Elektromagnetische Wellen

Gliederung Was sind elektromagnetische Wellen? Entstehung von E- und B-Feldern Dipol Vom Schwingkreis zur Welle Eigenschaften Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen Vergleich Nah- und Fernfeld Schaltungen in der Realität

Was sind elektromagnetischen Wellen? Wellen aus gekoppelten elektrischen und magnetischen Feldern Elektrische Felder & senkrecht dazu magnetische Felder Im Vakuum Transversalwellen (Querwellen) Wechselwirkungen mit Materie möglich  nicht immer vollständig transversal (je nach Frequenz)

Entstehung von E- und B-Feldern Durch gekoppelte elektrische und magnetische Felder  Schwingkreis Es entstehen phasenverschoben immer elektrische und magnetische Felder Elektrisches Feld Kondensator entlädt sich -> magnetisches Feld wird aufgebaut Magnetisches Feld bricht zusammen, lt. Gesetz von Lenz wird dem entgegengewirkt Kondensatorplatten werden entgegengesetzt geladen

Schwingkreis, aber keine Welle? Probleme E-Feld: nur zwischen den Kondensatorplatten B-Feld: nur in/an der Spule → E → B

Hertz‘scher Dipol Wie können die UKW-Frequenzen von ca. 100 MHz erreicht werden? Frequenz in einem Schwingkreis kann mithilfe der Thomsonschen Schwingungsgleichung errechnet werden: 𝑓= 1 2𝜋 𝐿𝐶 =100 MHz  L und C müssen sehr klein sein

Betrachtung: Induktivität L 𝐿= 𝜇 0 ∗ 𝜇 𝑟 ∗ 𝑛 2 ∗ 𝐴 𝑙 𝜇 0 : Magnetische Feldkonstante 𝜇 𝑟 : Permeabilitätszahl  möglichst klein: Luft n : Windungszahl  möglichst klein: nahe Null A : Spulenfläche l : Länge der Spule  kleine Fläche aber große Länge Medium 𝜇 𝑟 (ca.) Supraleiter Vakuum 1 Luft 1 + 4* 10 −7 Eisen 300 – 10.000 Nanokristalline Metalle 20.000 – 150.000

Betrachtung: Kapazität C 𝐶= 𝜀 0 ∗ 𝜀 𝑟 ∗ 𝐴 𝑑 𝜀 0 : Elektrische Feldkonstante 𝜀 𝑟 : relative Permittivität  Luft A : die Elektrodenfläche (Größe der Kondensatorplatten) d : Abstand zwischen den Kondensatorplatten  möglichst kleine Fläche aber großer Abstand

→ E → B

Dipol Zusammenfassung Dipol Quelle: http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/wellen/em_wellen/dipol.htm

Ausbreitung, aber warum? Erinnerung an Versuch: Leiterbewegung in B-Feld: Induktionsspannung elektrisches Feld Änderung E-Feld: Entstehung eines B-Felds Änderung B-Feld: Entstehung eines E-Felds …

Ausbreitung als Wellenzeichnung

Animation linear Animation Seitlich einfach Animation seitlich

Nahfeld und Fernfeld bei kleinem λ ab ca. 2λ Nur bei angeschalteter Quelle vorhanden Störungen können Quelle beeinflussen Phasenverschiebung von Δ𝜑= 𝜋 2 bei kleinem λ ab ca. 2λ Bei großem 𝜆 ab ca. 2𝐿 λ L: Dipollänge Breitet sich immer weiter aus Weniger Energie in der Strahlung, aber Quelle unbeeinflusst

Meißner-Schaltung Schwingkreis mit bestimmter Frequenz mit Rückkopplung Schwingkreis mit C2 und L2 (TR12) Durch TR11 wird die Dämpfung ausgeglichen  Phasenverschiebung von TR11 zu TR12

Geschichte

Verwendung Wird nicht oft verwendet, da aufwändig Alternativen: Hartley- und Colpitts-Schaltung Hartley-Schaltung:

Realitätsbezug Senderöhre

Noch Fragen? Danke