahl

Name

Wellenzahl

$\tilde{ν}$ , $k$

Größen- und Einheitensystem	Einheit	Dimension
SI	m⁻¹, rad·m⁻¹	L⁻¹
cgs	cm⁻¹, rad·cm⁻¹	L⁻¹

Der Begriff Wellenzahl (auch Repetenz genannt^[1]) wird in der physikalischen Literatur für verschiedene physikalische Größen in Zusammenhang mit der Frequenz $ν$ und der Phasengeschwindigkeit $c$ von Wellen bzw. der Wellenlänge $λ$ verwendet.

Je nach Fachgebiet sind zwei unterschiedliche Definitionen verbreitet:

\tilde{ν} = \frac{ν}{c}

bzw.

k = \frac{ω}{c}

Dabei ist $ω$ die Kreisfrequenz. Die beiden Formen unterscheiden sich nur um den konstanten Faktor $2 π$ . Um eine Verwechslung zu vermeiden, wird $k$ auch Kreiswellenzahl genannt.

Spektroskopie

Eine Welle, die in einem Meter zweimal schwingt. Daher hat sie eine Wellenlänge von 0,5 m und eine Wellenzahl von 2 m⁻¹.

In der Spektroskopie bezeichnet die Wellenzahl $\tilde{ν}$ ^[2] den Kehrwert der Wellenlänge $λ$ :

\tilde{ν} = \frac{ν}{c} = \frac{1}{λ} = \frac{N}{l}

,

wobei c für die Vakuumlichtgeschwindigkeit und $ν$ für die Frequenz steht.

Die Wellenzahl ist damit auch der Quotient aus der Anzahl N der auf die Länge l entfallenden Wellenlängen.

Anschaulich ist sie die Anzahl der Schwingungen, die sie in einer Einheitslänge (bei der Kreiswellenzahl in einer Länge von $2 π$ ) durchführt.

Ihre SI-Einheit ist m⁻¹, vor allem in der Spektroskopie wird die CGS-Einheit cm⁻¹, d. h. Anzahl der Schwingungen einer Welle pro Zentimeter, angegeben.^[3] Diese Einheit wird auch Kayser genannt, nach Heinrich Kayser. Zum Beispiel liegen Rotationsspektren im Bereich von 1–100 cm⁻¹, während Schwingungsspektren im Bereich von 100–10.000 cm⁻¹ liegen. Im Sprachgebrauch wird auch die Einheit cm⁻¹ üblicherweise Wellenzahl genannt, also statt „die Bande liegt bei 120 inversen Zentimetern“ wird gesagt „die Bande liegt bei 120 Wellenzahlen“.

Da 1 cm etwa 1/30.000.000.000 Lichtsekunde entspricht, besteht zwischen Wellenzahl und Frequenz ein Proportionalitätsfaktor von 30 Milliarden (1 cm⁻¹ entspricht 30 GHz)

Tabelle für Überschlagsrechnungen
Wellenzahl in cm⁻¹	Wellenlänge in µm	Frequenz in THz	Anwendung
10.000	1	300	Infrarotspektroskopie
1.000	10	30	Infrarot/Terahertz-Spektroskopie
100	100	3	Terahertz-Spektroskopie
10	1000	0,3	Mikrowellenspektroskopie

Betrag des Wellenvektors

Die Kreiswellenzahl ist im mehrdimensionalen Fall der Betrag des Wellenvektors $k = | \vec{k} |$ . Sie berechnet sich zu

k = | \vec{k} | = \frac{ω}{c} = \frac{2 π}{λ} = 2 π \cdot \tilde{ν}

.

Die Wellenzahl wird gelegentlich auch als Ortsfrequenz bezeichnet.

Einzelnachweise

↑ Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): DIN 1304-1 Formelzeichen – Allgemeine Formelzeichen. Beuth Verlag GmbH, Berlin, S. 3.
↑ Das Formelzeichen $\tilde{ν}$ wird in Unicode als Kombinationszeichen geschrieben (U+0303 + U+03BD).
↑ Otto-Albrecht Neumüller (Hrsg.): Römpps Chemie-Lexikon. Band 6: T–Z. 8. neubearbeitete und erweiterte Auflage. Franckh’sche Verlagshandlung, Stuttgart 1988, ISBN 3-440-04516-1, S. 4614.

[1] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): DIN 1304-1 Formelzeichen – Allgemeine Formelzeichen. Beuth Verlag GmbH, Berlin, S. 3.

[2] Das Formelzeichen $\tilde{ν}$ wird in Unicode als Kombinationszeichen geschrieben (U+0303 + U+03BD).

[RÖMPP-3] Otto-Albrecht Neumüller (Hrsg.): Römpps Chemie-Lexikon. Band 6: T–Z. 8. neubearbeitete und erweiterte Auflage. Franckh’sche Verlagshandlung, Stuttgart 1988, ISBN 3-440-04516-1, S. 4614.

[1]

[2]

[3]