Sexl Physik 7, Schulbuch

In unserem Gang durch die Elektrizitätslehre haben wir bisher elektrische und magnetische Felder kennengelernt, welche mit Ladungen und Strömen eng verbun- den sind. Ruhende Ladungen erzeugen elektrische Felder, und durch die Bewegung von Ladungen (Ströme) entstehen Magnetfelder. Können diese Felder auch ein Ei- genleben entwickeln und sich unabhängig von den Ladungen ausbreiten? M ICHAEL F ARADAY vermutete die Existenz von Schwingungen der Feldlinien, die sich in Wel- lenform im gesamten Raum ausbreiten sollten. Die mathematische Formulierung der Faraday’schen Ideen gelang dem englischen Physiker J AMES C LERK M AXWELL 1856 ( 35.2 ). Er stellte die Grundgleichungen zur Beschreibung elektrischer und magnetischer Felder auf. Aus diesen Maxwell’schen Feldgleichungen (s. S. 39) folgt, dass oszillierende elektrische Ladungen periodisch veränderliche elektrische und magnetische Felder hervorrufen. Diese Felder lösen sich als elektromagneti- sche Wellen von ihren Quellen los und breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit im Raum aus. Die experimentelle Überprüfung der Maxwell’schen Theorie erwies sich als schwierig. Erst im Jahre 1886 gelang es H EINRICH H ERTZ , elektromagnetische Wel- len zu erzeugen und ihre Eigenschaften zu untersuchen. Die Ergebnisse von Max- well und Hertz legten die Hypothese nahe, dass auch Licht eine elektromagneti- sche Welle ist. Die elektromagnetische Lichttheorie wurde in der Folge durch zahlreiche Experimente bestätigt und führte zur Vereinigung von Elektrizitätsleh- re und Optik in der Elektrodynamik. Darüber hinaus wurde dadurch der Grund- stein zur Entwicklung des modernen Nachrichtenwesens gelegt. Bereits 1899 konnte G UGLIELMO M ARCONI den Ärmelkanal zwischen England und Frankreich mit Funksignalen überbrücken, und schon 1901 fand die erste drahtlose Nachrichten- übertragung über den Atlantik statt. Damit begann der unaufhaltsame Siegeszug der drahtlosen Telegrafie, des Radios und des Fernsehens; heute ist Kommunikati- on ohne Handys und Internet kaum mehr vorstellbar. Untersuche, überlege, forsche: Nachrichtenübertragung 35.1 S 1 Die Übertragung von Nachrichten über weitere Strecken war immer schon ein Anliegen der Menschen. Sammelt Informationen über die geschichtliche Entwick- lung der Nachrichtenübertragung, nehmt einen für euch interessanten Teil davon heraus und bereitet eine kurze Präsentation vor. Die Darstellung des elektromagnetischen Spektrums ( 35.1 und 49.1 ) zeigt zahlreiche natürliche Quellen für elektromagnetische Wellen, so z. B. die γ -Strah- lung bei Radioaktivität oder das Sonnenlicht. Bei technischen Anwendungen von elektromagnetischen Wellen wie z. B. beim Betrieb von Handys oder Mikrowellen- herden ist man auf deren künstliche Erzeugung angewiesen. 35.1 „Wir leben in einem Wellensalat“ – Die Abbildung (siehe auch 49.1 ) zeigt das Spek- trum elektromagnetischer Wellen und ihre Fre- quenzen. ? Wo kommen in unserem Alltag elektromagnetische Wellen vor? Wie werden elektromagnetische Wellen erzeugt? Sind sie gefährlich? 35.2 J AMES C LERK M AXWELL (1831–1879) stu- dierte in seiner Heimatstadt Edinburgh und in Cambridge Mathematik und Physik. Im Alter von 25 Jahren stellte er die Grundgleichungen des Elektromagnetismus auf, wobei er Ideen Faradays mathematisch ausarbeitete und er- weiterte. 35 | ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN 4 Elektromagnetische Schwingungen und Wellen In diesem Kapitel erfährst du − was Röntgenstrahlen, Radiowellen und Licht gemeinsam haben und warum man sie als elektromagnetische Wellen bezeichnet, − wie man die Energie elektromagnetischer Wellen nützt, − wie man mit elektromagnetischen Wellen Informationen überträgt, − etwas über mögliche, gewollte und ungewollte biologische Wirkung elektromagnetischer Wellen. Frequenz (Hz) 10 22 10 20 10 18 10 16 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 0 sichtbares Licht Gammastrahlung Röntgenstrahlung Ultraviolett- strahlung Infrarotstrahlung kurze Radiowellen Mikrowellen Fernsehen, FM Radio AM Radio lange Radiowellen Quelle Rundfunkwellen 10-30 MHz & 50-90 MHz ELF 3- 3000 Hz Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv