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13. Elektromagnetische Wellen
13. Elektromagnetische Wellen
13.1 Erzeugung elektromagnetischer Wellen13.2 Eigenschaften elektromagnetischer Wellen13.3 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen13.4 Reflexion und Brechung13.5 Interferenz und Beugung
13. Elektromagnetische Wellen
Oszillierender Dipolerzeugt elektrischeund magnetische Felder.
13.1 Erzeugung elektromagnetischer Wellen
13. Elektromagnetische Wellen
Elektrische Dipolantenne mit Wechselstrom gespeist
Das elektrische Feld entfernt sich mit Lichtgeschwindigkeit.
13. Elektromagnetische Wellen
E und B sind senkrecht zueinander E und B sind phasengleich (harmonische Wellen)
Wellenfunktion (z.B.):
Elektromagnetische Wellen sind transversal.
13.2 Eigenschaften elektromagnetischer Wellen
13. Elektromagnetische Wellen
Elektrische Dipolantenne für den Empfangelektromagnetischer Strahlung
Das Wechsel-E-Feld erzeugt Wechselstrom in der Antenne.
13. Elektromagnetische Wellen
Ringantenne für den Empfang elektromagnetischer Strahlung
Wechsel-B-Feld führt zu einem sich ändernden Fluss ΦB
induzierter Wechselstrom im Ring
13. Elektromagnetische Wellen
Antennen eines Kreuzschiffs
Beide Arten der Antennenwerden genutzt.
13. Elektromagnetische Wellen
13.1 Das elektromagnetische Spektrum
- Radiowellen (AM: 550 – 1600 kHz, FM: 88 – 108 MHz):makroskopische Ströme oszillieren in Antennen
- Mikrowellen (109 – 1011) Hz: elektronische Schaltkreise
- Infrarotstrahlung (1011 – 1014) Hz: heiße Körper
- Ultraviolette Strahlung (1014 – 1017) Hz: angeregte Atome
- Lichtwellen ca. 101 4Hz: atomare Übergänge
- Röntgenstrahlung (1017 – 1019) Hz: atomare Übergänge, Beschleunigung von Ladungen (z.B. TV)
- Gammastrahlung ( > 1019 Hz) Kernübergänge, Abbremsung höchstenergetischer Teilchen, Zerstrahlung von Materie
13. Elektromagnetische Wellen
ElektromagnetischeSpektrum
13. Elektromagnetische Wellen
13.3 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen
Beschreibung der Ausbreitung durch Strahlen
Wellenfront: Orte mit Oszillationen gleicher Phase
Strahlen: Linie entlang Richtung der Welle senkrecht zurWellenfront
13. Elektromagnetische Wellen
13.4 Reflektion und Brechung
Annahme: Übergang einer Welle von Medium 1 in Medium 2
Beobachtung: Brechung und/oder Reflexion
Richtungen einlaufender, reflektierter , gebrochener Welle in einer Ebene senkrecht zur Trennfläche der Materialien
13. Elektromagnetische Wellen
ReflektionEinfallswinkel Θ1 gleich Ausfallswinkel Θr
Θ1 = Θr
Verhältnis von sin Θ1 zu sin Θ2 = KonstanteBrechung
n1,n2: Brechzahlen Medium 1 bzw. Medium 2 mit n = c/v
Snellius‘sches Brechungsgesetz
13. Elektromagnetische Wellen
Brechung
13. Elektromagnetische Wellen
Totalreflexion
Mit zunehmendem Θ1 wird Θ2 größer
(n1 > n2)
Totalreflexion falls Θ2 > 90o
Grenzwinkel Θκ der Totalreflexion:
n2
n1
13. Elektromagnetische Wellen
BeispieleTotalreflexion
13. Elektromagnetische Wellen
Wie funktioniert Lichtleiter ?
Prinzip: Man nutze Totalreflexion
Aufbau: Kern (z.B. Glas) + Plastik + Mantel
Es gilt: nKern > nPlastik
Problem: unterschiedliche Wegstrecken z.B. s1 > s2Verbreiterung des Pulses
Lösung: Man nutze:- Mulitmode Gradientenfaser- Single mode Faser
13. Elektromagnetische Wellen
Lichtleiter
13. Elektromagnetische Wellen
Luftspiegelung (Fata Morgana)
13. Elektromagnetische Wellen
13.5 Interferenz und BeugungWir hatten: Wellen können interferieren
+
Mit k1 = k2 und ω1 = ω2 gilt: δ = 0 konstruktive, δ = π destruktive Interferenz
Konstruktive Interferenz falls
Destruktive Interferenz falls
Interferenz nur beobachtbar, falls Wellen kohärent ( in fester Phasenbeziehung)
13. Elektromagnetische Wellen
Beispiel Beugung am Doppelspalt
Abstand Spalt-Schirm >>Spaltabstand: D >> d
Konstruktive InterferenzDestruktive Interferenz
Interferenzmuster
13. Elektromagnetische Wellen
13. Elektromagnetische Wellen
Beugung an Lochblende