Elektromagnetische Wellen - Experimental Physics with Cosmic

SS 2014
Supplement to Experimental Physics 2 (LB-Technik)
Prof. E. Resconi
Elektromagnetische Wellen
LC Schwingkreis [1]
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fluktuierender/schwingenden elektro- und magnetischen Feldern. Licht,
Elektrizität und Magnetismus sind alle verschiedenen Formen der
elektromagnetischen Strahlung.
Warum fluktuierender oder schwingenden Feldern?
Elektrische und magnetische Feldenergie können periodisch ineinander
umwandeln wie in eine elektromagnetischen Schwingkreis (Kondensator und
Spule in Reihe).
- t0: Kondensator vollständig aufgeladen, elektrische Feld (E) maximal
- der Kondensator entlädt sich über die Spule
- E im Kondensator wird abgebaut
- gleichzeitig wird in der Spule ein magnetisches Feld (B) aufgebaut
- t1: E = 0 -> B ist maximal
- der Kondensator ist entladen => B bricht
- Lenz Induktion: ein Strom ist erzeugt die fließt in die Richtung die mit der
bisherigen Stromrichtung übereinstimmt
- Kondensator wird entgegengesetzt aufgeladen bis t2 E max und B = 0
Im ideale Fallen (keine Ohmschem Widerstand), der Kreis schleißt sich und
eine neue Periode fängt von Anfang an.
E und B mit der Zeit sinusförmig sich ändern und sind zueinander um pi/2
phasenverschoben.
Die Periodendauer:
Kreisfrequenz
[2]
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Prof. E. Resconi
Maxwell Gleichungen, Wiederholung: Integralform vs differnatial Form
[3,4]
Es besteht ein grundlegender Unterschied zwischen dem Differential-und
dem integralen Form Gauss-Gesetz: die Differentialform befasst sich mit der
Divergenz des elektrischen Feldes und der Ladungsdichte an einzelnen
Punkten im Raum, während die Integralform bringt das Integral der
Normalkomponente der elektrisches Feld über eine Oberfläche.
Für die formale Lösung der Maxwellgelichungen man benutz die differential
Form.
- 3-D Wellengleichung: Im freien Raum (keine Ströme / Ladungen): aus den
Maxwellgleichungen erhält man eine Wellengleichung
- Licht-geschwindigkeit: Mit Hilfe der Maxwellschen Gleichungen
entwickelte Maxwell die elektromagnetische Lichttheorie. Das Licht wird als
eine Wellenbewegung, deren Fortpflanzungsrichtung (direction of
propagation) senkrecht zur Wellenfront steht, erklärt. Beweise für die
Wellentheorie sind Phenomen wie Brechung, Interferenz, Beugung,
Polarisation. Beweise für die elektromagnetische Wellentheorie: Dispersion
und Spektralfarben.
- Licht-quanten-theorie
Max Planck fand dass sich jede Strahlung aus einzelnen Energiebeträgen
zusammensetzt. Albert Einstein verstanden dass Licht ist auch wie kleine
korpuskulare Teilchen: Lichtquanten oder Photonen deren Energie mit der
wellenoptischen Frequenz der Strahlung in Zusammenhang steht.
- Das Licht hat eine Doppelnatur: Das Licht hat eine korpuskulare Natur und
auch eine elektromagnetische Welle Natur. Diese Doppelnatur des Lichtes
wird als Dualismus des Lichtes bezeichnet.
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Prof. E. Resconi
- 1-D Wellengleichung
Alle elektromagnetische Wellen breiten sich im Vakuum mit der
Lichtgeschwindigkeit c aus.
Von Maxwell Gleichungen kommt das: Eox/Box = c
die Feldstärke in jedem Moment und in jedem Punkt die Besiegung E/B = c!
erfüllen.
- Polarisation
- Poynting Vektor
- Intensität transmittierten polarisierten Lichts
- Reflexion und Brechung
- Dispersion
- Innere totalreflexion
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