Elektromagnetisches Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum, auch EM-Spektrum oder elektromagnetisches Wellenspektrum 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. Sie 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 in eine Frequenz erfolgt mit der Formel . Dabei ist die Lichtgeschwindigkeit.

  • Übersicht des elektromagnetischen Spektrums
  • Übersicht mit sichtbarem Spektrum im Detail
    Übersicht mit sichtbarem Spektrum im Detail

Die Bereiche des elektromagnetischen Spektrums
Übersicht elektromagnetisches Spektrum
Bezeichnung des Frequenzbereichs Wellenlänge Frequenz Photonen-
Energie		 Erzeugung / Anregung Technischer Einsatz
Haupt Unterteilung
Nieder-
frequenz		 Extremely Low Frequency (ELF) 104...105 km 3...30 Hz > 2,0 · 10−33 J
> 1,2 · 10−14 eV		 Bodendipol, Antennenanlagen, Magnetantenne –
Super Low Frequency (SLF) 103...104 km 30...300 Hz > 2,0 · 10−32 J
> 1,2 · 10−13 eV		 (ehemals) U-Boot-Kommunikation
Ultra Low Frequency (ULF) 100...1000 km 300...3000 Hz > 2,0 · 10−31 J
> 1,2 · 10−12 eV
Very Low Frequency (VLF)
Myriameterwellen
Längstwellen (SLW)		 10...100 km 3...30 kHz > 2,0 · 10−30 J
> 1,2 · 10−11 eV		 U-Boot-Kommunikation (DHO38, ZEVS, Sanguine, SAQ), Funknavigation, Pulsuhren
Radio-
wellen		 Langwelle (LW) 1...10 km 30...300 kHz > 2,0 · 10−29 J
> 1,2 · 10−10 eV		 Oszillatorschaltung + Antenne Langwellenrundfunk, DCF77, Induktionskochfeld
Mittelwelle (MW) 100...1000 m 300...3000 kHz > 2,0 · 10−28 J
> 1,2 · 10−9 eV		 Mittelwellenrundfunk, HF-Chirurgie, (1,7...3 MHz Grenzwelle, Kurzwellenrundfunk)
Kurzwelle (KW) 10...100 m 3...30 MHz > 1,1 · 10−27 J
> 1,2 · 10−8 eV		 Grenzwelle, Kurzwellenrundfunk, HAARP, Diathermie, CB-Funk, RC-Modellbau
Ultrakurzwelle (UKW) 1...10 m 30...300 MHz > 2,0 · 10−26 J
> 1,2 · 10−7 eV		 Oszillatorschaltung + Antenne Hörfunk, Fernsehen, Radar, Magnetresonanztomografie
Mikro-
wellen
[1]		 Dezimeterwellen 1 dm...1 m 300...3000 MHz > 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...1 dm 3...30 GHz > 2,0 · 10−24 J
> 12 µeV		 Radar, Radioastronomie, Richtfunk, Satellitenrundfunk, WLAN, 4G, 5G
Millimeterwellen 1 mm...1 cm 30...300 GHz
(0,3 THz)		 > 2,0 · 10−23 J
> 120 µeV		 Radar, Radioastronomie, Richtfunk
Terahertzstrahlung 30 µm...3 mm 0,1...10 THz > 6,6 · 10−23 J
> 0,4 meV		 Synchrotron, Freie-Elektronen-Laser, elektronische Quellen Radioastronomie, Spektroskopie, Abbildungsverfahren (z. B. Körperscanner)
Infrarot-
strahlung

(Wärme-
strahlung)

