Spektralbereiche
IMPP-Score: 0.7
Das elektromagnetische Spektrum und seine Spektralbereiche – Intuitive Einführung und Relevanz für die Optik
Was ist das elektromagnetische Spektrum?
Das elektromagnetische Spektrum ist nichts anderes als eine Sortierung unterschiedlicher „Wellenarten“ des Lichts – also elektromagnetischer Strahlung – nach ihrer Wellenlänge oder Frequenz. Damit umfasst es alles von langen, niederschwingenden Radiowellen bis hin zu ultrakurzen, extrem energiereichen Gammastrahlen.
Stellt euch das Spektrum wie ein riesiges Lineal vor, auf dem jede Art von Licht (z.B. Mikrowellen, sichtbares Licht, UV) ihren festen Platz hat – je nachdem, wie lang ihre Wellen sind oder wie schnell sie schwingen.
Die Spektralbereiche im Überblick
Hier ein grober Überblick (von den längsten, langsamsten Wellen bis zu den kürzesten, schnellsten):
- Radiowellen: Größer als 1 Meter, bis zu mehreren Kilometern!
- Mikrowellen: Ca. 1 Millimeter bis 1 Meter
- Infrarot (IR): Ca. 780 Nanometer (nm) bis 1 Millimeter
- Sichtbares Licht: Ungefähr 380 nm bis 780 nm (Merke: das ist ganz schön schmal!)
- Ultraviolett (UV): Etwa 10 nm bis 380 nm
- Röntgen: Ca. 0,01 nm bis 10 nm
- Gammastrahlen (γ): Noch kürzer (< 0,01 nm)
Wichtig ist: - „Links“ im Spektrum beginnt es mit Riesenwellen und wenig Energie, - ganz „rechts“ sind die Minitwellen mit viel, viel Energie.
Der sichtbare Bereich und die Farben des Lichts
Wo liegt das sichtbare Licht?
Das, was unsere Augen als „Licht“ oder Farbe wahrnehmen können, ist nur ein winziger Ausschnitt aus dem gesamten elektromagnetischen Spektrum: ca. 380 nm bis 780 nm in der Wellenlänge (nm = Nanometer, ein Millionstel Millimeter).
Hier „wohnen“ die Farben: Violett, Blau, Grün, Gelb, Orange und Rot. Und ganz wichtig: Jede dieser Farben entspricht einem ganz bestimmten Wellenlängenbereich!
Die Farb-Zuordnungen im Detail
| Farbe | Wellenlänge (nm) | Frequenzbereich (THz) | Typische Frequenz (Hz) |
|---|---|---|---|
| Violett | 380 – 420 | 789,5 – 714,5 | ≈ 7,5 × 10¹⁴ |
| Blau | 420 – 495 | 714,5 – 612,5 | ≈ 6,9 × 10¹⁴ |
| Grün | 495 – 570 | 612,5 – 522,5 | ≈ 5,7 × 10¹⁴ |
| Gelb | 570 – 585 | 522,5 – 513,5 | ≈ 5,2 × 10¹⁴ |
| Orange | 585 – 650 | 513,5 – 462,5 | ≈ 4,8 × 10¹⁴ |
| Rot | 650 – 780 | 462,5 – 400,5 | ≈ 4,3 × 10¹⁴ |
- Violett und Blau: Kürzere Wellenlängen (näher an UV), hohe Frequenzen.
- Rot: Längste Wellenlänge im sichtbaren Bereich, tiefste Frequenz.
THz steht für Terahertz = 10¹² Hz.
Intuitives Verständnis: Wellenlänge, Frequenz und Farbe
- Wellenlänge (\(\lambda\)) ist der „Abstand“ zwischen zwei Wellenbergen.
- Frequenz (\(\nu\)) ist, wie viele Wellen pro Sekunde an einem Punkt vorbeikommen.
- Lichtgeschwindigkeit (\(c\)): Alle elektromagnetischen Wellen bewegen sich (im Vakuum) gleich schnell: ca. \(3 \times 10^8\) Meter/Sekunde.
Die zentrale Beziehung:
\[ \lambda \cdot \nu = c \]
- Wenn die Wellenlänge groß ist, muss die Frequenz kleiner sein und umgekehrt (weil \(c\) immer gleich ist).
- Farben werden durch die Frequenz (und damit die Wellenlänge) bestimmt.
- Rot bedeutet also „langsame Schwingung, große Wellenlänge“, Blau und Violett stehen für „schnelle Schwingung, kurze Wellenlänge“.
Längere Wellenlängen (größere \(\lambda\)) sind im roten Bereich und haben kleinere Frequenzen.
Kürzere Wellenlängen (kleinere \(\lambda\)) sind im blauen/violetten Bereich und haben höhere Frequenzen.
Das IMPP fragt besonders gerne, wie 600 nm (→ orange/rot) oder \(4{,}3\times10^{14}\) Hz (→ rot) zuzuordnen sind. Merk dir: je kürzer die Wellenlänge, desto energiereicher und „blauer“ das Licht!
