Big Bang 7, Schulbuch

18 RG 7.1 G 7.1 Kompetenzbereich Elektromagnetische Wellen Man kann daher auch sagen, dass Licht kein Medium braucht, weil es quasi als Teilchen durch den leeren Raum fliegen kann. Zusammenfassung Durch Maxwells Gleichungen wurde die Optik ein Teilgebiet des Elektromagnetismus. EM-Wellen breiten sich generell mit Lichtgeschwindigkeit aus, und sie benötigen dazu kein Medi- um. Das verstand man aber erst durch Einsteins Arbeiten. 28.3 Ladungsschaukel Der Schwingkreis Eine sehr gängige Methode zum Erzeugen von EM-Wellen ist die mit Hilfe eines Schwingkreises. Diese Technik wird etwa bei Radio, Fernsehen oder Handy eingesetzt, ist also allgegenwärtig. Um eine kontinuierliche EM-Welle zu erzeugen, braucht man einen sich ständig wiederholenden Vorgang, bei dem Ladungen zu jedem Zeitpunkt beschleunigt werden (Kap. 28.1, S. 15). Das ist beim Schwingkreis der Fall. Er ist die Grundlage jeder Funkübertragung, etwa bei Radio, Fernse- hen oder Handy. Im Wesentlichen besteht ein Schwingkreis aus einem Kondensator und einer Spule (Abb. 28.15), die die Ladungen zum Schwingen bringen. Wie geht das? Z Wie ist der Widerstand von Spule und Kondensator definiert? Schau nach in Kap. 27.2, S. 9! Bei jedem Radio kann man auf irgendeine Art den Sender einstellen (Abb. 28.14). Was bedeutet aber „den Sender einstellen“ technisch gesehen? Was versteht man unter gedämpften, ungedämpften und harmonischen Schwingungen? Was versteht man unter Resonanz? Kannst du Beispiele dafür angeben? Wie funktioniert eine Pendeluhr, und was versteht man dabei unter Rückkopplung? Ö3 wird im Raum Wien auf der Frequenz von 99,9MHz gesendet. Was ist damit gemeint? F11 W1 F12 E1 Abb. 28.14: Mit dem rechten Knopf lässt sich der Sender ein- stellen. Was passiert dabei? F13 W1 F14 W1 Abb. 28.15: In einem Schwingkreis kommt es zu einem ständigen Umladen des Kondensators. Zunächst muss der Kondensator durch eine Spannungs- quelle aufgeladen werden (Abb. 28.15 a). Und dann geht es los. Der Kondensator entlädt sich. Durch den Stromfluss baut sich in der Spule ein Magnetfeld auf (b). Wenn der Kondensator entladen ist, bricht das Magnetfeld zusam- men. Dadurch kommt es in der Spule zur Selbstinduktion , die den Stromfluss noch etwas aufrechterhält, wodurch sich der Kondensator gegengleich auflädt (c). Und dann läuft alles wieder retour (d + a), und fängt von neuem an. Die Ladungen schwingen als Wech- selstrom hin und her. Es handelt sich also um Wechselstrom , dessen Frequenz von Spule und Kondensa- tor abhängt. Bei der Übertragung von Ö3 wird eine Frequenz von rund 100MHz verwendet, das entspricht 100Millionen Schwingungen pro Sekunde ( F14 ). Das ist 2 Millionen Mal schneller als der Wechselstrom im Netz!!! Wenn du den Sender eines Radios einstellst, dann machst du nichts anderes, als die Kapazität des Kondensators und somit die Resonanzfrequenz des Schwingkreises zu verändern ( F12 ). Info: Schwingkreisfrequenz Aber nicht nur die Ladungen schwingen, sondern auch die Ener- gie. Einmal befindet sich diese im elektrischen Feld (Abb. 28.16 a und c), einmal im magnetischen (b und d). Ähnlich ist es bei einem schwin- genden Pendel oder einer Schaukel. Dabei wandeln sich potenzielle und kinetische Energie ineinander um. Wenn du eine Schaukel nur einmal anstupst, dann wird sie bald aus- pendeln, weil immer eine gewisse Menge an Energie in Form von Wärme verloren geht. Dadurch entsteht eine gedämpfte Schwingung (Abb. 28.17; F13 ). Abb. 28.16: Energieum- wandlungen bei Schwingkreis und Fadenpendel Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv