Licht kennst du als Welle mit einer Wellenlänge, zum Beispiel 600 nm für Orange. Es ist nur ein kleiner Ausschnitt der elektromagnetischen Strahlung. Sie besteht aus schwingenden elektrischen und magnetischen Feldern, die sich als Welle ausbreiten, auch durch das Vakuum. Sonnenlicht erreicht uns durch den leeren Raum. Zwei Größen beschreiben die Welle:

• Die Wellenlänge $\lambda$ (Lambda) ist der Abstand zweier benachbarter Wellenberge.
• Die Frequenz $f$ ist die Zahl der Schwingungen pro Sekunde, also die Zahl der Wellenberge, die in einer Sekunde an einem Ort vorbeikommen. Ihre Einheit ist das Hertz (Hz): 1 Hz ist eine Schwingung pro Sekunde. Es gilt 1 kHz = 1000 Hz, 1 MHz = 10⁶ Hz, 1 GHz = 10⁹ Hz und 1 THz = 10¹² Hz.

Im Vakuum breiten sich alle elektromagnetischen Wellen mit derselben Geschwindigkeit aus, der Lichtgeschwindigkeit $c \approx 3{,}0 \cdot 10^{8}$ m/s (300 000 km/s). In einer Sekunde laufen $f$ Wellenberge mit je dem Abstand $\lambda$ vorbei, die Welle legt also die Strecke $f \cdot \lambda$ zurück. Diese Strecke ist $c$:

Ordnest du die Strahlungen nach der Wellenlänge, erhältst du das elektromagnetische Spektrum. Die Grenzen sind Näherungen, die Bereiche gehen ineinander über:

Von oben nach unten nimmt die Wellenlänge ab und die Frequenz zu. Je größer die Frequenz, desto mehr Energie trägt die Strahlung. Darum können UV-, Röntgen- und Gammastrahlung Zellen schädigen. Der Mobilfunk nutzt Frequenzen von etwa 0,7 bis 3,7 GHz, der Mikrowellenherd arbeitet bei 2,45 GHz.

Trifft Strahlung auf einen Stoff, kann Folgendes geschehen, oft mehreres zugleich:

• Absorption: Der Stoff nimmt die Strahlungsenergie auf. Meist wird sie zu thermischer Energie, der Stoff erwärmt sich. Beispiele sind dunkler Asphalt in der Sonne und Wasser im Mikrowellenherd.
• Transmission: Die Strahlung geht durch den Stoff hindurch. Fensterglas lässt sichtbares Licht durch, Weichteile des Körpers lassen Röntgenstrahlung durch.
• Reflexion: Die Strahlung wird an einer glatten Fläche nach dem Reflexionsgesetz zurückgeworfen. Metall wirft Radiowellen zurück, darum arbeiten Radar und Satellitenschüsseln mit Metallflächen.
• Streuung: Die Strahlung wird an kleinen Teilchen in viele Richtungen abgelenkt. Blaues Licht (kurze Wellenlänge) wird von den Luftteilchen stärker gestreut als rotes. Deshalb ist der Himmel blau. Bei tiefstehender Sonne ist der Weg durch die Luft lang, das Blau wird herausgestreut, und Rot und Orange bleiben übrig: das Abendrot.
• Emission: Der Stoff sendet selbst Strahlung aus. Jeder Körper sendet Wärmestrahlung aus, je heißer, desto mehr.

Was geschieht, hängt vom Stoff und von der Wellenlänge ab. Fensterglas ist für sichtbares Licht durchlässig, für langwellige Wärmestrahlung nicht. Die Lufthülle lässt sichtbares Licht durch und absorbiert einen großen Teil der UV-Strahlung (durch das Ozon) und der Infrarotstrahlung (durch Treibhausgase).

Dein Auge nimmt nur Licht von 400 nm bis 750 nm wahr. Für alles andere brauchst du Sensoren: Bauteile, die Strahlung absorbieren und ihre Energie in ein messbares Signal wie Spannung oder Strom umwandeln. Beispiele:

• Eine Antenne wandelt Radio- und Mobilfunkwellen in elektrische Wechselspannung um.
• Eine Wärmebildkamera misst Infrarotstrahlung und zeigt die Temperatur als Farbbild. Ein Bewegungsmelder reagiert, wenn ein warmer Körper die Infrarotstrahlung vor ihm ändert.
• Eine Infrarot-Fernbedienung sendet kurze unsichtbare Infrarotimpulse. Viele Handykameras sind dafür empfindlich: Du siehst die Sendediode auf dem Display leuchten.
• Ein UV-Sensor misst die UV-Strahlung der Sonne und liefert den UV-Index.
• Ein Röntgendetektor steht hinter dem Körper und misst, wie viel Strahlung ankommt. Knochen absorbieren viel, Weichteile wenig. Daraus entsteht das Bild.