Elektromagnetische Wellen Vorausschickend: Wechselspannungen bis 1012Hz könner erzeugt werden Dipol: zwei Drähte, die an Spannungsquelle angeschlossen werden + + + + Ladungen verteilen sich auf einem Draht, – Ladungen am anderem Draht = – – – Elektrisches Feld entsteht Bei anderer Polung ändert sich die Richtung der Feldstärke – – – = + + + Falls Dipol mit Wechselspannungsquelle verbunden: + + + – – – – – – + + + Abb. 22.1 Biologische Physik Ladungen wechseln ständig, das elektrische Feld ändert sich mit der Frequenz der Wechselspannung Wegen der Umpolung: Ladungen bewegen sich durch den Draht: Wechselstrom fließt durch den Draht. Fließender Strom erzeugt magnetisches Feld 1 Abb. 22.1 Biologische Physik Elektrisches und magnetisches Wechselfeld. B steht normal auf E Feld breitet sich aus: Elektromagnetische Welle Geschwindigkeit ist ---> identisch mit der Lichtgeschwindigkeit Applet emwelle bei www.walter-fendt.de Abb. 22.2 Biologische Physik Abstrahlung besonders effizient, wenn Länge des Dipols λ/2 Elektromagnetische Welle transportiert Energie: Magnetischer Fluß kann in einer Leiterschleife Spannung induzieren ---> Stromfluß Magnetfeld dieses Stroms schwächt das Feld der Welle Kraftwirkung auf Ladungen, z.B. Elektronen E c Welle bewegt sich in Richtung gegeben durch die Phasengeschwindigkeit c . vq F B Momentane Feldvektoren seien E und B Durch Vektor E Bewegung der Ladung in Richtung vq Durch Bewegung im Magnetfeld Kraft F auf die Ladung 2 Betrachte Elektron, z.B. in Luftmolekül: Kraft von elektromagnetischer Welle bewegt Elektron in eine Richtung, Rest des Atoms in andere Richtung ------> bewegter Dipol -----> sendet auch elektromagnetische Welle aus: z.B. Streuung des Lichts an Molekülen. Elektromagnetische Wellen durch Wechselspannung an Dipol herstellbar (bis 1012 Hz), aber auch Licht, γ- und Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen. Historisch bedingt verschiedne Namen, aber stets dieselbe Wellen. Transversale Wellne mit normal aufeinender schwingenden elektrischen und magnetischen Vektor Spektrum der elektromagnetischen Wellen Tab 22.1 Biologische Physik 3 Kein Ausbreitungsmedium für elektromagnetische Wellen. Polarisationsrichtung ist Richtung des E-Vektors Wechselwirkung mit Materie: (Kraft auf Ladungen) Technische Wechselströme: Wellennatur kaum bemerkbar da λ (50Hz !!) groß. Radiowellen, Mikrowelle: Durchdringen nichtleitende Materialien. Dünne Folien oder Gitter mit Maschen < λ schirmen ab Gewebe (enthält Wasser) von der Wellenlänge abhängig Kurzwelle, Mikrowelle (λ ca. 10 cm) dringt in Gewebe ein, wird schwach absorbiert, ----> Erwärmung: Therapie, Mikrowellenherd Infrarot / Ultrarot: ähnliche Wirkung, geringere Eindringtiefe Sichtbares Licht: noch geringere Eindringtiefe, Erwärmung. Elektromagnetische Wellen mit Wellenlänge größer als sichtbares Licht (langwellige Strahlung) führen zu Erwärmung, solange nicht übermäßige Erwärmung ----> keine Schädigung. Ultraviolettes Licht: geringe Eindringtiefe, zerstörende Wirkung z.B. Sonnenbrand. Röntgenstrahlung: größere Eindringtiefe, “Sonnenbrand im Inneren” γ-Strahlen ebenso, noch größere Eindringtiefe Elektromagnetische Wellen mit Wellenlänge kleiner als sichtbares Licht (kurzwellige Strahlung, ionisierende Strahlung) führen bei Absorption zu Zerstörung von Biomolekülen. Energie des Quants reicht aus um Bindungen aufzusprengen 4