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Elektromagnetische Welle – Spektrum

Erfahre, wie elektromagnetische Wellen Energie übertragen, die Welt erleuchten und uns wärmen. Unterschiede in Frequenz und Wellenlänge bestimmen verschiedene Typen im Spektrum - vom nützlichen Infrarotlicht bis zu den gefährlichen Gammastrahlen. Interessiert? Dies und mehr erfährst du im folgenden Text!

Alle Inhalte sind von Lehrkräften & Lernexperten erstellt
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Die Autor*innen
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Jakob Köbner
Elektromagnetische Welle – Spektrum
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Elektromagnetische Welle – Spektrum Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Elektromagnetische Welle – Spektrum kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Definition des elektromagnetischen Spektrums.

    Tipps

    Das Spektrum ist definitiv nicht unendlich, aber sehr groß.

    Lösung

    Was meinen wir eigentlich, wenn wir von einem Spektrum reden?

    Das elektromagnetische Spektrum ist die Summe aller elektromagnetischen Wellen, also aller möglichen Wellenlängen.

    Materiewellen gehören nicht zum elektromagnetischen Spektrum, denn sie benötigen ein Ausbreitungsmedium und transportieren sowohl Stoffe als auch Energie.

    Elektromagnetische Wellen transportieren dagegen nur Energie und benötigen kein Ausbreitungsmedium.

  • Nenne Beispiele für Gegenstände, die so lang sind wie EM-Wellenlängen.

    Tipps

    EM-Wellen mit hoher Energie haben kleinere Wellenlängen.

    Das sichtbare Licht steht ungefähr in der Mitte der uns bekannten Frequenzbereiche.

    Lösung

    Womit lassen sich die Wellenlängen vergleichen? Von hohen Gebäuden bis hin zur Größe von Atomkernen gehen die Wellenlängen des EM-Spektrums.

    Die Gegenstände auf den Bildern werden von oben links nach unten rechts kleiner. So auch die Wellenlängen in dieser Reihenfolge beginnend mit der längsten:

    • Radiowellen
    • Mikrowellen
    • Sichtbar
    • UV-Strahlung
    • Röntgenstrahlung
    • Gammastrahlung
    Nur die Dauerwellen gehören ganz woanders hin.

  • Berechne die Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle anhand ihrer Frequenz.

    Tipps

    Nimm dir die Formel für die Frequenz zur Hand und benutze die Konstante, die du brauchst, ohne Kommastellen gerundet.

    Mögliche Konstanten sind: Plank'sches Wirkungsquantum: $h=6,626 \cdot 10^{-34} \text{J} \cdot \text{s}$
    Lichtgeschwindigkeit: $c\approx 3 \cdot 10^8 \frac{\text{m}}{\text{s}}$.

    Lösung

    Wellenlängen in Frequenzen umrechnen und andersherum. Mal braucht man dies, mal jenes.

    $f=\dfrac{c}{\lambda}$, formen wir das um bekommen wir $\lambda=\dfrac{c}{f}$.

    Dann setzen wir gemütlich ein: $\lambda=\dfrac{3\cdot 10^{8}~\dfrac{\text{m}}{\text{s}}}{2\cdot 10^{12}~\text{Hz}}=1,5\cdot 10^{-4}~\text{m}$.

    Das sind $400~\mu\text{m}$. Damit liegt die Strahlung zwischen Infrarot- und Mikrowellenstrahlung, der Terahertzstrahlung.

  • Nenne Erzeuger von elektromagnetischer Strahlung.

    Tipps

    Radiowellen werden, wie der Name schon sagt, in elektrischen Radios verwendet.

    Lösung

    Will man EM-Wellen benutzen, muss man sie natürlich auch erzeugen können.

    Jeden Erzeuger zu erklären, würde zu weit gehen. Daher werden hier nur die richtigen Paare genannt:

    • Radiowelle - Hertz'scher Dipol
    • Mikrowelle - Klystron/Synchrotron
    • Ultraviolette Strahlung - Gasentladung/Synchrotron
    • Röntgenstrahlen - Röntgenröhre
    • Gammastrahlen - Kernzerfall/Paarvernichtung.

  • Nenne, woraus die elektromagnetische Welle besteht.

    Tipps

    Es gibt einen Dualismus, der auf elektromagnetische Wellen zutrifft.

    Lösung

    Was sind elektromagnetische Wellen? Sie unterscheiden sich auf jeden Fall von mechanischen und anderen Wellen.

    Eine Welle besteht aus gequantelten Energieportionen: den Photonen. Diese kann man auch als Lichtteilchen bezeichnen. Sie stellen die Teilchen-Eigenschaft einer Welle dar.

  • Berechne die Energie eines Photons anhand seiner Wellenlänge.

    Tipps

    Du kennst die Gleichung für die Photonenenergie und die für die Frequenz.

    Lösung

    Die Energie eines Photons braucht man in der Photonik und Quantenphysik oft. Manchmal hat man aber nur die Wellenlänge gegeben. Das ist allerdings kein Problem für uns:

    $E_{Ph}=h\cdot f$, wobei ja $f=\dfrac{c}{\lambda}$ ist:

    $E_{Ph}=6,626\cdot 10^{-34}~\text{Js}\cdot \dfrac{3\cdot 10^{8}~\dfrac{\text{m}}{\text{s}}}{500\cdot 10^{-9}~\text{m}}=4\cdot 10^{-19}~\text{J}$ .