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
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