Sexl Physik 7, Schulbuch

In den folgenden Abschnitten wird beispielhaft auf die Übertragung großer Daten- mengen (Informationen) mit Hilfe elektromagnetischer Wellen eingegangen. Experiment: Nachweis elektromagnetischer Wellen 44.1 E 1 Verwende eine Sende- und Empfangsanlage wie sie in 43.4 schematisch dargestellt ist. Ein Lämpchen (1 V/0,01 A) in der Empfangsantenne zeigt die in der Antenne induzierten Ströme an. Verändere zuerst den Abstand zwischen Sender und Empfänger. Was passiert? Nimm nun ein ausgeschaltetes Handy und halte es neben den Empfangsdipol mit dem Lämpchen. Schalte das Handy ein und beob- achte die Lampe. Beschreibe und erkläre deine Beobachtungen. (Genauere Versuchsbeschreibung unter physikplus.oebv.at ) Rundfunk (Radio) Zur Übertragung von akustischen Signalen verwendet man üblicherweise elektro- magnetische Wellen mit Frequenzen, die im Bereich zwischen 100 kHz und 100 MHz liegen. Ein Hochfrequenzgenerator erzeugt diese Schwingungen, die einer auf Resonanz abgestimmten Sendeantenne zugeführt werden. Die Elektronen in der Antenne werden durch das Feld beschleunigt, und es entstehen hochfrequente Wechselströme. Diese verursachen ein elektromagnetisches Feld, das sich als elek- tromagnetische Welle im Raum ausbreitet. Zur Übertragung von Information mit einem Rundfunksender ist es notwendig, die gleichmäßige, hochfrequente elektromagnetische Welle, die der Sender abstrahlt, so zu beeinflussen, dass sie zum Träger der Information wird, d. h. die Trägerwelle wird moduliert . Dabei kann man entweder die Amplitude der Welle ( Amplituden- modulation = AM) oder die Frequenz des Senders ( Frequenzmodulation = FM) verändern (siehe 44.1 ). Beispielhaft wird im Folgenden die Amplitudenmodulati- on beschrieben. (Zur mathematischen Betrachtung von Informationsübertragung durch Rundfunk siehe auch physikplus.oebv.at ) Ein Schwingkreis erzeugt die hochfrequente Trägerwelle des Senders. Die nieder- frequente Wechselspannung, die man am Ausgang des Mikrofons erhält, moduliert diese Welle, d. h. die Amplitude der Hochfrequenzschwingung wird im Rhythmus der Tonsignale verändert. Diese „amplitudenmodulierte Schwingung“ wird nach entsprechender Verstärkung der Sendeantenne zugeführt und ausgestrahlt. In der Antenne des Empfängers bringt die einfallende elektromagnetische Welle Ladungen zum Schwingen, wobei die Programme vieler Rundfunksender zu diesen Schwingungen beitragen. Erst ein mit der Antenne gekoppelter geschlossener Schwingkreis wählt aus dem Gemisch die Hochfrequenzschwingung des ge- wünschten Senders aus. Dazu wird die Resonanzfrequenz des Empfangsschwing- kreises mit einem regelbaren Kondensator auf die Frequenz des gesuchten Senders eingestellt. Das Signal wird anschließend gleichgerichtet, verstärkt und zu einem Lautsprecher übertragen. Untersuche, überlege, forsche: Zeitinformation von Funkuhren 44.1 S 1 Funkuhren bekommen ihre Informationen über so genannte Zeitzeichensen- der, die wiederum an Atomuhren gekoppelt sind. Es werden dabei Radiowellen mit großer Reichweite eingesetzt. Sammle Informationen über Zeitzeichensender und erkläre, warum die verwendeten Antennen sehr groß sind. Fernsehen und Internet Die wichtigsten Medien unserer Zeit sind Fernsehen und Internet. Wie sehr sie un- ser Denken und Handeln beeinflussen, ist uns oft nicht bewusst und die volle Trag- weite des Umgangs mit diesen Medien ist noch kaum untersucht. Fernsehen ist die Übertragung von Bildern mit Hilfe elektromagnetischer Wellen. Dabei werden die mit einer Fernsehkamera aufgenommenen Bilder auf einem CCD- Sensor (siehe auch Kapitel Halbleiter) gespeichert. D. h. es werden optische Signale in elektrische umgewandelt. Diese werden verstärkt und von einem Sender in Form von elektromagnetischen Wellen abgestrahlt. Die Empfangsantenne wandelt diese Signale wieder in elektrische Signale um, die Umwandlung zurück in opti- sche Signale (Bilder) erfolgt im Fernsehgerät. 44.2 Radio hören war um 1930 ein gesellschaft- liches Ereignis. Eine ganze Familie horcht mit Kopfhörern, was dem Detektorradio zu ent- locken ist. 44.3 Bei Handys spielt die Pixeldichte eine große Rolle bei der Qualität der Displays. Die Bilder werden scharf abgebildet und das Display kann auch von der Seite gut betrachtet werden. Zeit t Sinusträger Tonfrequenzsignal Amplitudenmodulation (AM) Frequenzmodulation (FM) Zeit t Zeit t Zeit t 44.1 Amplituden- bzw. Frequenzmodulation einer hochfrequenten Trägerwelle mit einem niederfrequenten Signal. 44 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv