PharmaWiki - Elektromagnetische Strahlung

Elektromagnetische Strahlung

Einführung in die elektromagnetische Strahlung

Elektromagnetische Strahlung entsteht zum Beispiel in den heissen Gasen auf der Oberfläche der Sonne, welche Energie aus der Kernfusion freisetzt. Sie wandert etwa 150 Millionen Kilometer durch das Sonnensystem und erreicht die Erde unter anderem als sichtbares Licht. Da sich die Strahlung im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit von etwa 300 000 km/s ausbreitet, benötigt sie für diese Distanz nur etwa 8 Minuten. Wir sehen die Sonne also immer in der Vergangenheit. Ein urplötzliches Verschwinden der Sonne würden wir erst nach dieser Zeitspanne bemerken. Natürlich kann sich die Sonne nicht einfach in Nichts auflösen.

Auf der Erde trifft das Licht auf Materie, von der ein Teil der Strahlung absorbiert und ein Teil reflektiert oder gestreut wird. Das reflektierte Licht gelangt in den Augen durch die Hornhaut, die Linse und den Glaskörper zur Netzhaut (Retina), wo das Licht zu elektrochemischen Signalen umgewandelt wird. Diese werden in das Gehirn übertragen, das von der Umwelt ein farbiges Modell erzeugt.

Licht breitet sich sehr viel schneller aus als Schall und benötigt dafür kein Medium wie Luft oder Wasser. Deshalb lassen sich bei einem Gewitter zuerst die Blitze sehen und erst später der Donner hören.

Der Mensch kann mit dem optischen System nur einen sehr kleinen Teil des gesamten Spektrums der elektromagnetischen Strahlung wahrnehmen. Denn zu ihr gehören auch die langwelligen Radiowellen, Mikrowellen, Infrarotwellen, kurzwellige ultraviolette Wellen, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen. Unser Sehen ist also eingeschränkt, subjektiv und individuell. Andere Lebewesen nehmen die Umwelt unterschiedlich wahr.

Elektromagnetisches Spektrum, zum Vergrössern anklicken. Illustration © PharmaWiki

Elektromagnetische Strahlung kann vereinfacht als Energie mit einem elektrischen und magnetischen Anteil beschreiben werden, welche sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den leeren Raum bewegt und mit Materie interagiert. Photonen sind die Quanten der elektromagnetischen Strahlung. Es sind Elementarteilchen ohne Masse, aber mit Energie und mit einem Impuls. Photonen werden auch als „Energiepakete“ bezeichnet.

Elektromagnetische Strahlung entsteht, wenn geladene Teilchen ihre Geschwindigkeit ändern. Das geschieht zum Beispiel beim Erhitzen von Materie und bei einer Verbrennung, weil sich dabei ihre Teilchen schneller bewegen.

Die elektromagnetische Strahlung unterscheidet sich in der Wellenlänge, in der Frequenz und in der Energie. Je kürzer die Wellenlänge und je höher die Frequenz, desto höher ist die Energie der Strahlung.

Die Wellenlänge (λ) ist die Distanz zwischen zwei „Hügeln“ oder „Tälern“ der Welle. Der höchste Punkt einer Welle ist ihre Amplitude. Frequenz (ν) bedeutet, wie viele „Hügel“ sich pro Sekunde durch einen Punkt im Raum bewegen. Die Frequenz ist umso höher, je kurzwelliger die Strahlung ist.

Eigenschaften von Wellen, zum Vergrössern anklicken. Illustration © PharmaWiki

Das sichtbare Licht liegt zwischen der energetisch stärkeren ultravioletten Strahlung und der schwächeren Infrarotstrahlung. Die Wellenlänge beträgt etwa 400 nm bis 700 nm. Es erscheint weiss und kann mit einem Prisma in die verschiedenen monochromen Farben mit unterschiedlichen Wellenlängen aufgespalten werden, also in die Farben des Regenbogens (violett, indigo, blau, grün, gelb, orange, rot). Rotes Licht ist weniger energiereich als blaues, weil die Wellenlänge des roten Lichts grösser ist.

Die Lichtenergie des Sonnenlichts ermöglicht die Photosynthese, also die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid und Wasser zu Kohlenhydraten und Sauerstoff. Die Photosynthese ist für fast jedes Leben auf der Erde essenziell. Alle fossilen Energieträger sind ebenfalls gespeicherte Sonnenenergie, weil sie aus Pflanzen hervorgegangen sind.

Anwendungsgebiete der elektromagnetischen Strahlung:

Radio
Bildgebende Diagnostik, zum Beispiel Röntgenstrahlung, Computertomografie
Strahlentherapie bei Krebserkrankungen
Datenübertragung und Telefonie mit Smartphones, WLAN
Lampen, Beleuchtung
Mikrowellenofen
Radar
Solaranlagen
Analytik
Photosynthese

Die kurzwelligen Strahlen (UV, Röntgen, Gammastrahlen) sind für den Körper schädlich bis lebensgefährlich. Sie können einen Sonnenbrand verursachen, lassen die Haut altern, können die Strahlenkrankheit und Krebserkrankungen auslösen. Gammastrahlen sind ionisierende Strahlen, die aus radioaktiven Stoffen freigesetzt werden.

siehe auch

Materie, Energie, Photosynthese, Ladung, Krebs, Radioaktivität, Strahlenkrankheit, Elektrischer Strom

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