Wellenausbreitung

Die elektromagnetischen Wellen sind transversale Schwingungen, d.h., die Schwingungen des elektrischen oder magnetischen Vekktors erfolgen im rechten Winkel zur Fortpflanzungsrichtung der Welle. Diese Tatsache lässt sich aus der vorhandenen Polarisationsfähigkeit dieser Strahlung folgern.

Zeichnung 1 (folgt) zeigt schematisch den verlauf einer solchen Transversalwelle, die sich in der Z-Richtung mit der Geschwindigkeit c fortbewegt. Eine Welle ensteht dadurch, dass ortsgebundene elektrisch geladene Teilchen eines Mediums um eine Ruhelage auf- und abschwingen (in Zeichnung 1 erfolgt die Schwingung in Richtung der y-Achse). Die größte Auslenkung a des Teilchens aus der Ruhelage ist die Amplitude der Schwingung. Zeichnung 1 stellt ein Momentbild einer solchen Welle dar.

(Zeichnung 1)

Die Teiclchen A, C und D zeigen gerade die größte positive Auslenkung y=a (schwingen also in Phase), während das Teilchen B sich gerade in der Ruhelage befindet (also in seiner Schwingung einen Phasenunterschied gegen die Punkte A, C, und D aufweist). Man bezeichnet die Strecke AC bzw. CD als Wellenlänge λ (Lambda).

Zwischen Wellenlänge, Geschwindigkeit und Frequenz der Schwingung lässt sich eine sehr einfache Beziehung aufstellen: Unter der Frequenz ν (Nu) einer Strahlung versteht man die Anzahl von Schwingungen, die ein Teilchen pro Sekunde ausführt. Die Einheit dieser Frequenz, d.h. eine Schwingung pro Sekunde trägt den Namen Hertz (Hz). Macht ein Teilchen der Welle z.B. 100 Schwingungen pro Sekunde (ν = 100 Hz), so werden während einer Sekunde 100 Wellenberge, also 100 λ an dem Punkt A vorbei wandern. Der erste Wellenberg bei A hat also in einer Sekunde den Weg 100 λ zurückgelegt; die Geschwindigkeit der Welle beträgt also c = 100 λ / sec.
Die Lichtgeschwindigkeit c im Vakuum ist eine Naturkonstante c = 300 000 km/s, die größte in der Natur auftretende Geschwindigkeit.

Die einzelnen Bereiche der elektromagnetischen Strahlung (Abb. 2) unterscheiden sich nur durch ihre Wellenlänge bzw. ihre Frequenz. Die Geschwindigkeit im Vakuum ist für alle Wellenbereiche konstant gleich c. Die Darstellung in Abb. 2 ist in logarithmischem Maßstab aufgetragen und man erkennt, dass das sichtbare Licht nur einen sehr kleinen Teil dieser Strahlung umfasst. Den größten Bereich nehmen die elektrischen Wellen mit Wellenlängen non mehreren Kilometern bis herunter zu cm- und mm-Wellen ein, mit Frequenzen von wenigen Hz bis zu mehreren GHz. Es schließt sich dann der Bereich der langwelligen Wärmestrahlung an. Die Wärmestrahlung umfasst die Wellenlängen von mm bis zu 1/1000 mm, und hier befindet man sich schon im infraroten Gebiet. Die Wellenlängen des sichtbaren Lichtes liegen zwischen 780 bis 380 nm, Die Frequenz des sichtbaren Lichtes beträgt 500 Billionen Schwingungen pro Sekunde.

Die Farben werden mit ihren Wellenlängen bezeichnet, ausgedrückt in Nanometer (nm).

1 nm = 0,000001 mm

Auf der kurzwelligen, violetten Seite des sichtbaren Bereiches folgt die …