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Elektromagnetische Wellen

Wie der Begriff bereits vermuten lässt, sind elektromagnetische Wellen Schwingungen aus zeitlich und räumlich periodischen elektrischen und magnetischen Feldern. Elektrische Felder werden zwischen zwei spannungsführenden Polen erzeugt, magnetische Felder hingegen werden durch Induktion bzw. Selbstinduktion hervorgerufen.

Der elektrische Schwingkreis

Für das Verständnis von elektromagnetischen Schwingungen ist die Theorie des Schwingkreises grundlegend. In einem Schwingkreis, der aus einer magnetischen Spule und einem elektrischen Kondensator besteht, erfolgt ein Energieaustausch. Bilden Spule und Kondensator eine Parallelschaltung, liegt ein sogenannter Parallelschwingkreis vor. Nach dem einmaligen Anstoßen eines Schwingkreises übt dieser freie und mit der Zeit nachlassende Eigenschwingungen aus. Wird das System hingegen periodisch erregt, entstehen erzwungene Schwingungen, die sich verstärken. Das System schwingt nun in der Resonanzfrequenz. Dieses Phänomen tritt häufig im Alltag auf, zum Beispiel beim Anschubsen einer Kinderschaukel oder beim Überschwappen eines Getränks in einer Tasse während des Laufens.

Welche elektromagnetischen Wellen gibt es?

Handystrahlen zählen zu den bekanntesten elektromagnetischen Wellen.

Handystrahlen zählen zu den bekanntesten elektromagnetischen Wellen.

Wichtige elektromagnetische Wellen sind unter anderem Radiowellen, Handystrahlen, Mikrowellen, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen, UV-Strahlen, Infrarotstrahlen, aber auch das sichtbare Licht. Sie alle sind durch verschiedene Wellenlängen charakterisiert. Im Gegensatz zu den Schallwellen können sich elektromagnetische Wellen auch im Vakuum ausbreiten, und zwar mit Lichtgeschwindigkeit.

Wie bilden sich elektromagnetische Wellen?

Es existieren mehrere Möglichkeiten, die zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen führen können. Dazu gehören die spontane Emission von Photonen bei Energieänderungen im Atom, die Bremsstrahlung, die durch die Beschleunigung von Ladungsträgern entsteht, periodische Molekülschwingungen oder auch die Bewegung von Elektronen in elektrischen Leitern.

Was ist das elektromagnetische Spektrum?

Alle Arten von elektromagnetischen Wellen sind nach der Größe ihrer Wellenlängen im elektromagnetischen Spektrum zusammengefasst. Auf der linken Seite des Spektrums befindet sich die kurzwellige energiereiche Gammastrahlung, die für den Menschen eine Gefahr darstellt. Sie bildet sich bei Kernspaltungsprozessen in Kernkraftwerken. In der Medizin kommt sie in der Strahlentherapie zum Einsatz. Die Röntgenstrahlung entsteht im Gegensatz zur Gammastrahlung nicht durch Prozesse im Atomkern, sondern durch Elektronenprozesse (Bremsstrahlung). Röntgenstrahlen können ebenfalls schädlich für den Menschen sein und werden in kontrolliertem Umfang für die medizinische Diagnostik verwendet. In der Mitte des Spektrums, zwischen 380 und 780 nm Wellenlänge, liegt das sichtbare Licht. Dieser Bereich ist im Vergleich zum gesamten Spektrum der elektromagnetischen Wellen erstaunlich klein. Die Infrarotstrahlung, auch Wärmestrahlung genannt, ist nicht mehr sichtbar, dafür aber als Wärme fühlbar. Sie findet in vielen Gebieten Anwendung, wie in der Elektronik, Medizin, Thermografie oder Astronomie. Im langwelligen Bereich des Spektrums liegen die Mikro- und Radiowellen, deren Wirkung auf den Menschen äußerst umstritten ist.