Sexl Physik 7, Schulbuch

Untersuche, überlege, forsche: λ /2 - Dipol 38.1 W 1 Die Schwingungsvorgänge in der Antenne entsprechen den Saitenschwin- gungen, die wir in der Mechanik kennengelernt haben. Vergleiche die beiden Schwingungsvorgänge und beschreibe ihre Analogien mit den jeweiligen Fachbe- griffen. 4.2 Entstehung elektromagnetischer Wellen Wie verursachen die im Dipol schwingenden Ladungen und ihre Felder die Ab- strahlung elektromagnetischer Wellen? Regt man in einem offenen Schwingkreis (Dipol) elektromagnetische Schwingun- gen an, so entstehen elektrische und magnetische Felder, die sich ständig ändern. Diese Feldänderungen breiten sich wie „Schockwellen“ mit Lichtgeschwindigkeit im Raum aus. Beschleunigte Ladungen erzeugen vom Dipol abgelöste elektroma- gnetische Wellen. Ihre Entstehung erklärt sich über die Veränderung des elektri- schen Feldes, die zu einem veränderlichen Magnetfeld führt. Veränderliche Ma- gnetfelder rufen wiederum veränderliche elektrische Felder hervor usw. Vom Dipol löst sich eine Kette elektrischer und magnetischer Felder und breitet sich im Raum aus. Die Felder sind auch dann noch vorhanden und breiten sich wei- terhin aus, wenn der Sender schon lange abgeschaltet wurde. Im Bereich einer „Schockwelle“ ist die Dichte der Feldlinien besonders hoch, also die Feldstärke groß. 38.2 zeigt, dass die elektrischen Feldlinien am dichtesten in der Richtung senkrecht zum Dipol liegen und der elektrische Feldvektor senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle steht. Elektromagnetische Wellen sind daher Transversalwellen, welche sich ohne Medium im Raum ausbreiten können. (Dies gilt genau genommen nur für das so genannte „Fernfeld“, also nicht in der unmit- telbaren Nähe des Dipols.) Damit kann auch erklärt werden, warum Dipole vorwiegend senkrecht zur Dipol- achse abstrahlen: Das mit Lichtgeschwindigkeit nach außen laufende veränderli- che elektrische Feld ist nach dem zweiten Maxwell’schen Feldgesetz (s. S. 37) von veränderlichen magnetischen Feldlinien umgeben. Sie stehen senkrecht zum elekt- rischen Feld und zur Ausbreitungsrichtung. Beschleunigte Ladungen erzeugen veränderliche elektromagnetische Felder, die sich wie Wellen mit Lichtgeschwindigkeit im Raum ausbreiten. H EINRICH H ERTZ ( 38.3 ) hatte sich das Ziel gesetzt, die von Maxwell vorhergesag- ten elektromagnetischen Wellen zu finden und konnte mit seinen Versuchen die wesentlichen Eigenschaften transversaler Wellen nachweisen: Reflexion , Polari- sation und Beugung . Heute kann man die Hertz’schen Experimente mit einem kleinen Sender wiederho- len, bei dem ein λ /2 -Dipol Wellen mit einer Länge von 3 cm (Mikrowellen) aussen- det. Es kann gezeigt werden, dass ein λ /2 -Dipol Wellen aussendet, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und auch andere Eigenschaften aufweisen, die wir von Lichtwellen kennen: Reflexion, Interferenz, Beugung und Polarisation. Die Übereinstimmung der Eigenschaften elektromagnetischer Wellen mit denjenigen des Lichtes legt die Vermutung nahe: Da Licht das Verhalten von elektromagnetische Wellen zeigt, liegt nahe, dass auch Licht eine elektromagnetische Welle ist. Die Resultate von M AXWELL und H ERTZ ermöglichen somit die Aufstellung einer elektromagnetischen Lichttheorie, welche zwei zuvor völlig getrennt erscheinende Gebiete der Physik, nämlich Elektrizitätslehre und Optik, vereint. Alle optischen Erscheinungen lassen sich aus den Maxwell’schen Feldgesetzen erklären (S. 39). E B  38.1 Schwingende Elektronen in einem Dipol (Sendeantenne) rufen eine elektro- magnetische Welle hervor. Hier sind die beiden Felder nicht durch Feldlinien dargestellt, sondern durch Pfeile, welche die Feldstärke in verschiedenen Punkten angeben. 38.2 Durch schwingende Ladungen erzeug- te elektrische und magnetische Felder lösen sich vom Dipol ab. Beschleunigte Ladungen erzeugen veränderliche elektromagnetische Felder, die sich wie Wellen mit Lichtgeschwin- digkeit im Raum ausbreiten. 38.3 H EINRICH H ERTZ (1857–1894) studierte Physik bei Hermann von Helmholtz in Berlin. Als Professor an der Universität Karlsruhe ge- lang ihm im Jahr 1886 der experimentelle Nachweis der von Maxwell vorhergesagten elektromagnetischen Wellen. 38 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv