Licht als elektromagnetische Welle

Licht als Welle

Licht kann gebeugt werden und sich überlagern (interferieren). Das sind typische Welleneigenschaften. Aus ihrem Auftreten bei Licht kann man folgern:

Licht hat Welleneigenschaften . Es kann mit dem Modell Lichtwelle beschrieben werden.

Von seinem physikalischen Charakter her ist Licht eine elektromagnetische Welle. Das bedeutet: Es ändert sich die Stärke des elektrischen und des magnetischen Feldes zeitlich periodisch (Bild 1). Da diese Änderungen (Schwingungen) der Feldstärke senkrecht zur Ausbreitungsrichtung erfolgen, sind Lichtwellen Transversalwellen (Querwellen).

Zum Licht zählt man das gesamte für den Menschen sichtbare Spektrum sowie das infrarote und das ultraviolette Licht (Bild 2). Wie jede andere Welle lässt sich Licht durch die Wellenlänge und die Frequenz kennzeichnen. Diese beiden Größen sind in der nachfolgenden Übersicht angegeben.

Zusammenhang zwischen Wellenlänge, Frequenz und Ausbreitungsgeschwindigkeit

Die Frequenz von Licht ist nur davon abhängig, wie es entsteht. Sie ändert sich beim Übergang von einem Stoff in einen anderen nicht. Im Unterschied dazu ändert sich beim Übergang von einem Stoff in einen anderen die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes, die Lichtgeschwindigkeit. Mit ihr ändert sich auch die Wellenlänge.
Für den Zusammenhang zwischen der Lichtgeschwindigkeit, der Wellenlänge und der Frequenz gilt:

$\begin{array}{l}c=\lambda \cdot f\\ c\text{ Lichtgeschwindigkeit}\\ \lambda \text{ Wellenlänge des Lichtes}\\ f\text{ Frequenz des Lichtes}\end{array}$

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt:

$c=299\mathrm{792,458}\frac{\text{km}}{\text{s}}\approx 300000\frac{\text{km}}{\text{s}}$

In Luft ist die Lichtgeschwindigkeit nur unwesentlich kleiner und hat dort einen durchschnittlichen Wert von:

$c=299711\frac{\text{km}}{\text{s}}$

Kennt man die Lichtgeschwindigkeit in einem Stoff, so kann man bei bekannter Frequenz die Wellenlänge des Lichtes im betreffenden Stoff berechnen.

Eigenschaften von Lichtwellen

Lichtwellen können wie andere Arten von Wellen reflektiert, gebrochen oder von Stoffen aufgenommen (absorbiert) werden. Darüber hinaus treten bei Licht unter bestimmten Bedingungen folgende wellentypischen Erscheinungen auf:

• Lichtwellen können gebeugt werden.
• Lichtwellen können sich überlagern (interferieren).
• Lichtwellen können polarisiert werden.

Wie bei anderen Wellen wird mit Lichtwellen Energie, aber kein Stoff transportiert. Genauere Hinweise zu den Eigenschaften von Lichtwellen sind unter den Stichwörtern Beugung, Interferenz und Polarisation von Licht zu finden.

Eine Besonderheit von Lichtwellen

Wasserwellen oder Schallwellen breiten sich von einem Erreger ausgehend kontinuierlich im Raum aus. Lichtwellen muss man sich dagegen anders vorstellen. Von Lichtquellen gehen keine kontinuierlichen Wellen aus wie etwa von einer Schallquelle, sondern räumlich begrenzte Wellenzüge oder Wellenpakete (Bild 5).