1 Elektromagnetische Wellen Vorausschickend

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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
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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
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