Physik II TU Dortmund SS2018 Götz Uhrig Shaukat Khan Kapitel 5

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1 6 lektomagnetische Wellen egeben sich als Lösungen fü - und B-Felde aus den Maxwel-Gleichungen. Veschiedene Fomen: - Radio- und Mikowellen (Sende): Wellenlängen l 1 3 bis 1 - m, Fequenzen f 1 5 bis 1 11 Hz - Feninfaot- und Infaotstahlung (Wäme, Lase...): l 1 - bis 1-6 m, f 1 11 bis 1 14 Hz - Sichtbaes Licht (Lampen, Lase...): l = 7 bis 4 nm, f = bis Hz, ph = 1,7 bis 3, ev - Ultaviolettstahlung (Lampen, Lase, Beschleunige): l 4 bis 1 nm, ph 3 bis 1 ev - Röntgenstahlung (Röntgenöhen, Beschleunige): l 1 bis,1 nm, ph 1 bis 1 5 ev - Gammastahlung (Atomkene, kosmische Stahlung): ph > 1 5 ev 6.1 De Schwingkeis vgl. Volesung am (T. Weis) Reihenschaltung von Widestand, Spule und Kondensato, angeschlossen an eine Wechselspannungsquelle. R 1 i I I I U exp it L LC L i I I I Uexp it L I L U LC Vgl. gedämpfte ezwungene Schwingungen in Physik I,

2 Gedankliche Übegang von einem Schwingkeis zu einem geaden Leite (Hetzsche Dipol) Veteilung von Stom und Potenzial entlang des Leites -Feld im Kondensato, B-Feld in de Spule -Feld zwischen den nden des Dipols, B-Feld keisfömig um den Leite s zeigt sich, dass die in einem Hetzschen Dipol ezeugten - und B-Felde duch den Raum popagieen mit zunehmendem Abstand popotional zu1/ abfallen statt mit 1/ wie bei eine punktfömigen statischen Quelle (de Hetzsche Dipol ist kein unendlich lange Leite, sonden kann bei goßen Abständen als "punktfömig" angesehen weden). Diese Pozess de mission elektomagnetische Wellen kann im Rahmen de lektodynamik vestanden weden. Die Gundlage hiebei ist die Beschleunigung elektische Ladungen siehe nächste Seite z.b. in eine - Radioantenne (peiodische Beschleunigung von lektonen), - Röntgenöhe (abupte Abbemsung von lektonen in de Anode) - Synchotonstahlungsquelle (Keisbeschleunigung elativistische lektonen im Magnetfeld) in andee Pozess, de nu im Rahmen de Quantenmechanik vestanden weden kann, ist die mission von Photonen duch angeegte Atome z.b. in eine Glühlampe, einem Lase, de Obefläche de Sonne etc.

3 xpeiment: zeugung und Detektion elektomagnetische Wellen zeugung mit Funkenindukto und Abstahlung mit eine Stabantenne. mpfang mit eine zweiten Stabantenne, Gleichichtung mit eine Diode und Vestäkung. Das Signal wid mit einem Oszilloskop und akustisch mit einem Lautspeche dagestellt. Heinich Hetz ( ) De Vesuch ist dem esten expeimentellen Nachweis elektomagnetische Wellen (Heinich Hetz, 1886 in Kalsuhe) bzw. de esten tansatlantischen Funkübetagung (Guglielmo Maconi, 191 zwischen ngland und Neufundland) nachempfunden. Teleskop-Stabantennen Pozellanisolatoen Abstand Spitze-Platte 15mm K1 Oszillogaf Funkenindukto NF-Vestäke 4 V = 1 >> Lautspeche + = - U = 6 1 V- Sende Taste mpfänge 3

4 Beschleunigte Ladungen "stahlen" Die folgende Betachtung, die auf J. J. Thomson zuückgeht, zeigt, dass die Beschleunigung eine elektischen Ladung zu eine Vezeung des elektischen Felds füht, die als elektomagnetische Welle (Stahlung) aufgefasst weden kann. Si Joseph John Thomson ine Ladung e wid fü eine kuze Zeit t beschleunigt und ändet dabei ihe Geschwindigkeit um v. Nach eine Zeit t hat diese Vogang innehalb eines Radius = c t das elektische Feld veändet, außehalb abe noch nicht. s gibt also einen Knick in den Feldlinien mit eine Komponente : v t sin 1 e (aus de Zeichnung) c t c t 4 e ( v / t) sin e sin 4 c 4 c negiefluss in den Raumwinkel d e 6 c 3 e W d c d d P sin 3 16c und übe alle Winkel integiet Si Joseph Lamo egibt die sog. Lamo-Fomel: abgestahlte Leistung popotional zum Quadat de Beschleunigung. 4

5 Kohäente und inkohäente mission von elektomagnetischen Wellen Die Intensität elektomagnetische Stahlung hängt nicht nu von de Ladungsmenge und de Beschleunigung ab, sonden bei meheen Senden (Hetzsche Dipole ode auch lektonen im Fall de Synchotonstahlung) auch von ihe elativen Phase ab. lektisches Feld: Leistung ~ Feldstäke n expi tj j1 fü n Sende 1 j k * ( ) ( ) P P exp i t exp -i t expi j j expi j k P t - t P t - t 1 1 jk 1 P n P n n - g 1 1 * Hie ist P 1 () die Leistung eines einzelnen Sendes. Fü vollkommen zufällige Phasen ist die Stahlungsleistung popotional zu Zahl de Sende (inkohäente mission). s gibt abe noch einen zweiten Tem popotional zu n (n-1) n, de bei geodneten Phasenlagen ungleich null ist (kohäente mission, z.b. ausgedückt duch einen "Fomfakto" g ), z.b. wenn alle Sende gleichphasig stahlen und entwede am selben Ot stehen ode egelmäßige Abstände zueinande haben. Wenn n goß ist, ehöht sich die abgestahlte Leistung betächtlich, z.b. im Fall eines sog. Feie-lektonen-Lase um typisch 1 6 (da die Stahlungspulse 1 3 -fach küze sind, ehöht sich die Spitzenintensität im Maximum des Pulses soga um einen Fakto 1 9 ). j jk k * Multiplikation mit konjugiet komplexe Zahl egibt sich das Betagsquadat: a i ba -i b a b 5

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