 Fernes Infrarot 50 µm...1 mm 0,300...6 THz > 2,0 · 10−22 J
> 1,2 meV		 Wärmestrahler, Globar, Synchrotron
Molekülschwingungen		 Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Infrarotastronomie
Mittleres Infrarot 3...50 µm 6...100 THz > 4,0 · 10−21 J
> 25 meV		 Kohlendioxidlaser, Quantenkaskadenlaser, Globar Thermografie, Infrarotspektroskopie
Nahes Infrarot 780 nm...3 µm 100...384 THz > 8,0 · 10−20 J
> 500 meV		 Nd:YAG-Laser, Laserdiode, Leuchtdiode Fernbedienung, Datenkommunikation (IRDA), CD, Infrarotspektroskopie, Datenübertragung (Lichtwellenleiter)
Licht Rot 640...780 nm 384...468 THz 1,59...1,93 eV Wärmestrahler (Glühlampe), Gasentladung (Neonröhre), Farbstoff- und andere Laser, Synchrotron, Leuchtdiode
Anregung von Valenzelektronen		 DVD, Laserpointer, Datenübertragung (Lichtwellenleiter), Lasernivellier (rot, grün), Beleuchtung, Colorimetrie, Fotometrie, Lichtzeichenanlage (rot, gelb, grün), Blu-ray Disc (violett)
Orange 600...640 nm 468...500 THz 1,93...2,06 eV
Gelb 570...600 nm 500...526 THz 2,06...2,17 eV
Grün 490...570 nm 526...612 THz 2,17...2,53 eV
Blau 430...490 nm 612...697 THz 2,53...2,88 eV
Violett 380...430 nm 697...789 THz 2,88...3,26 eV
UV-
Strahlen
[2]		 Nahes UV („Schwarzlicht“) 315...380 nm 789...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...315 nm 952...1071 THz
(1,07 PHz)		 3,94...4,43 eV
Fernes UV 200...280 nm 1,07...1,5 PHz 4,43...6,2 eV
Vakuum-UV 100...200 nm 1,5...3 PHz > 9,9 · 10−19 J
> 6,2...12 eV		 XUV-Röhre, Synchrotron, Nanoplasma EUV-Lithografie, Röntgenmikroskopie, Nanoskopie
EUV 10...121 nm 2,48...30 PHz > 5,0 · 10−18 J
> 10,2...120 eV
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, Röntgenastronomie
Gammastrahlen  ≤ 10 pm ≥ 30 EHz > 2,0 · 10−14 J
> 120 keV		 Radioaktivität, Annihilation
Anregung von Kernzuständen		 medizinische Strahlentherapie, Mößbauerspektroskopie
ultrahochenergetische
Gammastrahlen		 ≤ 1,2 · 10−17 m ≥ 2,4 · 1025 Hz > 1,7 · 10−8 J
> 1011 eV		 Supernova etc., höchste bisher beobachtete Energie: 16 TeV (2,6 µJ) Weltraumbeobachtung mit Luft-Tscherenkow-Teleskope (MAGIC, HEGRA, H.E.S.S.)
Hinweis

Die Klassifizierung nach Röntgenstrahlen und Gammastrahlen ist inhaltlich falsch. Sie bezeichnet die Entstehungsweise.

  • Röntgenstrahlen entstehen durch Bremstrahlung oder durch höherenergetische Übergänge in der Elektronenhülle (man spricht ab 100 eV von Röntgenstrahlung).
  • Gammastrahlen entstehen durch Kernprozesse oder durch Paarvernichtung.
  • Röntgenstrahlen erzeugt man gesteuert durch „Umlegen eines elektrischen Schalters“ (Röntgenröhre), nicht als stoffliche Eigenschaft
  • Gammastrahlen entsteht als Strahlung aus Stoffen heraus, z.B. aus Technetium-99m
  • Energiebereich Röntgenstrahlen: für medizinische Diagnostik unter 100 keV, aber auch bis 25 MeV möglich
  • Energiebereich Gammastrahlen: meist über 125 keV, aber es gibt viele Gammastrahlen mit 20...125 keV, niedrige bekannte Linie: 8,35 eV(!)

Literatur
  • DIN 5031 Teil 7: Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. Januar 1984 (IR, VIS und UV).
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Einzelnachweise
  1. gehören nach der Definition der VO Funk, Ausgabe 2012, Artikel 1.5 auch noch zu den Radiowellen.
  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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