Big Bang 7, Schulbuch

16 RG 7.1 G 7.1 Kompetenzbereich Elektromagnetische Wellen Wo ist aber nun der magnetische Anteil der Welle? Und hier kommt J AMES C LERK M AXWELL (Abb. 28.5, S. 15) ins Spiel. Maxwell konnte 1856 auf rechnerischem Weg Folgendes zeigen: Ein veränderliches elektrisches Feld erzeugt ein magnetisches Feld, und ein veränderliches magnetisches Feld erzeugt ein elektrisches Feld. Kurz kann man also sagen: Veränderliche elektrische und magnetische Felder erzeugen einander gegenseitig. Sie sind untrennbar mit- einander verbunden und bilden gemeinsam eine elektro- magnetische Welle. Das erklärt, warum der vorbeilaufende Knick des elektrischen Feldes (Abb. 28.4, S. 15) auch eine magnetische Komponente besitzt. An dem Ort, an dem die elektrische Schockwelle gerade vorbeistreicht, ändert sich das elektrische Feld und erzeugt somit auch ein magneti- sches (Abb. 28.9). Die in Abb. 28.4 dargestellte Welle ist ein elektromagneti- scher Puls, weil die Ladung nur einmal kurz beschleunigt wird. Das ist vergleichbar mit einem Donner oder einem Knall. Damit eine kontinuierliche EM-Welle mit immer wie- derkehrenden Bergen und Tälern entsteht – das würde beim Schall einem Dauerton entsprechen, braucht man einen sich ständig wiederholenden Vorgang, bei dem die Ladung zu jedem Zeitpunkt beschleunigt wird. Künstlich kann man das zum Beispiel in einem Schwingkreis (Kap. 28.3, S. 18) oder in einem Magnetron (Kap. 30.2, S. 29) im Mikrowellenherd er- zeugen. Info: EMP EMP Ein elektromagnetischer Puls (EMP) ist eine pulsartig auf- tretende, starke elektromagnetische Welle ( F4 ). Er tritt zum Beispiel bei einer Atombombenexplosion auf, bei der Gammastrahlung entsteht. Diese hochenergetischen Photo- nen (siehe Kap. 33.3, S. 57) stoßen mit den Elektronen der Luftmoleküle zusammen und beschleunigen diese stoß- artig. Dadurch entsteht eine Schockwelle wie in Abb. 28.4 (S. 15). Aufgrund der hohen Intensität ist ein EMP in der Lage, in Leitern extrem hohe Spannungen zu induzieren. Besonders betroffen sind empfindliche Bauteile wie Computer-Chips, aber auch Strom- und Telefonnetz, Radio- und Fernsehsen- der. Daher könnte man mit einem EMP ein ziemliches Chaos auslösen. Besonders stark ist der Effekt, wenn die Zündung der A-Bombe in der Luft erfolgt (Abb. 28.8). i Abb. 28.8: 1962 wurde 400 km über Hawaii eine Atombombe gezündet, die wegen der Ionisierung der Luft nordlichtartige Erscheinungen aus- löste. In Honolulu brannten Sicherungen durch und Alarm- anlagen gingen an. Abb. 28.9: a) Eine Störung des elektrischen Feldes läuft an dir vorbei. Es ist ein Ausschnitt aus Abb. 28.4 c mit mehr eingezeichneten Feldlinien. b) Eine andere, üblichere Darstellung: Beim Vorbei- laufen des Knicks entsteht ein veränderliches elektrisches Feld, das wiederum ein magnetisches Feld erzeugt. Die beiden Felder stehen normal zueinander. Zusammenfassung Eine elektromagnetische Welle ist die Ausbreitung einer Störung des elektromagnetischen Feldes. Diese Störung wird durch das Beschleunigen einer Ladung ausgelöst. 28.2 Höchstgeschwindigkeit im Universum Wichtige Eigenschaften von EM-Wellen Alle elektromagnetischen Wellen, egal ob sichtbares Licht, Radiowellen oder Röntgenstrahlen, weisen ein paar ganz bestimmte Eigenschaften auf. Z Welche Teilbereiche der Physik wurden mit den Entdeckungen von Ø RSTED (Kap. 26.1., „Big Bang 6“) und F ARADAY (Kap. 26.4f., „Big Bang 6“) verschmolzen? Und welche Teilbereiche wurden durch die Entdeckung M AXWELLS verschmolzen? Wie kam M AXWELL auf die Idee, dass auch Licht eine EM-Welle ist? Welches Indiz hatte er dafür? Schlage bei den Werten für die elektrische Feldkon- stante ε 0 (Kap. 25.3, „Big Bang 6“) und für die magneti- sche Feldkonstante µ 0 (Kap. 26.3, „Big Bang 6“) nach und berechne dann 1/ √ ____ ε 0 · µ 0 . Kommt dir diese Zahl bekannt vor, und welche Einheit hat sie? Es gibt keine Wasserwellen ohne Wasser, keine Schallwellen im Vakuum, keine Erdbeben ohne Erde und keine Dauerwelle ohne Haare. Daher gibt es auch keine Lichtwelle ohne …, was denn eigentlich? Was versteht man unter Longitudinal- und Trans- versalwellen? In welchen Medien können sich diese Wellen ausbreiten? Und was ist Licht für eine Welle? F6 W2 F7 E1 F8 W1 F9 E1 F10 E1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv