Sexl Physik 7, Schulbuch

| 102 Frequenz (Hz) 10 22 10 20 10 18 10 16 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 0 sichtbares Licht Gammastrahlung Röntgenstrahlung Ultraviolett- strahlung Infrarotstrahlung kurze Radiowellen Mikrowellen Fernsehen, FM Radio AM Radio lange Radiowellen Quelle Radioaktivität UV Bisher wurden in diesem Buch elektrische und magnetische Felder behandelt, welche mit Ladungen und Strömen eng verbunden sind. Ruhende Ladungen erzeu- gen elektrische Felder, und durch die Bewegung von Ladungen (Ströme) entstehen Magnetfelder. Die Frage ist, ob diese Felder auch ein Eigenleben entwickeln und sich unabhängig von den Ladungen ausbreiten können. M ichael f araday vermutete die Existenz von Schwingungen der Feldlinien, die sich in Wellenform im gesam- ten Raum ausbreiten sollten. Die mathematische Formulierung der Faraday’schen Ideen gelang dem englischen Physiker J aMeS c lerk M axwell 1856. Er stellte die Grundgleichungen zur Beschreibung elektrischer und magnetischer Felder auf. Aus diesen so genannten Maxwell’schen Feldgleichungen (siehe Seite 107) folgt, dass oszillierende elektrische Ladungen periodisch veränderliche elektrische und magnetische Felder hervorrufen. Diese elektromagnetischen Wellen lösen sich von der Ladung los und bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum. Die experimentelle Überprüfung dieser Vorhersage der Maxwell’schen Theorie erwies sich als schwierig. Erst im Jahre 1886 gelang es h einrich h ertz elektro- magnetische Wellen zu erzeugen und ihre Eigenschaften zu untersuchen. Die Er- gebnisse von Maxwell und Hertz legten die Hypothese nahe, dass auch Licht eine elektromagnetische Welle ist. Die elektromagnetische Lichttheorie wurde in der Folge durch zahlreiche Experimente bestätigt und führte zur Vereinigung von Elektrizitätslehre und Optik. Darüber hinaus wurde damals der Grundstein zur Entwicklung des modernen Nachrichtenwesens gelegt. Bereits 1899 konnte G uGlielMo M arconi auf Grund der Hertz’schen Entdeckungen den Ärmelkanal zwischen England und Frankreich mit Funksignalen überbrücken, und am 12. Dezember 1901 fand die erste Nachrichten- übertragung über den Atlantik statt. Damit begann der unaufhaltsame Siegeszug der drahtlosen Telegrafie, des Radios und des Fernsehens; heute ist eine Kommuni- kation ohne Handys und (mobiles) Internet kaum mehr vorstellbar. Untersuche, überlege, forsche: Nachrichtenübertragung 102.1 Die Übertragung von Nachrichten über weitere Strecken war historisch gesehen immer schon ein Anliegen der Menschen. Überlege und diskutiere in der Klasse, warum dies so war bzw. immer noch ist. Sammelt Informationen über die geschichtliche Ent- wicklung der Nachrichtenübertragung, nehmt einen für euch interessanten Teil davon heraus und bereitet eine kurze Präsentation vor. Die Darstellung des elektromagnetischen Spektrums ( 102.1 und 119.1 ) zeigt zahlreiche natürliche Quellen für elektromagnetische Wellen, so z. B. die γ -Strahlung bei Radioaktivität oder das Sonnenlicht. Bei technischen Anwendun- gen von elektromagnetischen Wellen wie z. B. beim Betrieb von Handys oder Mik- rowellenherden ist man auf die künstliche Erzeugung angewiesen. 5 102.1 „Wir leben in einem Wellensalat“ – Die Abbildung (siehe auch Abb. 119.1) zeigt das Spektrum elektromagnetischer Wellen und ihre Frequenzen. Wo kommen in unserem Alltag elektromagnetische Wellen vor? Wie werden elektromagnetische Wellen erzeugt? Sind sie gefährlich? 102.2 J aMes c leRk M axwell (1831–1879) stu- dierte in seiner Heimatstadt Edinburgh und in Cambridge Mathematik und Physik. Im Alter von 25 Jahren stellte er die Grundgleichungen des Elektromagnetismus auf, wobei er Ideen Faradays mathematisch ausarbeitete und erweiterte. Elektromagnetische Schwingungen und Wellen In diesem Kapitel erfährst du − was Röntgenstrahlen, Radiowellen und Licht gemeinsam haben und warum man sie als elektromagnetische Wellen bezeichnet, − wie man die Energie elektromagnetischer Wellen ausnützt (z. B. beim Mikrowellenherd, im Solarium, …), − wie man mit elektromagnetischen Wellen Informationen überträgt (Radio, Fernsehen, Handy, …), − etwas über mögliche, gewollte und ungewollte biologische Wirkung elekt- romagnetischer Wellen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv