Elektromagnetisches Spektrum

Der bekannteste Ausschnitt aus dem elektromagnetische Spektrum ist fast jedem Menschen geläufig. Hierbei handelt es sich um das für den Menschen sichtbare Licht. Dieser Bereich umfasst die Wellenlängen von ungefähr 400 bis 780 nm. Das Licht, das uns weiß erscheint, setzt sich aus allen Farben des für uns sichtbaren Spektrums zusammen. Der kurzwellige Bereich, ab 400 nm, ist Violett, der langwellige, um 700 nm, ist Rot. Und je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Frequenz. Denn es gilt folgender Zusammenhang $$f=\frac{c}{\lambda},$$ wobei $c$ die Lichtgeschwindigkeit ist.

Das elektromagnetische Spektrum umfasst allerdings noch einige Bereiche mehr. Wird die Wellenlänge kleiner so gelangen wir zu der Ultraviolettstrahlung (UV), danach zur Röntgenstrahlung und schließlich in den Wellenlängenbereich von Gammastrahlung. Gehen wir vom sichtbaren Licht zu den langwelligeren Strahlungen, so erreichen wir die Infrarotstrahlung (IR), die Mikrowellen, sowie die Radiokurzwellen. Danach gelangen wir in den TV- und Funk-Wellenbereich, wie zu den Radiomittelwellen und den Radiolangwellen. Für die verschiedenen Bereich gibt es allerdings keine klaren Grenzen und dem Spektrum ist auch kein Ende gesetzt. Nur eine dieser aufgezählten Strahlungen können wir Menschen noch neben dem sichtbaren Licht ohne technische Hilfsmittel wahrnehmen und das ist die IR-Strahlung. Diese spüren wir als Wärme, wie sie z.B. von einem Feuer ausgeht.

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Wir betrachten im folgenden Verlauf nur den Ausschnitt des sichtbaren Lichts aus dem elektromagnetischen Spektrum.

Bei einem kontinuierlichen Spektrum handelt es sich um ein vollständig durchgängiges Spektrum, d.h. es tritt bei keiner einzigen Wellenlänge zwischen 400 und 780 nm eine Lücke auf. Die verschiedenen Farben sind alle abgedeckt, von violett über blau, grün, gelb und orange bis rot.

Betrachtet man hingegen ein diskretes Spektrum erkennt man sofort den Unterschied. Hier ist es nun so, dass nur einzelne Wellenlängen im Spektrum auftreten, also auch nicht immer alle Farben abgedeckt werden.

Auch ein Absorptionsspektrum ist ein elektromagnetisches Spektrum. Allerdings sind bei einem Absorptionsspektrum manche Bereiche dunkel. Das liegt daran, dass die Materie, die das breitbandige, also weiße Licht durchquert zum Teil von der Strahlung aufgenommen, d.h. absorbiert wird.

Zur Absorption kommt es, wenn ein Atom der Materie durch ein Photon des Lichts angeregt wird. Durch die Anregung des Atoms wird das Photon vernichtet und da das Photon sozusagen der kleinste Vertreter einer bestimmten Frequenz elektromagnetischer Strahlung ist, tritt die Lücke im Absorptionsspektrum auf. Absorptionsspektren geben also Auskunft über die Energiezustände von Atomen und Molekülen.

Jedem beobachtbaren Absorptionsspektrum kann eine bestimmte Art von Materie zugeordnet werden. Im Versuch D05 müsst Ihr solch ein charakteristisches Absorptionsspektrum, welches Ihr beobachtet habt, dem richtigen Gas zuordnen.

Genau wie die Absorptionsspektren geben auch Emissionsspektren Auskunft über die Energiezustände von Atomen und Molekülen. Das Emissionsspektrum ist sozusagen das Gegenstück zum Absorptionsspektrum.

Wenn ein Atom oder Molekül elektromagnetische Strahlung emittiert, dann ist es von einem Zustand mit höherer Energie in einen Zustand mit niedrigerer Energie übergegangen. Dabei wird elektromagnetische Strahlung einer spezifischen Frequenz ausgesendet, die im Emissionsspektrum sichtbar wird. Auch hier gilt wieder, dass jedem beobachtbaren Emissionsspektrum eine bestimmte Art von Materie zugeordnet werden kann.