Das elektromagnetische Spektrum: Weit mehr als Farben und Licht. Hier alles über die verschiedenen Strahlungstypen
Das elektromagnetische Spektrum umfasst weit mehr als das sichtbare Licht. Die zahlreichen Wellenlängen und Frequenzen reichen von langwelligen Radiowellen bis hin zu ultrakurzwelligen Gammastrahlen. Die Technik macht sich die verschiedenen Strahlungen in großem Maße zunutze.
Neben dem sichtbaren Licht umfasst das elektromagnetische Spektrum (EM) auch andere Bereiche wie Radiowellen, Mikrowellen, Infrarotlicht (IR), ultraviolettes Licht (UV), Röntgenstrahlung und Gammastrahlung. Die Bereiche haben besondere physikalische Eigenschaften und wirken jeweils anders auf die Materie.
Das elektromagnetische Spektrum umfasst eine große Bandbreite an Wellenlängen, die in Meter (m) angegeben oder als Frequenz in Hertz (Hz) gemessen werden können. Die Wellen sind gekoppelt an elektrische und magnetische Felder und transportieren Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung. Im Vakuum breiten sich elektromagnetische Wellen mit Lichtgeschwindigkeit (ca. 300.000 km/s) aus.
Durch das Verstehen des Elektromagnetismus konnten zahlreiche Technologien entwickelt werden, von medizinischer Bildgebung und drahtloser Kommunikation bis hin zur Erforschung des Weltraums, moderner Beleuchtung und Klimakontrolle.
Im elektromagnetischen Spektrum haben Radiowellen die längsten Wellenlängen. Ihre Existenz ist seit dem 19. Jahrhundert bekannt. Radiowellen werden für die Übertragung von Radio- und Fernsehsignalen, Mobiltelefonkommunikation, GPS und die sogenannte Radioastronomie verwendet.
Mikrowellen kommen in vielen drahtlosen Kommunikationssystemen wie Mobilfunk, Bluetooth, Satellitenrundfunk und WLAN sowie im Mikrowellenherd zum Erwärmen von wasserhaltigen Substanzen zum Einsatz. Mit Wellenlängen von 30 cm bis 1 mm – manchmal auch 1 m bis 0,3 mm – können sie potenziell das Gewebe erwärmen und schädigen.
Infrarotes (IR) Licht wird hauptsächlich als Wärme wahrgenommen. Alle Objekte, die eine Temperatur über dem absoluten Nullpunkt haben, strahlen Infrarotstrahlung aus. Darum wird Infrarotstrahlung auch in der Wärmebildtechnik verwendet. IR spielt außerdem eine wichtige Rolle in der Astronomie, um kühle Objekte im Universum zu beobachten.
Sichtbares Licht ist demnach nur ein kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums. Es reicht von violettem Licht mit kurzen Wellenlängen bis zu rotem Licht mit längeren Wellenlängen. Diese Form von Licht wird bei vielen Technologien und Systemen eingesetzt, etwa bei Beleuchtung, Bildschirmen, optischen Instrumenten, aber auch bei Systemen, die auf Farben, Signalen und anderen Zeichen beruhen.
Ultraviolettstrahlung oder UV-Licht hat zuweilen erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit. Zwar ist UV-Strahlung notwendig für die Produktion von Vitamin D in der Haut, sie kann aber auch Sonnenbrand und Hautkrebs verursachen, abhängig von der jeweiligen UV-Art (UV-A bis UV-C). In der Industrie wird UV-Licht zur Desinfektion und zur Aushärtung von Kunststoffen verwendet.
Röntgenstrahlen (X-ray) sind ebenfalls hochenergetisch und haben Wellenlängen unter 10 nm. Sie werden häufig in der medizinischen Diagnostik sowie in der Mikroskopie eingesetzt. Die Röntgenstrahlung ermöglicht es, detaillierte Bilder des Inneren des menschlichen Körpers zu erstellen und so Frakturen, Tumore und andere Anomalien zu erkennen.
Gammastrahlen wiederum befinden sich am obersten Ende des elektromagnetischen Spektrums, mit den kürzesten Wellenlängen und den höchsten Energien. Dieser Strahlungstyp entsteht durch nukleare Reaktionen und Prozesse in der kosmischen Strahlung, und aufgrund der hohen Energie kann die Strahlung tief in Materie eindringen. Darum werden Gammastrahlen beispielsweise in der Medizin als Strahlentherapie oder in der Lebensmittelbestrahlung verwendet.
Die Sonne ist eine Strahlen- und Energiequelle mit einem breiten EM-Spektrum, und ihre elektromagnetische Strahlung wirkt andauernd auf die Erdatmosphäre ein. Die Atmosphäre schützt dabei jedoch vor den Wellen mit höherer Energie wie Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und einigen UV-Wellen, die schädlich für Lebewesen sein können.
Zwar sind die meisten Teile des EM-Spektrums unsichtbar für uns, dennoch hat der Elektromagnetismus einerseits tiefgreifende Auswirkungen auf die belebte und unbelebte Natur. Andererseits können wir uns die Energien und Strahlungen in vielen Bereichen zunutze machen, etwa bei Mobilfunk, Medizin oder Astronomie.