Elektromagnetische Welle

In der Elektrodynamik sind Elektromagnetische Wellen Wellen des elektromagnetischen Feldes. Hierbei stehen elektrisches und magnetisches Feld stets senkrecht aufeinander und haben stets ein festes Größenverhältnis (in SI-Einheiten ist dieses gerade durch die Lichtgeschwindigkeit gegeben). Insbesondere verschwinden elektrisches und magnetisches Feld an denselben Orten zur selben Zeit, so dass die häufig gelesene Darstellung, dass sich elektrische und magnetische Energie zyklisch ineinander umwandeln, nicht korrekt ist (sie stimmt allerdings für das Nahfeld eines elektromagnetische Wellen erzeugenden elektrischen Dipols oder Schwingkreises).

Nach den Maxwellgleichungen ist die zeitliche Änderung des elektrischen Feldes stets mit einer räumlichen Änderung des magetischen Feldes verknüpft. Ebenso ist die zeitliche Änderung des magnetischen Feldes mit einer räumlichen Änderung des elektrischen Feldes verknüpft. Für senkrecht aufeinanderstehende, periodisch (insbesonders sinusförmig) wechselnde elektrische und magnetische Felder ergeben diese Effekte zusammen eine fortschreitende Welle.

Das besondere an der elektromagnetischen Welle (z.B. im Vergleich zu einer Schall-Welle) ist, dass kein Träger vorhanden sein muss; also eine solche Welle kann sich im absolut leeren Raum ausbreiten.

Im Vakuum breitet sich eine elektromagnetische Welle mit der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit c₀ = 299.792.458 m/s aus. Dieser Wert ist exakt, da der Meter über die Lichtgeschwindigkeit definiert ist, und gilt unabhängig von der Frequenz der Welle.

In einem Medium (also in Materie) verringert sich die Geschwindigkeit abhängig von der elektrischen Dielektrizität und der magnetischen Permeabilität des Stoffes. Zudem wird sie abhängig von der Frequenz der Welle (Dispersion).

Beispiele für elektromagnetische Wellen sind (in zunehmender Frequenz, bzw. abnehmender Wellenlänge)

• Langwellen (Rundfunk) ca. 50 kHz, 6 km
• Mittelwellen (Rundfunk) ca. 500 kHz, 600 m
• Kurzwellen (Rundfunk) ca. 5 MHz, 60 m
• UKW (Rundfunk, Radar) ca. 50 MHz, 6 m
• UHF (Fernsehen, Mikrowellenherd, Handy) ca. 500 MHz/60 cm
• SHF (Satellitenfernsehen) ca. 5 GHz, 6cm
• Infrarotstrahlung unter 400 THz, über 750 nm
• Licht ca. 500 THz, 600 nm
• Ultraviolettstrahlung über 750 THz, unter 400 nm
• Röntgenstrahlung
• Gammastrahlung (radioaktive Strahlung)

Beim sichtbaren Licht bestimmt die Frequenz bzw. die Wellenlänge die Farbe des Lichtes. Monochromatisches Licht, also Licht nur einer einzigen Wellenlänge, hat stets eine Spektralfarbe.

Insbesondere bei den kurzwelligen Erscheinungsformen der elektromagnetischen Wellen (z.B. Gammastrahlung) eignet sich das oben beschriebene Wellenmodell nicht, um alle beobachtbaren Phänomene zu beschreiben. Vielmehr treten die Teilcheneigenschaften einzelner Photonen, der Quanten der elektromagnetischen Strahlung, in den Vordergrund, und bestimmen die beobachteten Vorgänge. Der Wellencharakter (etwa Interferenz) tritt dagegen zurück.