12.1 : Doppelnatur elektromagnetischer (EM) Strahlung

Elektromagnetische (EM) Strahlung besteht aus elektrischen und magnetischen Feldkomponenten, die in Ebenen schwingen, die senkrecht zueinander und senkrecht zur Strahlungsausbreitung durch den Raum stehen. EM-Strahlung kann als Welle klassifiziert werden, die durch die Eigenschaften von Wellen wie Wellenlänge (bezeichnet als λ) und Frequenz (dargestellt durch ν) charakterisiert wird.

Die Wellenlänge ist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spitzen (dem höchsten Punkt) oder Tälern (dem tiefsten Punkt) in der Welle. Die Frequenz ist die Anzahl sich wiederholender Wellen oder Wellenzyklen, die einen bestimmten Punkt in einer festgelegten Zeit passieren. Verschiedene Arten elektromagnetischer Strahlung haben unterschiedliche Wellenlängen und Frequenzen. Das elektromagnetische Spektrum ist die geordnete Sammlung elektromagnetischer Strahlung, gruppiert nach Frequenz oder Wellenlänge. Die Wellenlänge und Frequenz hängen mit der Geschwindigkeit der Strahlung durch ein Medium zusammen. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (bezeichnet als c) ist eine universelle physikalische Konstante mit einem Wert von ungefähr 3 × 10^8 m/s.

Wellenlänge und Frequenz sind daher umgekehrt proportional. Strahlung mit hoher Frequenz weist eine niedrige Wellenlänge auf und umgekehrt.

Elektromagnetische Strahlung verhält sich nicht nur wie eine Welle, sondern kann auch als eine Ansammlung von Teilchen betrachtet werden, die Photonen genannt werden. Ein Photon ist die kleinste Einheit oder das kleinste „Quant“ von Licht oder elektromagnetischer Strahlung. Es hat keine Masse oder Ladung, trägt aber Energie. Jedes Photon besitzt eine bestimmte Energiemenge, die bei Wechselwirkung auf Materie übertragen werden kann. Die Energie eines Photons (bezeichnet als E) ist direkt proportional zur Frequenz und umgekehrt proportional zur Wellenlänge. Die Gleichung, die die Energie eines Photons mit seiner Strahlungsfrequenz in Beziehung setzt, ist als Plancksche Gleichung bekannt.

Die Planck-Konstante wird mit h bezeichnet und hat einen Wert von 6,626 × 10^34 m^2 kg s^-1.