Einordnung im Gesamtspektrum: Angrenzende Bereiche
- Infrarot (IR): beginnt direkt nach Rot, d.h. bei längeren Wellenlängen als 780 nm. Ihr könnt IR nicht sehen, aber als „Wärmestrahlung“ fühlen.
- Ultraviolett (UV): beginnt direkt unterhalb von Violett, also bei kürzeren Wellenlängen als 380 nm. UV ist unsichtbar, aber z.B. für Sonnenbrand verantwortlich.
Hier ist es sehr wichtig: IR hat längere Wellenlängen als sichtbares Licht, UV hat kürzere.
Typischer Fehler (IMPP-Klassiker!): IR ist auf gar keinen Fall „kürzer“ als UV! Genau das Gegenteil ist richtig.
Typische Grenzwerte: - „Was ist noch sichtbar?“ → 380–780 nm bzw. grob 400–700 nm
- Was ist IR? → Alles mit längerer Wellenlänge als 780 nm
Merksatz: Je weiter „rot“ du gehst, desto länger ist die Welle. Je mehr „blau/violett“, desto kürzer!
Farben, weißes Licht und Regenbogen-Effekt (Dispersion)
Warum sehen wir verschiedene Farben?
Weil Photonen (Lichtteilchen) mit jeweils unterschiedlicher Wellenlänge und Frequenz unser Auge treffen – jede dieser Kombinationen löst einen bestimmten Farbeindruck aus.
Weißes Licht ist NICHT eine eigene „Wellenlänge“, sondern eine Mischung aller sichtbaren Wellenlängen (also eine Art „buntes Sammelsurium“), wie Sonnenlicht.
Dispersion:
Wenn Licht z.B. durch ein Prisma oder Regentropfen geht, werden die Farben auseinandergezogen. Das passiert, weil der Brechungsindex des Materials von der Wellenlänge abhängt – das nennt man Dispersion. Das erklärt, warum ein Regenbogen entsteht und warum Weiß in seine Spektralfarben zerlegbar ist.
Energie der Photonen: E = h·ν
Jede Lichtportion (Photon) hat Energie, die proportional zur Frequenz ist:
\[ E = h \cdot \nu \]
- \(E\) = Energie eines Photons (in Joule oder Elektronenvolt)
- \(h\) = Plancksches Wirkungsquantum
- \(\nu\) = Frequenz
Bedeutung: - Rotes Licht: Niedrige Energie pro Photon (~2 eV) - Blau/Violett/UV: Deutlich höhere Energie, UV schon etwa 4 eV, Röntgen sogar noch viel mehr.
Praktischer Bezug: Für viele physikalisch-chemische Effekte (wie den Photoeffekt) braucht es eine gewisse Mindestenergie – deshalb reicht sichtbares Licht oft nicht, UV oder Röntgen aber schon.
Das elektromagnetische Spektrum: Beispiele und Zuordnungen
IMPP liebt konkrete Beispiele, wie das Einordnen einer Zahl oder das Zuordnen eines Wellenlängenbereichs.
- 400 nm → ziemlich genau das untere Ende des sichtbaren Bereichs (violett)
- 600 nm → ca. im orangenen Bereich
- 750 nm → noch sichtbar, schon tief rot; knapp am IR
- 10^-10 m (= 0,1 nm) → Das ist ganz klar im Röntgen!
- 5×10^14 Hz → „Mittelfrequenz” im Sichtbaren, etwa gelb/grün
Wenn gefragt wird, ob 700 nm sichtbar ist: Ja, „tiefrot“.
Ist 0,1 nm sichtbar? Nein, das ist Röntgen!
Frequenzen von \(4{,}3\times10^{14}\) Hz? Das ist rot.
Je nach Aufgabenstellung helfen diese „Grenzzahlen“ weiter.
Tipp: Die Wellenlänge (nm/μm) und Frequenz (Hz, THz) IMMER der Farbe/Spektralregion zuordnen können – das IMPP fragt das oft!
Besonderheiten, die oft im Examen gefragt werden
- Charakteristische Linien (z.B. beim Röntgen): Nicht nur das sichtbare Spektrum hat Linien, sondern auch Röntgenbereich.
- „Hart/Weich“ bei Röntgenstrahlung:
- Hart: Kürzere Wellen, mehr Energie.
- Weich: Längere Wellen, weniger Energie.
- Hart: Kürzere Wellen, mehr Energie.
- Dispersion ist nicht nur bunt, sondern auch die Grundlage für optische Geräte und Farbanalyse.
- IR & Mikrowellen haben viel, viel längere Wellenlängen – das ist „wärmende“ oder „kochende“ Strahlung, nicht „Farbensehen“!
Das IMPP prüft sehr gerne, ob ihr IR und UV richtig zuordnet.
IR ist NICHT kürzer als UV – sondern deutlich LÄNGER.
UV liegt auf der Seite der kurzen Wellenlängen und hohen Energie!
Das ist einer der Prüfungs-Klassiker, also nicht verwechseln!
Lerne diese Zuordnungen einmal richtig, dann kannst du eine Menge Punkte holen!
Zusammenfassung
Feedback
Melde uns Fehler und Verbesserungsvorschläge zur aktuellen Seite über dieses Formular. Vielen Dank ❤️