Elektromagnetische Wellen

Licht ist eine elektromagnetische Welle. Um Effekte wie Interferenz und Beugung damit erklären zu können sind ein paar weitere Dinge zum Verständnis notwendig.

Elektromagnetische Wellen sind Transversalwellen. (D.h. dass sie senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung schwingen, wie beispielsweise eine Welle die man mit einem Seil erzeugt.) Sie bestehen aus zwei Feldern, die senkrecht aufeinander stehen und in Phase sind. Bei diesen zwei Feldern handelt es sich um ein elektrisches Feld und um ein Magnetfeld. Für das E- und B-Feld gilt also: Da die Fortpflanzungsrichtung der elektromagnetischen Welle orthogonal zur Schwingungsrichtung, also orthoginal zu den Feldern ist, kann diese durch das Kreuzprodukt der beiden bestimmt werden. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen ist im Vakuum gegeben durch . In verschiedenen Medien weicht die Lichtgeschwindigkeit jedoch leicht ab (siehe Brechung von Licht).

Das Verhalten von elektromagnetischen Wellen wird beschrieben mithilfe der:

Maxwell-Gleichungen im Vakuum (für A-Kurse)

Bei diesen handelt es sich um Differentialgleichungen, dessen Lösungen das magnetische und elektrische Feld beschreiben.

Bei einem Übergang der Welle zwischen zwei unterschiedlichen Medien ändert sie ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit und damit auch ihre Ausbreitungsrichtung. Diesen Effekt nehmen wir als Brechung wahr und er lässt sich auf das Huygenssche Prinzip zurückführen. Genau wie die Beugung. Dabei trifft die elektromagnetische Welle auf ein Hindernis, wie beispielsweise einen Spalt, hinter dem es danach durch das Huygenssche Prinzip zur Beugung kommt.

Eigenschaften elektromagnetischer Wellen

Wichtige Eigenschaften elektromagnetischer Wellen sind Wellenlänge, Frequenz und Polarisation. Die Polarisation beschreibt die Ebene in welcher das E- und das B-Feld schwingen. Die Wellenlänge beschreibt den Abstand zwischen zwei Wellenbergen der Schwingung, und die Frequenz beschreibt die Geschwindigkeit, mit der an einem festen Punkt eine komplette Schwingung durchlaufen wird. Da die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist, sind diese über folgende Gleichung verbunden:

Als “Licht” oder “Lichtwelle” bezeichnet man den Teil des elektromagnetischen Spektrums, welcher für das menschliche Auge sichtbar ist. Es handelt sich dabei also um elektromagnetische Wellen mit einem bestimmten Frequenz-/Wellenlängenbereich.

Die Energie, welche von der Strahlung übertragen wird, ist dabei größer je höher die Frequenz. Dies ist aufgrund der obigen Gleichung äquivalent zu einer kurzen Wellenlänge. Dies wird mit folgender gleichung beschrieben: Wobei das Planksche Wirkungsquantum ist ( ).