Sexl Physik 7, Schulbuch

p-Leiter (Elektronenmangelleiter): Wird Silicium mit einem dreiwertigen Element wie Bor dotiert, wird für die B-Si- Bindung ein zusätzliches Elektron gebraucht, das einer Si- Si-Bindung entstammt, an der ein Elektronenloch entsteht. Elektronenlöcher wandern bei angelegter Spannung wie positive Ladungen und erhöhen die Leitfähigkeit. Die Kombination von n- und p-Leitern ermöglicht vielfältige nützliche Bauelemente. Halbleiterdioden lassen Strom nur in einer Richtung durch (Durchlassrichtung), bei anderer Polung sperren sie (Sperr- richtung). Sie wirken wie elektrische Ventile. Transistoren werden als Schalter und Verstärker einge- setzt. Optoelektronische Bauelemente: Leuchtdiode, Fotodiode, Fotowiderstand, Solarzelle, CCD. Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Der Frequenzbereich elektromagnetischer Wellen reicht von wenigen Hertz (extreme Langwellen) über Radiowellen (MHz) und sichtbares Licht ( 1 014 Hz ) bis zur Röntgen- und Gammastrahlung (über 1 019 Hz ). Geschlossener Schwingkreis: In einem Schwingkreis aus Kondensator und Spule können Ladungen harmonisch schwingen. Dabei ändern sich die Spannung am Kondensa- tor und der Strom durch die Spule mit der Schwingungsfre- quenz: f = ω _ 2 π = 1 __ 2 π 9 _ LC . Der Energieverlust (Dämpfung) durch Ohm’sche Verluste und Abstrahlung muss durch Energiezufuhr mittels Rück- kopplung ausgeglichen werden. Hochfrequente Schwingun- gen erhält man durch Verkleinerung von L und C . Eine Dipolantenne ( λ /2-Antenne, Dipol) besteht nur aus ei- nem leitenden Stab (Länge l ). In der Antenne können ste- hende elektrische Wellen schwingen. Die Grundschwingung hat die Wellenlänge λ = 2 l und die Eigenfrequenz f = c /( 2 l ). Dipolschwingungen: Durch induktive Kopplung mit einem Schwingkreis passender Frequenz werden im Dipol La- dungsschwingungen angeregt, in der Umgebung des Dipols entstehen veränderliche elektrische und magnetische Fel- der . Die Felder breiten sich als elektromagnetische Wellen aus, deren Wellenlänge die doppelte Antennenlänge beträgt. Beschleunigte (und abgebremste) Ladungen sind die Ursache elektromagnetischer Wellen. Die Abstrahlung erfolgt radial symmetrisch um die Anten- nenachse, am stärksten senkrecht zum Dipol, keine Ab- strahlung erfolgt in Richtung der Antennenachse. Die elektrische Feldstärke schwingt in einer Ebene durch die Dipolachse. Elektrische und magnetische Feldstärke stehen senkrecht zu einander und zur Ausbreitungsrich- tung: Elektromagnetische Wellen sind transversal polari- siert . Alle elektromagnetischen Wellen breiten sich im Vakuum mit der Lichtgeschwindigkeit c ≈ 300 000 km/s aus. Elektromagnetische Wellen zeigen die vom sichtbaren Licht bekannten Erscheinungen: Reflexion, Beugung, Interfe- renz, Polarisation . Praktische Nutzung elektromagnetischer Wellen: In der Nachrichtentechnik werden hochfrequente Wellen entsprechend der zu übertragenden Information moduliert ( AM , FM ). Im Empfänger wird durch abstimmbare Schwingkreise die gewünschte Trägerwelle ausgewählt und das niederfrequente Signal vom hochfrequenten Träger ge- trennt. Mobilfunknetze (UMTS, GSM) nutzen Dezimeterwellen, sie sind räumlich in Zellen organisiert und versorgen gleichzei- tig mehrere Teilnehmer. Mikrowellengeneratoren erzeugen Dezimeterwellen, die z. B. zur Erwärmung von Speisen in Mikrowellenherden und in der Medizin zur Kurz- und Mikrowellentherapie dienen. Die UV - Strahlung (Sonne, Solarien) bewirkt durch chemi- sche Prozesse eine Pigmentierung der Haut, kann aber Hautkrebs hervorrufen. Durch Abbremsung energiereicher Elektronen im elektri- schen Feld der Atomkerne der Anode einer Röntgenröhre entsteht Bremsstrahlung ( Röntgenstrahlung ). 52 Nur z Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv