Читать книгу Physikalische Chemie - Peter W. Atkins - Страница 48

■ Das Wichtigste in Kürze: Elektromagnetische Strahlung ist durch ihre Ausbreitungsrichtung, ihre Wellenlänge, Frequenz und Wellenzahl sowie ihren Polarisationszustand gekennzeichnet.

Abb. G.8 (a) Die Wellenlänge λ einer Welle ist der Abstand von Maximum zu Maximum. (b) Die Welle bewegt sich mit einer Geschwindigkeit c nach rechts. An einem festen Ort variiert die momentane Amplitude der Welle durch einen vollständigen Zyklus (die sechs Punkte zeigen einen halben Zyklus), während die Welle den Ort passiert. Die Frequenz ν gibt die Zahl der Zyklen an, die an einem festen Ort pro Sekunde durchlaufen werden. Wellenlänge und Frequenz hängen gemäß λν = c zusammen.

Licht ist eine Form von elektromagnetischer Strahlung. Die klassische Physik interpretiert elektromagnetische Strahlung anhand des elektromagnetischen Feldes, einer oszillierenden elektrischen und magnetischen Störung, die sich als harmonische Welle durch den freien Raum, das Vakuum, ausbreitet. Die Welle pflanzt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit fort, der so genannten Lichtgeschwindigkeit c = 3 × 10⁸ m s^–1. Wie ihr Name nahe legt besteht eine elektromagnetische Welle aus zwei Komponenten, einem elektrischen Feld, das mit (ruhenden oder bewegten) elektrisch geladenen Teilchen wechselwirken kann, und einem Magnetfeld, das nur mit bewegten geladenen Teilchen wechselwirkt. Wie jede periodische Welle ist auch das elektromagnetische Feld durch eine Wellenlänge λ (lambda) gekennzeichnet – die Entfernung zwischen zwei benachbarten Maxima der Welle – sowie durch ihre Frequenz ν (nu) – die Häufigkeit, mit der ihr Wert an einem bestimmten Punkt innerhalb eines Zeitintervalls (meist einer Sekunde) wieder zu ihrem ursprünglichen Wert zurückkehrt (Abb. G-8). Die Frequenz wird in Hertz gemessen, 1 Hz = 1 s^–1. Die Wellenlänge und die Frequenz einer elektromagnetischen Welle hängen gemäß

(g.12)

zusammen. Je kürzer also die Wellenlänge ist, desto größer ist die Frequenz. Man kann eine Welle auch durch Angabe ihrer Wellenzahl charakterisieren,

(g.13)

Eine Wellenzahl kann als die Zahl von vollständigen Wellenlängen interpretiert werden, die in eine bestimmtes Längenintervall hineinpassen. Wellenzahlen werden meist in reziproken Zentimetern (cm^–1) angegeben; eine Wellenzahl von 5 cm^–1 bedeutet dann, dass von dieser Welle fünf komplette Wellenlängen in einen Zentimeter passen. Typische Wellenzahlen von sichtbarem Licht liegen um 15 000 cm^–1 entsprechend 15 000 vollständigen Wellenlängen in einem Zentimeter. Die Einteilung des elektromagnetischen Feldes nach seiner Frequenz bzw. Wellenlänge ist in Abb. G-9 gezeigt.