elektromagnetische Wellen,
elektromagnetische Strahlung, räumlich und zeitlich periodische elektromagnetische Felder, die sich im Vakuum oder in einem Medium mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Elektromagnetische Wellen treten auf, wenn elektrische Ladungsträger (besonders Elektronen) beschleunigt werden und sich damit elektrischen Strom- und Ladungsdichten räumlich und zeitlich ändern. Sie entstehen - als natürliche Schwingungsvorgänge der Ladungsträger in Atomen, Molekülen und Festkörpern - durch Quantensprünge der Elektronen in angeregten atomaren Systemen (Emission von Licht, Infrarot-, Ultraviolett- oder Röntgenstrahlung) oder der Protonen in angeregten Atomkernen (Emission von Gammastrahlen). Technisch werden elektromagnetische Wellen z. B. beim Fließen hochfrequenter elektrischen Wechselströme in Antennen und Schwingkreisen, als Abstrahlung eines hertzschen Dipols sowie durch Abbremsung geladener Teilchenstrahlen (Bremsstrahlung, Synchrotronstrahlung) erzeugt. Alle diese elektromagnetischen Wellen unterscheiden sich voneinander nur durch die Wellenlänge λ beziehungsweise die Frequenz ν, die durch die Formel λ · ν = c miteinander verknüpft sind (c = Lichtgeschwindigkeit). Ihre Frequenzen oder Wellenlängen bilden das elektromagnetische Spektrum.
Mit zunehmender Frequenz (etwa ab dem infraroten Spektralbereich tritt der Teilchencharakter der elektromagnetischen Wellen immer stärker hervor (Quantenoptik). Dabei entspricht der Frequenz ν die Quantenenergie hν (h plancksches Wirkungsquantum). Der Nachweis (Empfang) elektromagnetischer Wellen erfolgt im Bereich der Funkwellen (bis etwa 300 GHz) über Antennen mit Verstärkern, bei höheren Frequenzen (ab dem infraroten Spektralbereich) vorwiegend mit Quantendetektoren (Photozellen, Photodioden) sowie mit thermischen Detektoren (wie Thermoelement, Bolometer).
Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in einem Medium hängt von dessen elektrischen Materialkonstanten (Brechzahl, elektrische Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante und Permeabilität) ab. Sie stellen sich ausbreitende Änderungen des elektromagnetischen Feldzustandes dar, in denen ein Transport von elektrischer und magnetischer Energie stattfindet. Alle elektromagnetischen Wellen verhalten sich hinsichtlich Reflexion, Brechung, Beugung (Interferenz) und Polarisation wie Lichtwellen, die elektromagnetische Wellen sehr kurzer Wellenlänge sind; speziell die elektrischen und magnetischen Felder der elektrischen Wellen können sich auch längs Oberflächen und elektrische Leitungen fortpflanzen. So strahlt eine über ebener Erde befindliche Antenne eine an die Erdoberfläche gebundene Bodenwelle, die im Fall von Langwellen die ganze Erde umläuft, und eine Raumwelle aus. Bei Kurzwellen ist die Bodenwelle stark gedämpft; die große Reichweite ergibt sich durch mehrmalige Reflexion der Raumwelle an der Ionosphäre. Die Ausbreitung der Ultrakurzwellen erfolgt nahezu quasioptisch und ohne Bodenwellen; vom cm-Wellenlängenbereich an zu kürzeren Wellenlängen hin bildet der optische Horizont eine Schattengrenze. Sehr kurze elektrische Wellen können sich aber auch in Hohlrohren (Hohlleiter, Wellenleiter) fortpflanzen, Lichtwellen in Lichtwellenleitern (Lichtleiter).
Die Verknüpfung elektrischer und magnetischer Felder zu fortschreitenden Wellen wurde bereits 1862 von J. C. Maxwell erkannt (maxwellsche Theorie). 1888 erzeugte und untersuchte H. Hertz erstmals elektromagnetische Wellen im Ultrakurzwellengebiet. K. F. Braun und G. Marconi nutzten ab 1896 als Erste elektromagnetische Wellen zur drahtlosen Nachrichtenübertragung und begründeten damit die Funktechnik (beide wurden 1909 mit dem Nobelpreis geehrt).
K.-D. Becker: Ausbreitung e. W. (1974);
F. Nibler: E. W. (1975);
H.-G. Unger: E. W. auf Leitungen (21986);
Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:
Übertragungstechnik mittels elektromagnetischer Wellen
Rundfunkempfänger: Elektromagnetische Wellen werden hörbar
Universal-Lexikon. 2012.