Was ist elektromagnetische Wellentheorie?
Das Konzept der Theorie der elektromagnetischen Wellen geht auf die Arbeiten von James Clerk Maxwell und Heinrich Hertz zurück. Nach den von Maxwell postulierten elektrischen und magnetischen Gleichungen ähneln elektromagnetische Felder sowohl in ihrer Struktur als auch in ihrer Wirkung einer Welle. Elektromagnetische Wellen fallen mit der Messung der Lichtgeschwindigkeit zusammen und machen Licht selbst zu einer elektromagnetischen Welle.
Elektrische Felder ändern sich räumlich und erzeugen ein zeitlich veränderliches Magnetfeld. Ebenso bewirken Magnetfelder dasselbe für elektrische Felder, wodurch die beiden Konzepte im Einklang arbeiten. Zusammen schwingen die beiden Felder und erzeugen eine elektromagnetische Welle.
Die physikalischen Eigenschaften der elektromagnetischen Wellentheorie sind elektrodynamisch. Diese Facette der Theorie bedeutet, dass jedes im selben Raum vorhandene elektromagnetische Feld als Vektorfeld, als Welle mit Richtung und Länge betrachtet wird. Als solches kann es mit anderen Vektorfeldern zusammengeführt werden. Wenn beispielsweise eine elektromagnetische Welle auf ein Molekül auftrifft, beginnen die Atome in diesem Molekül zu schwingen und senden ihre eigenen elektromagnetischen Wellen aus, die auf die ursprüngliche Welle einwirken. Nach der Theorie der elektromagnetischen Wellen verursacht dies eine Brechung, eine Änderung der Geschwindigkeit oder eine Beugung, eine Änderung der Wellenlänge.
Da es sich bei Licht um eine Art elektromagnetische Welle handelt, kann nach der Theorie die Lichtschwingung nicht durch andere statische elektrische oder magnetische Felder beeinflusst werden. Wechselwirkungen zwischen bestimmten äußeren Ereignissen, wie z. B. Licht, das sich durch einen Kristall bewegt, können sich jedoch auswirken. Nach der Theorie der elektromagnetischen Wellen verursachen Magnetfelder, die auf Licht einwirken, den Faraday-Effekt und elektrische Felder, die auf Licht einwirken, den Kerr-Effekt, eine Verringerung der Geschwindigkeit von Lichtwellen.
Die Frequenz ist ein sehr wichtiger Aspekt der Theorie der elektromagnetischen Wellen. Die Schwingung der Welle wird in Hertz, der Einheit für die Frequenz, gemessen. Ein Hertz entspricht einer Schwingung pro Sekunde. Wenn eine elektromagnetische Welle, wie im Fall von Licht, Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt, wird dies als Spektrum betrachtet.
Kleine Energieteilchen, Photonen genannt, sind die Grundeinheiten der elektromagnetischen Strahlung. Während sich die Photonen fortbewegen, folgt die Welle und erzeugt eine Frequenz, die proportional zum Teilchen ist. Photonen werden von Atomen absorbiert, die wiederum Elektronen anregen. Wenn das Elektron ein ausreichend hohes Energieniveau erreicht, entweicht es der positiven Anziehungskraft des Kerns. Wenn das Elektronenenergieniveau abnimmt, wird ein Lichtphoton emittiert.
Die Theorie der elektromagnetischen Wellen besagt, dass jede Beschleunigung einer elektrischen Ladung oder Änderung des Magnetfelds Strahlung erzeugt. Diese Strahlung kann in Form einer Welle oder eines Teilchens auftreten. Geschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz sind die mit Wellen verbundenen Faktoren. Die Partikel enthalten eine individualisierte Energie, die der Frequenz entspricht. Unabhängig vom Typ bewegt sich elektromagnetische Strahlung im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit. Diese Tatsache veranlasste Albert Einstein, die Relativitätstheorie zu etablieren.