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Elektromagnetische Wellen sind zeitlich und räumlich variierende elektrische und magnetische Felder, die sich als Transversalwellen ohne die Notwendigkeit eines Mediums im Raum ausbreiten.
Elektromagnetische Wellen entstehen, wenn elektrische Ladungen beschleunigt werden. Ein sich zeitlich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein sich änderndes magnetisches Feld und umgekehrt. Diese wechselseitige Induktion führt dazu, dass sich die Energie in Form einer Welle vom Ursprung weg ausbreitet.
Im Gegensatz zu mechanischen Wellen (wie Schall) benötigen elektromagnetische Wellen kein Trägermedium. Sie können sich im Vakuum mit der universellen Naturkonstante, der Lichtgeschwindigkeit (c ≈ 3 × 10⁸ m/s), ausbreiten. In Materie ist ihre Geschwindigkeit geringer, was durch den Brechungsindex des Mediums beschrieben wird.
Die Struktur dieser Wellen ist immer transversal. Das bedeutet, dass der Vektor des elektrischen Feldes (E) und der Vektor des magnetischen Feldes (B) senkrecht zueinander sowie senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Man kann sie sich wie zwei miteinander gekoppelte, rechtwinklige Sinuskurven vorstellen.
Die grundlegenden Kenngrößen sind die Amplitude (maximale Auslenkung der Feldstärke), die Frequenz (f, Schwingungen pro Sekunde) und die Wellenlänge (λ, Abstand zwischen zwei Wellenbergen). Es gilt der fundamentale Zusammenhang: c = λ × f. Da c im Vakuum konstant ist, sind Wellenlänge und Frequenz indirekt proportional zueinander.
Das elektromagnetische Spektrum ordnet alle Wellen nach ihrer Frequenz bzw. Wellenlänge. Es reicht von niederfrequenten Radiowellen über Mikrowellen, Infrarotstrahlung, das sichtbare Licht (ca. 380–780 nm), Ultraviolettstrahlung und Röntgenstrahlung bis hin zur hochenergetischen Gammastrahlung.
Die Energie einer elektromagnetischen Welle ist direkt proportional zu ihrer Frequenz (E = h × f, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum ist). Das bedeutet: Je kurzwelliger (und damit hochfrequenter) eine Strahlung ist, desto energiereicher ist sie. Dies erklärt, warum UV- oder Röntgenstrahlung biologisches Gewebe schädigen kann, während Radiowellen dies nicht tun.
