Elektromagnetisches Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum – kurz EM-Spektrum und genauer elektromagnetisches Wellenspektrum genannt – 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 und 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 $\lambda$ in eine Frequenz $$ f $$ erfolgt mit der Formel $f={\frac {c}{\lambda }}$ . Dabei ist $$ c $$ die Lichtgeschwindigkeit.

Übersicht des elektromagnetischen Spektrums
Übersicht mit sichtbarem Spektrum im Detail

Die Bereiche des elektromagnetischen Spektrums

Übersicht elektromagnetisches Spektrum
Bezeichnung des Frequenzbereichs	Unter-Bezeichnung	Wellenlänge		Frequenz		Photonen- Energie	Erzeugung / Anregung	Technischer Einsatz
Bezeichnung des Frequenzbereichs	Unter-Bezeichnung	von	bis	von	bis	Photonen- Energie	Erzeugung / Anregung	Technischer Einsatz
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	385 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	XUV-Röhre, Synchrotron, Nanoplasma	EUV-Lithografie, Röntgenmikroskopie, Nanoskopie
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
Gammastrahlen		> 0	10 pm	30 EHz		> 2,0 · 10⁻¹⁴ J > 120 keV	Radioaktivität, Annihilation Anregung von Kernzuständen	medizinische Strahlentherapie, Mößbauerspektroskopie

Siehe auch

Literatur

DIN 5031 Teil 7: Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. Januar 1984 (IR, VIS und UV).

Weblinks

Commons: Elektromagnetisches Spektrum – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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.

[1] ören nach der Definition der VO Funk, Ausgabe 2012, Artikel 1.5 auch noch zu den Radiowellen.

[5031-7-2] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. DIN 5031 Teil 7, Januar 1984.

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