Eigenschaften elektromagnetischer Wellen

Die elektromagnetischen Wellen haben wie alle anderen Wellen folgende fundamentalen Eigenschaften (siehe auch Kapitel Schwingungen und Wellen- Grundlagen):

Zusammenfassung bisheriger Ergebnisse

• Reflexion: Elektromagnetische Wellen können an Oberflächen reflektiert werden. Es gilt dabei das besprochene Reflexionsgesetz.
• Brechung: Elektromagnetische Wellen werden beim Übergang von einem Medium in ein anderes gebrochen. Es gilt das bekannte Brechungsgesetz. Im Vakuum breiten sich elektromagnetische Wellen mit der Lichtgeschwindigkeit $c$ aus. Geht eine elektromagnetische Welle vom Vakuum in ein anderes Medium über, so ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit von $c$ auf $v$. Das Brechungsgesetz lautet dann, wenn $\alpha$ der Einfallswinkel im Vakuum und $\beta$ der Brechungswinkel im Medium ist : $\frac{\sin{\alpha}}{\sin{\beta}}=\frac{c}{v}=\frac{\lambda_1\cdot f}{\lambda_2\cdot f}=\frac{\lambda_1}{\lambda_2}$. Dabei wurde ausgenutzt, dass die Frequenz der elektromagnetischen Welle beim Übergang konstant bleibt. $\lambda_1$ und $\lambda_2$ sind die Wellenlängen in den entsprechenden Medien.
• Beugung: Treffen elektromagnetische Wellen auf ein Hindernis (z.B. eine Metallplatte), so lassen sie sich auch hinter diesem Hindernis nachweisen.
• Interferenz: Elektromagnetische Wellen können sich überlagern (sie interferieren). Bei der Interferenz gilt das Superpositionsprinzip. So kann man zum Beispiel mit Hilfe eines Mikrowellensenders und einer Metallplatte, zwei entgegenlaufende Wellen erzeugen, die zu einer stehenden Welle interferieren.

Die Interferenzeigenschaft von elektromagnetischen Wellen wird uns noch häufig begegnen. So beispielsweise bei spektroskopischen Analysen, bei denen man die Wellenlänge von bestimmtem Licht misst.

Elektromagnetisches Spektrum

Elektromagnetische Wellen breiten sich im Vakuum mit (konstanter) Lichtgeschwindigkeit $c$ aus. Daher gilt die Gleichung $c=\lambda\cdot f$ oder wenn man nach der Wellenlänge auflöst

$\lambda=c\cdot \frac{1}{f}$.

Verändert man die Frequenz, so ergeben sich alle möglichen Wellenlängen $\lambda$ des elektromagnetischen Spektrums. Dieses beinhaltet sehr kleine Wellenlängen (kosmische Strahlung, $\gamma$-Strahlung) und sehr große Wellenlängen (Wechselfelder, hertzsche Wellen).

Einen Ausschnitt des elektromagnetischen Spektrums zeigt folgende Tabelle:

Da natürliches Licht alle oben erwähnten Eigenschaften hat, ist es konsequenterweise eine elektromagnetische Welle.

Ergänzung- Polarisation

• Bei der elektromagnetischen Welle handelt es sich darüber hinaus um eine Transversalwelle. Denn die E- und B- Felder stehen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle. Daher besitzen elektromagnetische Wellen eine weitere Eigenschaft, die man als Polarisation bezeichnet.

Details dazu werden auf den folgenden Seiten vermittelt.