Big Bang HTL 3, Schulbuch

66 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) Grundlagen der elektromagnetischen Wellen 7 Im Jahre 1856 entdeckte der geniale Physiker J AMES C LERK M AXWELL auf theoretischem Weg, dass sichtbares Licht eine Welle aus elektrischen und magnetischen Feldern ist, also eine elektromagnetische Welle (EM-Welle). Zu seiner Zeit waren nur sichtba- res, infrarotes und ultraviolettes Licht als EM-Wellen bekannt. Heute kennen wir ein breites Spektrum, das viele viele Größen- ordnungen umfasst (Abb. 7.3), von Wechselstrom bis zur kosmischen Strahlung. Der einzige Unterschied zwischen den Wellen- typen liegt in der Wellenlänge. Sichtbares Licht, das nur einen Bruchteil des Spektrums ausmacht, ist also so gesehen nichts Besonderes. EM-Wellen beeinflussen dein Leben in unglaublicher Weise. Direkt bemerken kannst du nur das sichtbare Licht und die Wärmestrahlung. Aber dein Leben wäre ohne EM-Wellen nicht vorstellbar, denn bei Radio, Fernsehen, WLAN und vor allem beim Handy werden diese benützt. Auch Mikrowellenherd, Fernbedienung, Röntgenaufnahmen, Solarium, Flugüberwa- chung oder Radarkontrolle im Straßenverkehr funktionieren mit Hilfe von EM-Wellen. Du bist von einem elektromagnetischen Wellensalat umgeben. 7.1 Sehr geknickte Feldlinien Entstehung von EM-Wellen Es gibt ein grundlegendes Prinzip zur Entstehung von EM-Wellen, egal ob es sich dabei um natürliche oder künstliche Quellen handelt. Das sehen wir uns hier einmal genauer an! Eine Welle entsteht durch die Ausbreitung einer Störung. Was ist damit gemeint? Kannst du Beispiele angeben? Schau nach in Kap. 12.1, NAWI 1. Welches Feld erzeugt eine ruhende elektrische Ladung? Welches Feld erzeugt eine gleichförmig bewegte elektrische Ladung? Lies ab S. 32 in Kap. 4.1 und ab S. 44 in Kap. 5.1 nach. Welches Feld erzeugt eine beschleunigte elektrische Ladung? Mit welcher Geschwindigkeit kann sich Information maximal ausbreiten? In Science-Fiction- oder Agentenfilmen werden die elektronischen Geräte der Gegner oft mit einem EMP unschädlich gemacht (Abb. 7.1). Was ist ein EMP? Was versteht man unter elektrischer Feldstärke E und magnetischer Induktion B ? Lies nach in Kap. 4.3 (S. 37) und Kap. 5.2 (S. 46)! Was versteht man unter elektro- magnetischer Induktion? Lies in Kap. 5.4 und Kap. 5.5 ab S. 49 nach! F1 A1 F2 A2 F3 A2 F4 A2 Abb. 7.1: Die bösartigen Roboter-Kalmare aus „Matrix“ können durch ein EMP k.o. gesetzt werden. F5 A1 Es geht zunächst einmal darum, dass du das allgemeine Prinzip zur Entstehung von EM-Wellen verstehst. Dazu schauen wir uns zuerst an, was man überhaupt unter einer Welle versteht. Es heißt, dass sie die Ausbreitung einer Stö- rung ist ( F1 ). Um das zu verstehen, sehen wir uns zwei konkrete Beispiele an. Wenn etwas in eine Flüssigkeit fällt, wird die nach unten ge- drückt. Weil sie sich praktisch nicht zusammendrücken lässt, muss sie zur Seite ausweichen. Dadurch entsteht eine Kreis- welle, die sich von der Einschlagstelle entfernt. Die Flüssig- keitswelle wurde also durch eine Störung der Oberfläche verursacht (Abb. 7.2). Im Inneren eines Blitzes kann es 30.000 °C heiß werden! Die heiße Luft dehnt sich extrem schnell aus und wird nach außen hin zusammengedrückt. Diese Störung der Dichte er- zeugt eine Schallwelle, die du als Donner hörst. Das waren nur zwei Beispiele, aber ähnliche Überlegungen kann man für alle Formen von Wellen anstellen. Man kann daher allgemein und etwas unromantisch formulieren: Eine Welle ist die Ausbreitung einer Störung. Abb. 7.2: Flüssigkeitswelle und Donner werden, wie alle Wellen, durch eine Störung verursacht. Was muss man stören, um eine elektromagnetische Welle auszulösen? Ein elektrisches Feld! Um das zu verstehen, sehen wir uns eine zunächst ruhende elektrische Ladung an (Abb. 7.7 a, S. 68). Die Feldlinien zeigen radial nach außen und geben Information über den Ort der Ladung. Y ZC D Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv