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Wirkungen die den Menschen
betreffen
Grundsätzlich
haben alle elektromagnetischen Strahlungen eine Wirkung auf den
Menschen. Sie reicht von lebensnotwendig bis hin zu schädlich
und tödlich. Unter die lebensnotwendige Strahlung fällt
die im Bereich zwischen ~380nm – ~780nm. Für sie
besitzen Menschen mit ihren Augen einen Sensor und dieser Bereich
wird von ihnen als Licht bezeichnet. Trifft keine Strahlung
dieses Wellenlängenbereichs in den Augen ein, so scheint es
dunkel zu sein, treten alle Frequenzen dieses Bereichs in
ähnlicher Energiedichte ein, so interpretiert unser Gehirn
dies als weißes Licht. Unterschiedliche Energiemengen der
Einzelfrequenzen führen zu den bekannten
Farberscheinungen.*)
Ebenso wie für das
Licht, besitzen Menschen eine ausgeprägte Sensorik für
infrarote elektromagnetische Strahlung. Diese wird als Wärme
empfunden. Dabei dringt das nahe Infrarotlicht B, etwa 4cm tief
in den Körper ein, bevor es als Wärme empfunden wird.
Da in dieser Tiefe bereits größere Blutbahnen
auftreten, wird die Wärme wie bei einer Heizung unmittelbar
im ganzen Körper verteilt. Dies wirkt wie eine Art
künstliches Fieber und wird in der Medizin eingesetzt.
Mittleres Infrarotlicht dagegen wird bereits in den oberen
Hautschichten absorbiert und entspricht der Wärme die
Heizgeräte aussenden.
Ultraviolette Strahlung
erreicht den Erdboden nur in geringem Maß. Für sie
besitzen Menschen keinen 'bewußten' Sensor. Allerdings
reagiert der Körper trotzdem auf diese Strahlung. Durch die
UV-B Strahlung bildet der Körper das lebensnotwendige
Vitamin D und sie führt zur Bräunung der Haut. In zu
hoher Dosierung wirkt sie jedoch schädlich, führt zu
Verbrennungen und unter Umständen zu Hautkrebs. In diesem
Sinn können Menschen froh sein, dass nur wenige Prozent der
UV-Strahlung von der Sonne, den Erdboden erreichen und von der
noch gefährlicheren Gammastrahlung, so gut wie nichts auf
der Erde ankommt.
Technisch benutzt der Mensch
die elektromagnetische Strahlung in einer Reihe von Anwendungen.
So für die drahtlose Übertragung von Rundfunk,
Fernsehen, Radarmessungen und Mikrowellenherde. Auch im
höchstfrequenten Bereich wird diese Energie benutzt. So
beispielsweise in Röntgengeräten zum 'Durchleuchten'
von Körpern. Bei organischen Substanzen besteht hierbei
allerdings die Gefahr einer Schädigung des Organismus. Ab
einer Energie von etwa 5eV wirkt die elektromagnetische Strahlung
ionisierend. Das meint, dass Atome oder ihre chemischen
Verbindungen in ihre Einzelteile zerlegt werden können, wenn
sie von der Energie getroffen werden.
Sonne und Erde
Für Astrophysiker ist
der irdische Umgang mit elektromagnetischer Energie von
nebengeordnetem Interesse. Sie interessiert die Strahlung, die
von fernen Sternen, Nebeln und Galaxien auf der Erde eintrifft.
Die während des Tages auf der Erde einfallende
elektromagnetische Strahlung stammt zum überwiegenden Teil
von der Sonne. Dabei werden etliche Wellenbereiche bereits in der
Erdatmosphäre stark herausgefiltert, was das Leben auf der
Erde schützt. Dies verhindert andererseits, dass
interessante Informationen aus dem All bis auf die Erde
vordringen. Sie konnten erst durch die Entwicklung von
Satelliten, welche die Erde außerhalb der Atmosphäre
umkreisen, gemessen werden und verhalfen der Astronophysik zu
vielen spektakulären Erkenntnissen. So verraten sich
beispielsweise Magnetare, das ist eine bestimmte Art der
Neutronensterne, durch das Auftreten von gigantischen Ausbrüchen
im Bereich der Röntgenwellen, und Pulsare, eine andere Art
der Neutronensterne, durch typische Wellen im Radiobereich.
Für alle oben
angesprochenen Wellenlängen gibt es technische Sensoren,
welche ähnlich, wie bei der Sensorik des Fotoapparats für
Schwarz-Weissbilder, die Verteilung und Intensität dieser
Wellen, in Form von mehr oder minder grauen Flächen
aufzeichnen können. Diese Graubilder zeigen eine Welt, die
sich unseren Augen, entzieht. Durch eine Technik, die auf den
nächsten Seiten beschrieben wird, entstehen Abbilder dieser
für uns unsichtbaren Welt. Man nennt sie
'Falschfarben-Bilder'.
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7.9
Wellenlängen
Der physikalische Begriff
Energie beschreibt das Vermögen eines nicht fassbaren und
menschlichen Sinnen nur bedingt zugänglichen Etwas, dessen
Auswirkung auf Materie beobachtet werden kann. Dieses 'Etwas'
kann an Materie Arbeit verrichten und die ist in vielfältiger
Weise beobachtbar. Als Beispiel kann die Tür eines
Kühlschranks dienen, der einen Magnetverschluß
besitzt. Die beiden Metallplatten üben eine Kraft
aufeinander aus, die überwunden werden muß, wenn man
die Tür öffnen will. Die beobachtete und erfahrbare
Kraft wird der Energie Magnetismus zugeschrieben, doch was ist
dieser Magnetismus?
Fährt man mit den
Fingern zwischen den Metallplatten hindurch, oder sieht zwischen
sie, ist nichts zu fühlen oder zu sehen, obwohl die
magnetische Energie zwischen den Platten vorhanden sein muß.
Sie ziehen sich ja an.
Im Vakuum bleibt die Energie
unbeobachtbar, da es hier keine Materie gibt. Allein die
Verrichtung der durch die Energie hervorgerufenen Arbeit an
Massen ist beobachtbar, während das was die Arbeit
verrichtet, letztlich weiterhin unbekannt bleibt.
Es gibt mehrere, in ihrem
Ursprung und ihrer Wirkung unterscheidbare Energiesorten und eine
davon ist die elektromagnetische Strahlung. Sie entstammt am Tag
zum größten Prozentsatz der Sonne und eine ihrer
beobachtbaren Wirkungen ist es beispielsweise, dass sie Moleküle
in unserem Körper in Schwingungen versetzt, so dass wir
sagen, es würde uns warm werden. Andere ihrer
Strahlungsanteile wirken auf die Zellen in unseren Augen ein, was
wir als Licht bezeichnen.
Die elektromagnetische
Energie lässt sich in Bezug auf das zeitliche Auftreten
ihrer Energiemaxima unterscheiden. Man spricht von ihrer
Wellenlänge oder ihrer Frequenz. Beide Größen
werden zusammen mit der übertragenen Energie in der
folgenden Übersicht zusammengestellt. Den Energiebereichen
werden überdies Namen zugeordnet. Die Bereiche überlappen
sich teilweise, was allerdings keinen Einfluss auf die Wirkung
der Strahlung nimmt, sondern sich an unterschiedlichen
Erzeugungsmechanismen orientiert, auf welche die Autoren von
Publikationen hinweisen wollen.
Abhängigkeiten
zwischen Wellenlänge, Frequenz und Energie
Der Bereich der
elektromagnetischen Wellen erstreckt sich über ein Spektrum,
mit Wellenlängen von einigen Billionstel Metern Länge,
bis hin zu Wellen, die einige 1000 Meter lang sind. Diese Wellen
oder Energieabstrahlungen entstehen bei der Bewegung atomarer
Teilchen, und deren elektrischer Ladung, wobei elektrische
Ladungen immer auch magnetische Eigenschaften hervorrufen.
Elektromagnetische Strahlung
breiten sich im Vakuum mit der Lichtgeschwindigkeit,
c=299.792.458 m/s, aus. Der Zusammenhang zwischen ihrer Frequenz
und der zugeordneten Wellenlänge ergibt sich aus der Formel
..
Lichtgeschwindigkeit
Frequenz
= ---------------------
Wellenlänge
Soll die übertragene
Energie einer elektromagnetischen Strahlung in der Einheit eV
(elektronenvolt) ausgedrückt werden, so lässt sich
dieser Wert durch die Beziehung E= h • f berechnen. In
dieser Formel steht h für das Plancksche Wirkungsquantum (h=
4,13566733 10-15 eVs) also ..
Energie
in eV = 4,13566733 * 10-15eVs * Frequenz
Die
folgende Tabelle gibt die BereichsNamen an, in welche die
elektromagnetische Strahlung
unterteilt
wird und ordnet sie ihrer Wellenlänge/Frequenz und Energie
zu.