Big Bang 7, Schulbuch

4ix5sc 14 RG 7.1 G 7.1 Kompetenzbereich Elektromagnetische Wellen Grundlagen der elektromagnetischen Wellen 28 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 sichtbares, infrarotes und ultraviolettes Licht als EM-Wellen bekannt. Heute kennen wir ein breites Spektrum, das viele, viele Größenordnungen umfasst (Abb. 28.3), von Wechselstrom bis zur kosmischen Strahlung. Der einzige Unterschied zwischen den Wellentypen 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 Kommunikation durch EM-Wellen nicht vorstellbar, denn bei Radio, Fernsehen, WLAN und vor allem dem Handy werden diese benützt. Auch Mikrowellenherd, Fernbedienung, Röntgenaufnahmen, Solarium, Flugüberwachung oder Radarkontrolle im Straßenverkehr funktionieren mit Hilfe von EM-Wellen. Du bist von einem elektromagnetischen Wellensalat umgeben. 28.1 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 künst- liche Quellen handelt. Eine Welle entsteht durch die Ausbreitung einer Störung. Was ist damit gemeint? Kannst du Beispiele angeben? Welches Feld erzeugt eine ruhende elektrische Ladung? Welches Feld erzeugt eine gleichförmig bewegte elektrische Ladung? Welches Feld erzeugt eine beschleunigte elektrische Ladung? Mit welcher Geschwindigkeit kann sich Information maximal ausbreiten? Schau nach in Kap. 36.3 (S. 91)! In Science-Fiction- oder Agentenfilmen werden die elektronischen Geräte der Gegner oft mit einem EMP unschädlich gemacht (Abb. 28.1). Was ist ein EMP? Was versteht man unter elektrischer Feldstärke E und magnetischer Induktion B ? Lies in Kap. 25.3 und 26.2 („Big Bang 6“) nach! Was versteht man unter elektro- magnetischer Induktion? Lies ab Kap. 26.4 („Big Bang 6“) nach! F1 W1 F2 W1 F3 W1 F4 W2 F5 W1 Abb. 28.1: Die bösartigen Roboter-Kalmare aus dem SciFi-Film „Matrix“ können durch ein EMP k.o. gesetzt werden. 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 diese die Ausbreitung einer Störung ist ( F1 ). Um das zu verstehen, sehen wir uns zwei konkrete Beispiele an. Wenn etwas in eine Flüssigkeit fällt, wird diese nach unten gedrückt. Weil sie sich aber nicht komprimieren lässt, muss sie auf die 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. 28.2). 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 erzeugt 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. 28.2: 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. 28.4 a). Die Feldlinien zeigen radial nach außen und geben Information darüber, wo sich die Ladung befindet. Nu zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv