Elektromagnetisches Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum bezeichnet die Gesamtheit aller elektromagnetischer Strahlung. Der bekannteste Ausschnitt ist das sichtbare Licht, es ist im Spektrum zwischen circa 400 und 780 nm zu finden.

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 $\lambda$, desto höher die Frequenz $f$ : $$f=\frac{c}{\lambda},$$ wobei $c$ die Lichtgeschwindigkeit ist.

Das elektromagnetische Spektrum umfasst allerdings noch einige weitere Bereiche. Wird die Wellenlänge kleiner so gelangen wir zu der Ultraviolettstrahlung (UV), danach zur Röntgenstrahlung und schließlich in den Wellenlängenbereich der Gammastrahlung. Mit sinkender Wellenlänge geraten wir also in Bereiche energiereicherer Srahlung. Energiereicher bedeutet, dass die Energie der einzelnen Photonen $E_{photon} = h \cdot f$ zunimmt und dies sollte nicht mit Intensität oder Leistung verwechselt werden.

Gehen wir vom sichtbaren Licht zu den langwelligeren Strahlungen, so erreichen wir die Infrarotstrahlung (IR), die Mikrowellen, sowie die Radiokurzwellen (UKW). Danach gelangen wir in den TV- und Funk-Wellenbereich, wie zu den Radiomittelwellen und den Radiolangwellen. Für die verschiedenen Bereiche 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 beispielsweise von einem Feuer ausgeht.

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

ToDo

Ein kontinuierliches Spektrum ist ein vollständig, durchgängiges und zusammenhängendes Spektrum aller Wellenlängen/Frequenzen. Für das sichtbare Spektrum bedeutet dies, dass alle Farben enthalten sind. Betrachtet man einen Regenbogen, wird einem bewusst, dass unsere Sonne solch ein kontunuierliches sichtbares Spektrum emittiert.

Ein diskretes Spektrum hingegen ist Lückenhaft. Es wird als diskret bezeichnet, weil es lediglich einzelnen diskreten Wellenlängen bzw. Frequenzen enthält - sprich es sind nur eine bestimmte Anzahl an “Farben” in diesem sichtbarem elektromagnetischen Spektrum vertreten. Diskrete Spektren treten beispielsweie bei Leuchtstoffröhren auf.

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.