Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

104 ElektromagnetischeWellen 18 Mikrowellen (microwaves) Die Wellenlänge von Mikrowellen beträgt 10 –1 m bis 10 –3 m. Mikrowellen werden beispielsweise im Mikro- wellenherd zur Energieübertragung verwendet. Ein elektronischer Bauteil (Magnetron, Klystron) erzeugt die elektromagnetischen Wellen. Durch verschiedene Reflexionssysteme (Reflektor- flügel, „Wellenrührer“) erreicht man eine im Mittel gleichmäßige Bestrahlung des Garraumes. Dringen Mikrowellen in wasserhältige Substanzen ein, wird ihre Energie inWärme umgewandelt. Durch Resonanz von Wassermolekülen mit Mikrowellen ist diese Um- wandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie (Bewegungsenergie der Wassermoleküle) möglich. Die Verluste beim Erwärmen der Speisen sind gering, da sie sozusagen „von innen“ erwärmt werden. Der Anschlusswert (Leistung) von Mikrowellenherden be- trägt nur etwa 500W. Nach außen ist ein Mikrowellen- herd durch einen „Metallkäfig“ abgeschirmt, sodass die Mikrowellen nicht austreten können. Das Sicht- fenster ist als Lochplatte ausgeführt (Faradaykäfig). Sicherheitshinweise: Ein Mikrowellenherd darf nur mit geschlossener Tür betrieben werden. Das Gerät darf niemals leer, ohne Speisen, eingeschaltet werden, weil örtliche Erhitzung zur Zerstörung führen würde. 18.4.3 Radar (Radio Dedecting and Ranging) Radarwellen sind elektromagnetische Wellen mit ei- ner Wellenlänge von 10 –2  m (Zentimeterwellen). Sie werden beispielsweise zur Überwachung des Luft­ raumes, zur Bestimmung von Entfernungen und zur Bestimmung von Geschwindigkeiten benützt. A1 Gib die Größenordnung der Frequenz von Radar- wellen an! Bei der Luftraumüberwachung sendet ein Sender mit einem parabolischen Reflektor periodisch Radarwel- len in kurzen Sendezeiten (10 –2  s) aus. Flugobjekte reflektieren die Radarwellen, die darauf von der Sen- deantenne empfangen werden. Je nach Stellung der Radarantenne kann die Richtung des Flugobjektes bestimmt werden. Aus der Laufzeit des Radarsignals ergibt sich die Entfernung des Flugobjektes. A2 Wie weit kommt eine Radarwelle in 10 ‑2  s? Hinweis: Bei der Bestimmung der Richtung eines Flug­ objektes ist ein enger Radarstrahl Voraussetzung. We- gen der unvermeidlichen Beugung von Wellen muss die Ausdehnung eines Radarreflektors groß gegenüber der Wellenlänge der Radarwellen sein. Flughafen- oder Schiffs- radarantennen haben einen Durchmesser von 1 bis 10 m. DieRadarkontrollevonGeschwindigkeitenimStraßen­ verkehr basiert auf dem Dopplereffekt der von einem bewegten Objekt reflektierten Radarwellen. Diese weisen eine etwas geringere (größere) Frequenz als die Frequenz der vom ruhenden Sender ausgesen- deten Radarwellen auf, wenn sich das Fahrzeug ent- fernt (nähert). Die reflektierten Wellen ergeben durch Überlagerung mit den ausgesendeten Wellen eine Schwebung. Aus der Schwebungsfrequenz Iässt sich die Geschwindigkeit des Verkehrsteilnehmers sehr genau bestimmen. 18.4.4 Abb. 104.1 Prinzipaufbau eines Mikrowellenherdes Re ektor ügel Hohlleiter Klystron Kühlge- bläse Abb. 104.3 Flughafenradarantenne (1,3 GHz). Damit Flugobjekte im gesamten Luftraum um einen Flughafen überwacht werden können, dreht sich die Radarantenne einige Male pro Minute um eine vertikale Achse. Versuch Lichtgeschwindigkeit Man legt eine ausgepackte Tafel Schokolade in den Mikrowellenherd (ohne Drehteller). Danach lässt man den Herd ca. 40 Sekunden auf höchster Stufe laufen. An manchen Stellen ist die Schokolade stär- ker geschmolzen – diese haben eine Entfernung gleich der halben Wellenlänge der Mikrowellen- strahlung ( f = 2450 MHz, siehe Typenschild oder Ge- brauchsanweisung). Schätze aus den Ergebnissen der Messung die Lichtgeschwindigkeit c 0 = m  · f ab! BW6/S62 Abb. 104.2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv