Wellenlängen

Wellenlänge (Symbol λ) bezeichnet den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden gleichen Phasenpunkten einer Welle, zum Beispiel zwei benachbarte Wellenberge. Bei zeitlich periodischen Wellen gilt die Beziehung v = λ f, wobei v die Ausbreitungsgeschwindigkeit und f die Frequenz ist. Für elektromagnetische Wellen im Vakuum beträgt die Geschwindigkeit c (ca. 299 792 458 m/s). In Medien ist die Geschwindigkeit v geringer, v = c/n, wodurch sich die Wellenlänge im Medium zu λ = λ0 / n ändert, wobei λ0 die Wellenlänge im Vakuum ist.

Wellenlängenangaben gelten nicht nur für elektromagnetische Wellen, sondern auch für Schallwellen, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit vom Medium abhängt. Beim elektromagnetischen Spektrum erstrecken sich die Wellenlängen grob über Bereiche von mehr als einem Meter (Radiowellen) bis zu Bruchteilen eines Nanometers (Gammastrahlung). Übliche Unterteilungen sind Radiowellen (>1 mm), Mikrowellen (1 mm–1 cm), Infrarot (ca. 700 nm–1 mm), Sichtbares Licht (ca. 380–750 nm), Ultraviolet (ca. 10–400 nm), Röntgen (ca. 0,01–10 nm) und Gammastrahlung (<0,01 nm).

Photonenergie verknüpft mit der Wellenlänge: E = h f = h c / λ, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum ist. Damit steigt die Energie eines Photons mit zunehmender Frequenz bzw. abnehmender Wellenlänge. In der Praxis wird λ durch Messung der Frequenz und Geschwindigkeit bestimmt oder durch Interferometrie, Spektroskopie und Gitterverfahren ermittelt.

Typische Anwendungen reichen von Optik und Telekommunikation (Glasfaser) über Spektroskopie und Fernerkundung bis hin zur medizinischen Bildgebung. Wellenlängen sind zentrale Größen zur Charakterisierung von Licht, Materie und deren Wechselwirkungen.