Modul 2 - Physikalische Grundlagen - Die Elektromagnetische Strahlung - Wellen- und Teilchenmodell der elektromagnetischen Strahlung
Die elektromagnetische Strahlung ist eine Form der Energieausbreitung, die als Wellenstrahlung oder Photonenstrahl (Teilchenstrahl) aufgefasst werden kann.
Sie kennzeichnet sich durch eine konstante Ausbreitungsgeschwindigkeit (Lichtgeschwindigkeit) und durch eine im Allgemeinen geradlinige Ausbreitungsrichtung. Eine Wellenstrahlung wird als ein sich periodisch änderndes elektromagnetisches Feld interpretiert. Es besteht eine Wechselbeziehung (indirekte Proportionalität) zwischen Frequenz f und Wellenlänge l, das bedeutet, je größer die Frequenz ist, umso kleiner ist die Wellenlänge. Dies führt zur Grundgleichung der elektromagnetischen Strahlung:
c = l * f,
wobei c die Lichtgeschwindigkeit [km/s], l die Wellenlänge [m] und f die Frequenz [Hz = 1/s (Hertz)] angibt.
Die Wellenlänge ist die entscheidende Größe in der Fernerkundung, da die Sensibilität der Sensoren über diese Größe definiert wird. Als Einheiten der Wellenlänge werden in der Fernerkundung folgende Größen benutzt:
1 nm (Nanometer) | = | 0.000 000 001 m | = | 10-9 m |
1 mm (Mikrometer) | = | 0.000 001 m | = | 10-6 m |
1 mm (Millimeter) | = | 0.001 m | = | 10-3 m |
Es gibt jedoch Erscheinungen, die sich mit dem Wellenmodell nicht erklären lassen. Zum Beispiel trifft bei der Messung kurzwelliger Strahlung mit hinreichend empfindlichen Detektoren die Strahlung nicht kontinuierlich, sondern in Energiepaketen auf den Detektor auf. Dies lässt sich mit dem Teilchenmodell der elektromagnetischen Strahlung erklären. Die Energie breitet sich in diesem Modell in Form von Teilchen (Photonen) mit Lichtgeschwindigkeit aus. Jedes dieser Teilchen besitzt eine bestimmte Energie Q, die von der Frequenz f Strahlung abhängt (Verbindung mit dem Wellenmodell).
Q = f * h,
wobei h das Planck'sche Wirkungsquantum [J*s], eine Konstante, ist. Die Energie eines Photons wird in Elektronenvolt [eV] angegeben. Bei der Betrachtung verschiedener praktischer Fälle in der Fernerkundung wird das besser geeignete Modell genutzt. Es gibt elektromagnetische Strahlung unterschiedlichster Wellenlängen, die alle unterschiedliche Eigenschaften besitzen und auch unterschiedlich benannt werden. Sie werden im sich anschließenden Kapitel erläutert.
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