Elektromagnetisches Spektrum

Der Begriff elektromagnetisches Spektrum kommt in vielen Fachgebieten und Themen der Wissenschaft vor. Doch was genau versteht man eigentlich darunter? Es geht dabei um die verschiedenen Wellenlängenbereiche der Elektromagnetischen Strahlung.

Das für den Menschen sichtbare Licht ist ein Teil des elektromagnetischen Spektrums. Licht ist eine elektromagnetische Welle.
Auch Radiowellen, Mikrowellen, UV-Strahlung, Röntgenstrahlung und Infrarotes Licht sind jeweils Wellen des elektromagnetischen Spektrums.

Alle diese elektromagnetischen Wellen breiten sich mit der unvorstellbar hohen Lichtgeschwindigkeit von fast 300.000 Kilometern pro Sekunde (ca. 1,08 Milliarden Kilometer pro Stunde) aus. Sie unterscheiden sich dabei jedoch in der Wellenlänge, der Frequenz und der Energie der jeweiligen Strahlung:

• UV-Strahlung (ultraviolettes Licht) hat im Vergleich zu sichtbarem Licht eine kleinere Wellenlänge, eine höhere Frequenz und eine höhere Energie.
• Infrarotes Licht hat eine größere Wellenlänge, eine geringere Frequenz und weniger Energie als sichtbares Licht.
• Röntgen- und Gammastrahlen haben jeweils eine noch größere Energie und Frequenz und eine kleinere Wellenlänge als UV-Strahlung.
• Mikrowellen und Radiowellen haben jeweils eine noch kleinere Energie und Frequenz und eine größere Wellenlänge als infrarotes Licht.

Drei Größen beschreiben also die charakteristischen Eigenschaften der jeweiligen Wellenlängenbereiche des elektromagnetischen Spektrums: Wellenlänge, Frequenz und Energie.
Dies drei Größen sind jedoch direkt miteinander verknüpft. Man benötigt nur eine dieser drei Größen, um daraus die beiden anderen zu berechnen.

Genaugenommen unterscheiden sich die verschiedenen Wellenlängenbereiche deshalb nur in einer Größe. Und hier betrachtet man aus historischen Gründen meistens die Wellenlänge. Die beiden anderen Größen, Frequenz und Energie, ergeben sich aus der Wellenlänge.

Dabei gilt: Steigt die Wellenlänge, so nehmen Frequenz und Energie ab. Wird die Wellenlänge hingegen kleiner, so nehmen Energie und Frequenz zu.

Der Mensch kann nur einen Teil des elektromagnetischen Spektrums sehen, das sichtbare Licht im Spektralbereich von ca. 380 bis 760 Nanometer (nm).

1 Nanometer ist der 1.000 Teil eines Mikrometers, welches wiederum der 1.000 Teil eines Millimeters ist. Und 1 Millimeter ist der 1.000 Teil eines Meters.
1.0000 Nanometer sind also 1 Mikrometer, 1.000 Mikrometer ein Millimeter, und 1.000 Millimeter sind ein Meter.

Damit entsprechen 380 bis 760 nm genau 0,38 bis 0,76 Mikrometer (μm) bzw. 0,00038 bis 0,00076 Millimeter (mm).

Die Wellenlängen des sichtbaren Lichts liegen also im Bereich von wenigen Bruchteilen eines Millimeters. Dies ist ein Größenbereich, in dem das menschliche Auge ohne Hilfsmittel (Mikroskope) keine Objekte erkennen kann.

Doch die Fotorezeptoren des menschlichen Auges, die sogenannten Zapfenzellen in der Netzhaut, können die Energie des Lichts in diesem Wellenlängenbereich sehr gut wahrnehmen. Und sie wandeln diese Energie in Nervenimpulse um, die dann im Gehirn den Eindruck von Farben erzeugen.

Denn auch im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums entsprechen die verschiedenen Farben des Lichts unterschiedlichen Wellenlängen und Energien:

• Violettes Licht hat die höchste Frequenz und Energie im sichtbaren Spektralbereich.
• Blaues Licht hat eine etwa größere Wellenlänge und deshalb etwas weniger Energie und auch eine kleinere Frequenz.
• Darauf folgen grünes und gelbes Licht mit jeweils größeren Wellenlängen und geringerer Energie und Frequenz.
• Rotes Licht hat im sichtbaren Spektralbereich die größte Wellenlänge und die geringste Energie.

Man kann sich dies leicht merken, indem man die Farben in der Reihenfolge anordnet, in der sie in einem Regenbogen auftreten: Von Violett über Blau, Grün, Gelb, Orange nach Rot nimmt die Energie und die Frequenz ab und die Wellenlänge nimmt zu.

Die elektromagnetischen Wellen jenseits des violetten und des roten Lichtes sind für den Menschen unsichtbar. Die Zapfenzellen in der Netzhaut des Auges können diese Wellenlängenbereiche der elektromagnetischen Strahlung nicht detektieren.

Deshalb können wir UV-Strahlung, Röntgenstrahlung, Gamma-Strahlen, infrarotes Licht, Mikrowellen und Radiowellen nicht sehen.