Elektromagnetische Wellen

Radiowellen, Infrarotstrahlung, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen, ja sogar das sichtbare Licht selber gehören zur Gruppe elektromagnetischer Strahlung. Wie Wellen auf dem Wasser breiten sie sich im Raum aus. Man charakterisiert elektromagnetische Strahlen bzw. Wellen durch:

Ihre Wellenlänge

Ihre Wellenhöhe (Amplitude)

Ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit (= Lichtgeschwindigkeit)

Ihre Frequenz (Anzahl an Wellenbergen und –tälern, die einen Ort in einer bestimmten Zeit passieren)

[Bild 1]

Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge von 380nm (violett) bis 780nm (rot). Elektromagnetische Strahlung unter diesem Bereich nennt man ultaviolette Strahlung (bzw., je nach Energie, Gamma- und Röntgenstrahlung), Strahlung über diesen Werten infrarote Strahlung (bzw. Mikrowellen oder Radiowellen). Im normalen Tageslicht sind alle sichtbaren Wellenlängen vorhanden, es erscheint es uns weiß. Licht, in dem alle Wellenlängen vorhanden sind, nennt man polychromatisch, Licht einer bestimmten Wellenlänge monochromatisch. Über diese Modellvorstellung lassen sich viele typische Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlung ableiten, wie z.B. Interferenz. Manches Verhalten, wie der photoelektrische Effekt, lässt sich allerdings nicht erklären. Eine weitere Theorie geht von elektromagnetischer Strahlung in Form von Teilchen, oder genauer kleinen Energieeinheiten, den Lichtquanten oder Photonen aus. Versuche zeigen, dass die Wahrheit dazwischen liegt. Man spricht vom Welle-Teilchen-Dualismus.

De-Broglie-Beziehung / Welle-Teilchen-Dualismus

1900-1905 wurden von Albert Einstein und Max Planck die Grundlagen für die Quantentheorie des Lichts entwickelt. Einstein nutzte Plancks Idee der "Quantisierung" von Lichtenergie aus, um den photoelektrischen Effekt zu erklären. Dabei ging er von Licht als eine Ansammlung kleiner Teilchen aus.

Mit dieser Theorie ließen sich, wie bereits gesagt, einige Eigenschaften des Lichts erklären, andere jedoch nicht. Auch heutige Modelle sind nicht gut genug, um die Eigenschaften von Licht oder anderer elektromagnetischer Strahlung genau zu beschreiben. Man spricht aber seit damals vom Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts. Man hat damit beide Theorien vereinigt und geht von Licht, als etwas aus, das sowohl Wellen- wie auch Teilchencharakter hat.

Wie das Licht, so sah man früher auch das Elektron lediglich als Teilchen an. Zur Vereinfachung wird auch heute noch vom Elektron als Teilchen gesprochen. Louis de Broglie übertrug 1924 den Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts auf das Elektron. Clinton, Davisson und Lester Germer bewiesen danach die Welleneigenschaften des Elektrons experimentell. Elektronen sind also, ebenso wie Licht, als ein Objekt mit Wellen- und Teilchenchrakter aufzufassen.

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