13 Elektromagnetische Wellen

13. Elektromagnetische Wellen
13. Elektromagnetische Wellen
13.1
13.2
13.3
13.4
13.5
Erzeugung elektromagnetischer Wellen
Eigenschaften elektromagnetischer Wellen
Ausbreitung elektromagnetischer Wellen
Reflexion und Brechung
Interferenz und Beugung
13. Elektromagnetische Wellen
13.1 Erzeugung elektromagnetischer Wellen
Oszillierender Dipol
erzeugt elektrische
und magnetische Felder.
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Elektrische Dipolantenne mit Wechselstrom gespeist
Das elektrische Feld entfernt sich mit Lichtgeschwindigkeit.
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13.2 Eigenschaften elektromagnetischer Wellen
Elektromagnetische Wellen sind transversal.
Wellenfunktion (z.B.):
E und B sind senkrecht zueinander
E und B sind phasengleich (harmonische Wellen)
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Elektrische Dipolantenne für den Empfang
elektromagnetischer Strahlung
Das Wechsel-E-Feld erzeugt Wechselstrom in der Antenne.
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Ringantenne für den Empfang elektromagnetischer Strahlung
Wechsel-B-Feld führt zu einem sich ändernden Fluss ΦB
induzierter Wechselstrom im Ring
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Antennen eines Kreuzschiffs
Beide Arten der Antennen
werden genutzt.
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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
- Lichtwellen ca. 101 4Hz: atomare Übergänge
- Ultraviolette Strahlung (1014 – 1017) Hz: angeregte Atome
- Röntgenstrahlung (1017 – 1019) Hz: atomare Übergänge,
Beschleunigung von Ladungen (z.B. TV)
- Gammastrahlung ( > 1019 Hz) Kernübergänge,
Abbremsung höchstenergetischer Teilchen,
Zerstrahlung von Materie
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Elektromagnetische
Spektrum
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13.3 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen
Beschreibung der Ausbreitung durch Strahlen
Wellenfront: Orte mit Oszillationen
gleicher Phase
Strahlen:
Linie entlang Richtung
der Welle senkrecht zur
Wellenfront
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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
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Reflektion
Einfallswinkel Θ1
gleich Ausfallswinkel Θr
Θ1 = Θr
Brechung
Verhältnis von sin Θ1 zu sin Θ2 = Konstante
n1,n2: Brechzahlen Medium 1 bzw. Medium 2 mit n = c/v
Snellius‘sches
Brechungsgesetz
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Brechung
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Totalreflexion
n2
Mit zunehmendem Θ1 wird Θ2 größer
(n1 > n2)
n1
Totalreflexion falls Θ2 > 90o
Grenzwinkel Θκ der
Totalreflexion:
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BeispieleTotalreflexion
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Wie funktioniert Lichtleiter ?
Prinzip:
Man nutze Totalreflexion
Aufbau:
Kern (z.B. Glas) + Plastik + Mantel
Es gilt: nKern > nPlastik
Problem: unterschiedliche Wegstrecken z.B. s1 > s2
Verbreiterung des Pulses
Lösung:
Man nutze:
- Mulitmode Gradientenfaser
- Single mode Faser
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Lichtleiter
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Luftspiegelung (Fata Morgana)
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13.5 Interferenz und Beugung
Wir 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)
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Beispiel Beugung am Doppelspalt
Abstand Spalt-Schirm >>
Spaltabstand: D >> d
Konstruktive Interferenz
Destruktive Interferenz
Interferenzmuster
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Beugung an Lochblende