Elektromagnetische Wellen

Gliederung

• Was sind elektromagnetische Wellen?• Entstehung von E- und B-Feldern• Dipol– Vom Schwingkreis zur Welle– Eigenschaften

• Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen• Vergleich Nah- und Fernfeld• Schaltungen in der Realität

Was sind elektromagnetischen Wellen?

• Wellen aus gekoppelten elektrischen und magnetischen Feldern

• Elektrische Felder & senkrecht dazu magnetische Felder

• Im Vakuum Transversalwellen (Querwellen)• Wechselwirkungen mit Materie möglich• nicht immer vollständig transversal (je nach

Frequenz)

Entstehung von E- und B-Feldern

• Durch gekoppelte elektrische und magnetische Felder Schwingkreis

• Es entstehen phasenverschoben immer elektrische und magnetische Felder

1. Elektrisches Feld2. Kondensator entlädt sich

-> magnetisches Feld wird aufgebaut3. Magnetisches Feld bricht zusammen,

lt. Gesetz von Lenz wird dem entgegengewirkt4. Kondensatorplatten werden entgegengesetzt geladen

Schwingkreis, aber keine Welle?

• Probleme– E-Feld: nur zwischen den Kondensatorplatten– B-Feld: nur in/an der Spule

→E B→

Hertz‘scher Dipol

• Wie können die UKW-Frequenzen von ca. 100 MHz erreicht werden?

• Frequenz in einem Schwingkreis kann mithilfe der Thomsonschen Schwingungsgleichung errechnet werden:

• L und C müssen sehr klein sein

Betrachtung: Induktivität L

• : Magnetische Feldkonstante• : Permeabilitätszahl• möglichst klein: Luft• n : Windungszahl• möglichst klein: nahe Null• A : Spulenfläche• l : Länge der Spule• kleine Fläche aber große Länge

Medium (ca.)

Supraleiter 0

Vakuum 1

Luft 1 + 4*

Eisen 300 – 10.000

Nanokristalline Metalle 20.000 – 150.000

Betrachtung: Kapazität C

• : Elektrische Feldkonstante• : relative Permittivität• Luft• A : die Elektrodenfläche (Größe der

Kondensatorplatten)• d : Abstand zwischen den Kondensatorplatten• möglichst kleine Fläche aber großer Abstand

→E

B→

Dipol

• Zusammenfassung Dipol

Quelle: http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/wellen/em_wellen/dipol.htm

Ausbreitung, aber warum?

• Erinnerung an Versuch: Leiterbewegung in B-Feld:Induktionsspannung elektrisches Feld

• Änderung E-Feld: Entstehung eines B-Felds• Änderung B-Feld: Entstehung eines E-Felds

…

Ausbreitung als Wellenzeichnung

Animationlinear

AnimationSeitlicheinfach

Animationseitlich

Nahfeld und Fernfeld

• Nur bei angeschalteter Quelle vorhanden

• Störungen können Quelle beeinflussen

• Phasenverschiebung von Δ=

• bei kleinem ab ca. • Bei großem ab ca.

L: Dipollänge• Breitet sich immer

weiter aus• Weniger Energie in der

Strahlung, aber Quelle unbeeinflusst

Meißner-Schaltung

• Schwingkreis mit bestimmter Frequenz mit Rückkopplung

• Schwingkreis mit C2 und L2 (TR12)

• Durch TR11 wird die Dämpfung ausgeglichen Phasenverschiebung von TR11 zu TR12

Geschichte

Verwendung

• Wird nicht oft verwendet, da aufwändig• Alternativen: Hartley- und Colpitts-Schaltung• Hartley-Schaltung:

Realitätsbezug

Senderöhre

Noch Fragen?Danke