Was ist elektromagnetische Strahlung?

Radio hören, ein Mittagessen im Mikrowellenherd erhitzen, eine Röntgenaufnahme anfertigen – das funktioniert mit elektromagnetischer Strahlung. Sie kann sichtbar oder unsichtbar sein
11.05.2011

Röntgenaufnahmen erlauben den Blick ins Körperinnere. Sie entstehen mit Hilfe von Röntgenstrahlen – elektromagnetischer Strahlung

iStock/ Alex Raths

Elektromagnetische Wellen können sich im luftleeren Raum (in einem Vakuum) ausbreiten, und zwar mit Lichtgeschwindigkeit. Sie brauchen kein Transportmedium. Es gibt verschiedene Arten von elektromagnetischer Wellenstrahlung:

Längstwellen: Wie der Name es schon andeutet, heißt so die Strahlung mit den längsten Wellenlängen (10 Kilometer und größer).

Radiowellen: Die Radiowellen können wenige Zentimeter bis zu mehrere Kilometer lang sein. Sie sind wiederum unterteilt in Langwellen Mittelwellen, Kurzwellen und Ultrakurzwellen. Über Radiowellen kann man drahtlos Informationen senden – zum Beispiel Bilder oder Sprache. Das machen sich Rundfunk und Fernsehen zunutze, die so ihr Sendeprogramm in unsere Wohnzimmer übertragen. Auch Handys funktionieren im Radiowellenbereich, wobei die verschiedenen Netzbetreiber unterschiedliche Wellenlängen für die Übertragung verwenden. Zum Einsatz kommen Radiowellen auch in der Medizin. Ein Beispiel: die Magnetresonanztomografie, mit der sich sehr kontrastscharf viele Strukturen im Inneren des Körpers darstellen lassen.

Mikrowellen: So wird Strahlung von etwa 1 Millimeter bis 1 Meter Wellenlänge bezeichnet. Die bekannteste Form der Anwendung dürfte das gleichnamige Kochgerät sein, in die Wellen das Essen im Nu erhitzen. Andere Einsatzbereiche sind die Übertragung von Satellitenfernsehen oder das Radar.

Terahertzstrahlung: Zwischen dem Mikrowellen- und dem Infrarotbereich liegt die Terahertzstrahlung mit Wellenlängen von etwa 10 Mikrometer (millionstel Meter) bis 3 Millimeter. Lange Zeit konnte man mit ihr nicht viel anfangen, da es nicht leicht ist, Sender und Empfänger für diese Wellenlängen zu entwickeln. Deshalb auch die Bezeichnung "Terahertz-Lücke". Künftig könnte diese Strahlung aber zum Beispiel in der medizinischen Diagnostik wichtig werden.

Infrarotstrahlung (IR-Strahlung): Unter dieser Strahlung versteht man den Bereich von 750 Nanometer (milliardstel Meter) bis 1 Millimeter. Die wichtigste natürliche Quelle von IR-Strahlung ist die Sonne. Doch jedes "warme" Objekt (damit ist jede Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes gemeint, der bei -273° Celsius liegt) gibt IR-Strahlung ab. Sie entsteht beim Schwingen von Molekülen und Atomen. Nicht ohne Grund wird diese Strahlungsart auch Wärmestrahlung genannt, denn wir können sie zwar nicht sehen, doch als Wärme wahrnehmen. Ein Zuviel ist schädlich, doch in Maßen und richtig eingesetzt kann Infrarotlicht unserem Körper gut tun.

Sichtbares Licht: Einen verschwindend kleinen Bereich des elektromagnetischen Spektrums (zirka 380 - 780 Nanometer) können wir Menschen sehen. Weißes Licht besteht aus einem Gemisch aller sichtbaren Farben. Farbige Gegenstände "verschlucken" Lichtstrahlen bestimmter Wellenlänge. Die Farbe, die wir wahrnehmen, ist deshalb der "nichtverschluckte" Teil des Farbspektrums, der von dem Gegenstand reflektiert wird.

Ultraviolett-(UV-)Strahlung: Die unsichtbare UV-Strahlung – umgangssprachlich oft "UV-Licht" genannt – hat Wellenlängen im Bereich von etwa 1 bis 380 Nanometer. Innerhalb des UV-Bereichs liegt die Grenze zwischen nicht-ionisierender und ionisierender Strahlung. Unterhalb von etwa 200 Nanometer ist die Strahlung kräftig genug, um Elektronen aus Atomen oder Molekülen herauszulösen. Je kleiner die Wellenlänge, desto größer die Energie. Der UV-Anteil des Sonnenlichts wird unterteilt in:

  • UV-A-Strahlung (320 - 400 Nanometer)
  • UV-B-Strahlung (280 - 320 Nanometer)
  • UV-C-Strahlung (100 - 280 Nanometer)

UV-Strahlen sind für die Bräunung unserer Haut verantwortlich und regen die Bildung Vitamin D an, das unter anderem für den Knochenstoffwechsel wichtig ist. Doch zu viel Sonne fördert die Hautalterung und steigert das Hautkrebsrisiko. Genaueres lesen Sie hier im Ratgeber Hautkrebs.

Röntgenstrahlung: Die Röntgenstrahlung erstreckt sich in einem Wellenlängenbereich von etwa 10 Pikometer (billionstel Meter) bis 1 Nanometer. Er überschneidet sich zum großen Teil mit der Gammastrahlung (siehe weiter unten). Jedoch unterscheiden sich diese beiden Strahlungsarten in der Art ihrer Entstehung: Elektronen kreisen auf verschiedenen Bahnen um den Atomkern. Springen sie von einer Bahn zu einer anderen, so entsteht Röntgenstrahlung. Diese Strahlung wird auch freigesetzt, wenn geladene Teilchen (meist sind das ebenfalls Elektronen) stark beschleunigt werden. Gammastrahlung hingegen resultiert aus bestimmten Vorgängen direkt im Atomkern.

Röntgenstrahlen sind aus der Medizin nicht mehr wegzudenken, denn mit ihrer Hilfe kann man in den Menschen hineinschauen. Trotzdem ist Vorsicht geboten, da diese Strahlung ionisierend wirkt und den Organismus schädigen kann. Röntgenstrahlen sollten deshalb immer mit Bedacht verwendet werden.

Gammastrahlung: Diese Strahlen schließen das elektromagnetische Spektrum am kurzwelligen Ende ab. Sie haben meist Wellenlängen kleiner als 10 Pikometer. Gammastrahlung kommt in der Medizin zum Beispiel bei der Szintigrafie zum Einsatz, einem bildgebenden Verfahren zur Diagnose von Organfunktionen. Gamma-Strahlen entstehen, wenn große Atomkerne radioaktiv zerfallen. Daneben senden die Atomkerne noch zwei andere Strahlenarten aus – die Alpha und Beta-Teilchenstrahlungen, über die Sie im nächsten Kapitel lesen können. Warum diese Strahlen so heißen? Ihr Entdecker, der Brite Ernest Rutherford, benannte sie schlichtweg nach den ersten drei Buchstaben des griechischen Alphabets.

Gut zu wissen:
1 mm (Millimeter) = 10-3 m (ein tausendstel Meter)
1 μm (Mikrometer) = 10-6 m (ein millionstel Meter)
1 nm (Nanometer) = 10-9 m (ein milliardstel Meter)
1 pm (Pikometer) = 10-12 m (ein billionstel Meter)



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