Die verschiedenen elektromagnetischen Phänomene

Die elektromagnetischen Phänomene kann man relativ leicht verstehen, wenn man den Aufbau der Atome kennt. Sie bestehen aus einem Kern von, je nach Element, mehr oder wenigen Protonen und Neutronen und Elektronen, die den Kern in sogenannten festliegenden Elektronenschalen umwirbeln. Die Protonen im Kern sind positiv geladen, die Elektronen, die den Kern umwirbeln dagegen negativ geladen. Es sind im Normalfall immer gleich viele Protonen und Elektronen vorhanden und da sich positive und negative Ladungen aufheben, treten im Regelfall keine elektrischen Kräfte nach aussen hin auf. Erst wenn mehr oder weniger Elektronen als Protonen vorhanden sind, wird eine elektrische Kraft nach aussen wirksam, im ersten Fall spricht man von negativer, im zweiten Fall von positiver Ladung.

Das ist auch das erste elektromagnetische Phänomen, das man kannte, die elektrostatische Anziehung, bzw: Abstoßung. Zei ungleich geladene Objekte ziehen sich gegeseitig an, zwei gleichgeladene stoßen sich ab. Der elektrische Strom: Fließt die elektrische Ladung von negativ zum positiv geladenen Objekt ab, so fließt ein elektrischer Strom. Die geschieht abe nicht durch jedes Material, sondern nur durch sogenannte elektrische Leiter. Hierzu gehören alle Metalle, diese leiten schon bei ehr niedrigen Spannungen, etwa bei galvanischen Elementen, Wasser, aber auch Gase leiten den elektrischen Strom, sofern die Spannung hoch genug ist. Glas und Kunststoffe dagegen leiten auch hohe Spannungen nicht ab, sogenannte Isolatoren, haben aber die Eigenschaft, sich an der Objektoberfläche elektrostatisch aufzuladen. Fließt ein elektrischer Strom, so tritt ein weiteres Phänomen auf, der Magnetismus. Die magnetischen Feldlinien verlaufen dabei immer im 90° Winkel zur Flussrichtung des elektrischen Stromes, bzw. der Elektronen im Leiter. Magnetismus kann auch als Dauerform in eisenhaltigen Objekten auftreten, das hängt mit der besonderen Struktur des Eisens zusammen und der geordneten Drehrichtung der in den Eisenatomen enthaltenen Elektronen, dem sogenannten "Spin" zusammen. Man spricht dann von sogenannten Elementarmagneten. Magnete haben einen Nord- und einen Südpol. Die wirken genau so, wie die elektrostatischen Kräfte, ungleichenamige Magnetpole ziehen sich an, gleichnamige stoßen sich ab. Bewegen sich ein Magnetfeld und ein elektrischer Leiter zueinander, so fließt im Leiter ein elektrischer Strom. Dies macht man sich bei der Stromerzeugung, z.B dem Dynamo und dem Generator zunutze. Umgekehrt kann ein elektrischer Strom einen Magneten in Form eines Dauermagneten oder in Form einer stromdurchflossenen Spule in Bewegung versetzen, das ist das Prinzip des Elektromotors. Das viete Phänomen sind elektromagnetische Wellen, sie treten dann auf, wenn Elektronen beschleunigt oder abgebremst werden. Ein gleichmäßiger Elektronenfluss erzeugt ja bekanntlich ein Magnetfeld, Schwankungen im Stromfluss führen demzufolge zu Schwankungen im Magnetfeld, den elektromagnetischen Wellen. Sie breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, ja Licht besteht auch aus nichts anderem, als elektromagnetischen Wellen. Ob eine elektromagnetische Welle als unsichtbare Funkwelle oder in Form von Licht daherkommt, hängt allein von der Frequenz, d.h. der Schwankungen pro Zeiteinheit (sec.) ab. Funkwellen entstehen bei mehr oder weniger hochfrequentem Wechselstrom (elektrischer Strom, der fortlaufend seine Flussrichtung ändert, im Gegensatz zum Gleichstrom, der stets nur in eine Richtung fließt. Beim Licht sind die Frequenzen dagegen erheblich höher, als bei den Funkwellen, die Ladungsträger werden hier lediglich im atomaren Bereich bewegt (von einer Elektronenschale zur nächsten und zurück. Noch höhere Frequenzen haben und sind damit auch kurzwelliger, die unsichtbaren Röntgen- und Gammastrahlen. Das gesamte elektromagnetische Wellenspektrum beginnt genaugenommen schon beim Wechselstrom, wie er in unserem Stromnetz für den Hausgebrauch verwendet wird (50Hz, d.h. 50 mal pro Sekunde fließt er erst in die eine, dann in die entgegengesetzte Richtung, eine komplette Hin- und Zurückbewegung dauert genau 1/50 sec.). Seine Wellenlänge liegt bei ca. 50 km. Dann kommen die Radiowellen (Lang- Mittel- und Kurzwellen, im Kilo- bis Megahertzbereich, Wellenlängen von einigen Kilometern bis ca. 10m) dann die Mikrowellen im Gigahertzbereich mit Wellenlängen bis herunter in den Millimeterbereich, sie werden in der Radartechnik, der Satelliten-Fernsehübertragung und im Mikrowellenherd verwendet. Weiter geht es zum Infrarot, das zwar noch unsichtbar ist, aber als Wärmestrahlung wahrgenommen wird. Dann kommt der sichtbare Bereich, beginnend beim Rot über gelb, grün, blau und violett. Jenseits des violetten Lichts liegen: Ultraviolett, u.A. für den Sonnenbrand verantwortlich, dann folgen Röntgen- und schließlich die Gammastrahlung. Je kürzer die Wellenlänge, desto energiereicher ist die Strahlung, das ist der Grund, warum Ultraviolettstrahlung Hautverbrennungen auslöst und Röntgen- und Gammastrahlung so gefährlich ist, sie dringt in den Körper ein und kann Körperzellen irreparabel schädigen, vor allem bei hoher Dosis. Röntgenstrahlung entsteht, wenn durch Hochspannung stark beschleunigte Elektronen durch ein Hindernis schlagartig gebremst werden, gammastrahlung entsteht beim Zerfall radioaktiver Elemente, bei der Kernspaltung und Kernfusion, auch in der Sonne. Überhaupt basieren alle Phänomene auf der Sonne, ja im ganzen Universum auf Elektromagnetismus, und das macht ihn für mich als Hobbyastronom und viele andere Wissenschaftler so interessant.