Elektromagnetische Wellen

Neben den Vorgängen am Dipol gibt es in Natur und Technik sehr viele Prozesse, bei denen Ladungsträger beschleunigt oder abgebremst werden. Dies geschieht beispielsweise, wenn sehr schnelle Elektronen in einer Vakuumelektronenröhre auf die Anode prallen und dadurch schlagartig gestoppt werden. Hierbei entsteht sehr kurzwellige elektromagnetische Strahlung, die Röntgenstrahlung.

Viele Moleküle besitzen eine ungleichmäßige innere Ladungsverteilung der Elektronen in der Hülle des Molekülverbandes. Rotieren oder schwingen diese Moleküle, dann führen die Ladungsträger eine beschleunigte Bewegung aus (z.B. Radialbeschleunigung der Kreisbewegung) und emittieren demzufolge elektromagnetische Strahlung. Diese Strahlung ist langwelliger als die Röntgenstrahlung und kann z.B. im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums oder im Infrarotbereich nachgewiesen werden.

Großräumige Strömungen von geladenen Teilchen auf der Oberfläche der Sonne sind der Ausgangspunkt von Radiowellen.
Würden die menschlichen Sinne für alle Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung gleichermaßen empfindlich sein, dann müssten wir ein regelrechtes Signal- und Rauschgewitter der verschiedensten elektromagnetischen Wellen wahrnehmen. Wir können mithilfe der Augen aber nur den sichtbaren Teil der elektromagnetische Strahlung registrieren und bleiben so von der verwirrenden Vielzahl aller ankommender Wellen verschont.

An allen Arten von elektromagnetischen Wellen kann man diese vier Merkmale durch Experimente nachweisen. Allerdings unterscheiden sich je nach Wellenlänge der untersuchten Strahlung die dabei genutzten Untersuchungsmethoden. Während man bei hertzschen Wellen Interferenz- und Beugungserscheinungen mit einem Empfänger großräumig ausmessen muss, beobachtet man das gegenseitige Auslöschen und Verstärken von Lichtwellen mithilfe von speziellen Strichgittern an einem Auffangschirm.

Elektromagnetische Wellen breiten sich in Stoffen und im Vakuum aus. Sie werden von Isolatoren hindurchgelassen (Bild 6) und an Leitern reflektiert. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit beliebiger Wellen kann aus der Wellenlänge $\lambda$ und der Frequenz f mithilfe der Gleichung

$c=\lambda \cdot f$

ermittelt werden. Zusätzlich lässt sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit aller elektromagnetischer Wellen im Vakuum aus der magnetischen Feldkonstanten ${\mu }_0$und der elektrischen Feldkonstanten ${\epsilon }_0$ermitteln. Es gilt für das Vakuum:

$c=\frac{1}{\sqrt{{\epsilon }_0\cdot {\mu }_0}}$

Aus dieser Gleichung folgt, dass alle elektromagnetischen Wellen im Vakuum die gleiche Ausbreitungsgeschwindigkeit besitzen. Sie beträgt ca. 300 000 km/s und ist mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit identisch.

In Stoffen hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit von der Dielektrizitätszahl ${\epsilon }_r$und der Permeabilitätszahl ${\mu }_r$ab. Es gilt:

$c=\frac{1}{\sqrt{{\epsilon }_r\cdot {\epsilon }_0\cdot {\mu }_r\cdot {\mu }_0}}$

Dabei bedeuten:

${\epsilon }_0$ ... elektrische Feldkonstante
${\epsilon }_r$ ... Dielektrizitätszahl (Permittivitätszahl)
${\mu }_0$ ... magnetische Feldkonstante
${\mu }_r$ ... Permeabilitätszahl