4.3. Der offene Schwingkreis

4.3. Der offene Schwingkreis; Hertz'scher Dipol
Heinrich Hertz 1850 ­1887 (+ Gehirntumor , blood poisoning ?)
Schwingkreis extrem :
+ +
+
E­Feld
+ +
­ ­
­ ­
­
Ein Stab als Schwingkreis????
Wenn ja , dann mit sehr hoher Frequenz da L und C extrem klein sind.
Zur Anregung der Schwingung verwendet man einen U H F Schwingkreis mit der Frequenz 433 MHz (69 cm Wellenlänge) mit nachgeschaltetem Verstärker. Dieser wird induktiv angekoppelt.
Ultra High Frequency Schwingkreis
Die Lampe leuchtet
Leist.
Stufe
Sender
Empfänger
Solch ein stabförmiger offener Schwingkreis heißt Hertz'scher Dipol.
Der Dipol kann die elektromagnetische Schwingung sogar über eine längere Entfernung (ca.2 m ) übertragen, vorausgesetzt Sender und Empfänger stehen zueinander parallel. Andernfalls erlicht das Signal augenblicklich. ⇒ Die Dipolstrahlung ist polarisiert.
Der Schwingungszustand beim Hertzschen Dipol; eine beidseitige Sackgasse
Die Dipolschwingung wird durch hin und her schaukelnde Ladungen erzeugt.
Ladungs­ und Stromverteilung Strom­ und Spannungsverlauf
E – und H­Feld
U I
­
­
­
Länge l
+
+
+
0
Länge l
¼ T
½ T
¾ T
Diese Theorie kann leicht mit Hilfe einer Glüh­ und einer Glimmlampe bestätigt werden.
UHF Sender
Mechanisches Analogon zur Dipolschwingung
Die zeit­ und ortsabhängige Verteilung der Stromstärke und der Spannung erinnern an stehende Wellen , die in sich reflektiert werden.
Beispiele:
a) Schwingende Saite ( vgl I beim Dipol)
Grundschwingung 1. Oberschwingung
Die stehende Welle entsteht durch Reflexion am festen Ende mit einem Phasensprung π. Die Knoten haben einen Abstand von λ/2.
b) Schwingender Stab (vgl U beim Dipol)
Grundschwingung 1. Oberschwingung
Die stehende Welle entsteht durch Reflexion am offenen Ende ohne Phasensprung.
c) Stehende Längswelle (Luftdichteschwankung = Ladungsdichteschwankung )
Sinus
Generator
Korkpulver
Kundt’sches Rohr
Merke: Die Seillänge ( Stablänge, Rohrlänge) muß ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der stehenden Welle sein.
Zurück zum Dipol:
Ähnlich dem mechanischen Fall sollte auch beim Dipol die Stablänge ein ganzzahliges Vielfaches der halben „Wellenlänge“ der elektromagnetischen Strahlung betragen.
l=k


2
k=1,2 ,3 ,... Drei Versuche dazu:
a) Eine willkürliche Verlängerung führt zu schlechterem Empfang. Die Verlängerung
sollte ein Vielfaches der halben Wellenlänge sein.
UHF
Dass sich die Verstimmung nicht krasser auswirkt,
liegt an der starken Dämpfung. Ein Indiz dafür, dass der Dipol Energie abstrahlt. Jede beschleunigte Ladung strahlt Energie ab. Durch
ohmsche Verluste nicht erklärbar.
b) Da der Dipol bei uns induktiv angeregt wird, kann er nur bei Strombäuchen (Max. Magnetfeld ) angeregt werden. Bei λ/2 Dipolen (Grundschwingung) ist das die Mitte, bei λ Dipolen ( 1. Oberschwingung ) die viertelte Stablänge. c) Lecherleitung
6/4  Lecherleitung
UHF
Glimml.
Glühl.
Glühl.