4.6.Mikrowellen; Wellencharakter der Dipolstrahlung; Hertz sche Versuche

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1 4.6.Mikrowellen; Wellencharakter der Dipolstrahlung; Hertz sche Versuche Die Frequenz eträgt 9,35 GHz. Die Wellenlänge eträgt damit = c/f = 3,2 cm. Diese Wellen eignen sich esonders gut, um den Wellencharakter der Dipolstrahlung zu zeigen, da ihre Wellenlänge viel kleiner ist als die Größe der Hindernisse rzeugung Klystron, Magnetron, (Leifi oder Didaktik.Physik.uni erlangen.de) Bei uns Gunn Diode : In einem agestimmten Hohlraumresonator schaukeln sich die chwingungen durch Resonanz auf Polarisation 1. Versuch : ender und mpfänger müssen für guten mpfang parallel zueinander stehen. 2. Versuch: Hertz sches Gitter zwischen und. Dreht man das Gitter, so dass die Metallstäe parallel zu den Dipolen stehen, sinkt der mpfang auf Null. Metalldrahtgitter Folgerung: Die Dipolstrahlung ist.... Die Polarisierarkeit ist ein Indiz für den... und die... der Dipolstrahlung. Vorausgreifende rklärung: Bei Parallelstellung des Hertz schen Gitters werden die täe selst zum schwingenden Dipol. ie strahlen mit dem Phasensprung eine ekundärwelle a. Das führt zu einer stehenden Welle vor dem Gitter und zur destruktiven Interferenz dahinter Reflexion an einer Blechwand Blech hinter dem Blech kein mpfang Metall reflektiert die em trahlung.

2 tellt man die Metallwand senkrecht vor den ender, so wird die em trahlung in sich reflektiert. chiet man einen mpfänger zwischen ender und Blechwand, so stellt man awechselnd mpfangsmaxima und Minima fest. in Indiz für eine stehende em Welle vor der Wand mit Bäuchen und Knoten. (siehe Buch ) Der Astand der Bäuche eträgt, wie ei den eilwellen, /2. Auf diese Weise kann leicht die Wellenlänge der em trahlung ermittelt werden. Mit der von Maxwell vorhergesagten Ausreitunggeschwindigkeit v = c lässt sich damit leicht die Frequenz erechnen. v=c= λ T =λ f Bemerkungen: Die Metallwand ist leitend. Deshal richt dort das Feld zusammen und hat einen Knoten. Dies ist vergleichar mit der Reflexion am festen nde einer eilwelle. Diese erfolgt ekanntlich mit dem Phasensprung. ine geometrische rklärung der Reflexion gelingt mit dem Huygensschen Prinzip ( Buch ): Jeder Punkt einer Wellenfront kann als Ausgangspunkt für eine lementarwelle etrachtet werden. Damit gelingt es sämtliche Welleneigenschaften geometrisch zu deuten. chöne Animationen dazu findet man in Leifi. Beispiele zur Reflexion: atellitenschüssel Metallschlauch als Wellenleiter Brechung Brechung ei Wasserwellen: Wasserwellen erfahren an der Grenzfläche zweier unterschiedlich durchlässiger Medien ( hier: tiefes und seichtes Wasser) eine Richtungsänderung sie werden gerochen. tief seicht(höhere innere Reiung)

3 Brechung ei Mikrowellen:. ' ender Paraffin mpfänger max. mpfang Mikrowellen werden wie Licht an der Grenzfläche zweier unterschiedlicher Medien gerochen im dichteren Medium zum infallslot hin. s gilt das Brechungsgesetz: sin α sin α ' = n n heißt Brechzahl. Paraffin Infolge der Brechung kann Mikrowellenstrahlung auch durch Linsen geündelt werden. Brechung kann auch durch das Huygenssche Prinzip erklärt werden. Luft Paraffin a infallslot ' Die Wegstrecken a und werden in gleichen Zeiten zurückgelegt, d.h. die Ausreitungsgeschwindigkeit in Paraffin ist geringer. n = a = sin α sin α ' = c o c Beugung ei Wasserwellen ei Mikrowellen em Wellen Huygensches Prinzip em trahlung wird in den chattenereich hineingeeugt

4 Interferenz von Mikrowellen Vorwissen: Interferenz ei Wasserwellen Maxima ei s = k Minima ei s = (2k 1) /2 2. Min s =3/2 λ 1. Max s = λ 1. Min s = λ/2 0. Max s = 0 1. Min s = λ/2 1. Max s = λ Trifft ein Wellenerg (durchgezogen) auf ein Wellental ( gestrichelt ), so löschen sich eide Wellen aus (destruktive Interferenz) Interferenz von Mikrowellen am Doppelspalt Versuch: 1.Max. 1.Min. ender Min. 0.Max. Intensität mpfangs eene 1.Max. Infolge Beugung üerlappen sich hinter dem Doppelspalt zwei lementarwellen. Man erhält dassele Interferenzmuster wie ei Wasserwellen. in deutlicher Hinweis auf die Wellennatur der em trahlung. Die Theorie dazu: Destruktive Interferenz tritt auf, wenn der Gangunterschied ein ungeradzahliges Vielfaches der halen Wellenlänge ist. Also : s = / 2 ; s = 3 / 2 ; s = 5 / 2 ;... s = ( 2k 1) / 2 für k= 1, 2, 3,...

5 s a 1. Minimum d s gilt: sin s tan = d a Beispiel : Für das 1. Minimum gilt: s = / 2 also sin = /2 In unserem Versuch mit λ = 3,2 cm und = 6,7 sin α= 1,6 6,7 α=14 Konstruktive Interferenz tritt auf, wenn der Gangunterschied ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist: s = ; s = 2 ; s = 3 ;... s = k für k = 0,1,2,3, Maximum d s a Beispiel : Für das 1. Maximum gilt: s = also sin = In unserem Versuch: sin α= 3,2 6,7 α=28 Bemerkungen zur Interferenz: a) Die Interferenz eignet sich, neen der senkrechten Reflexion, auch zur Wellenlängenestimmung. ) Die Anzahl der Maxima ist durch den maximalen Gangunterschied estimmt : s max =. Die Anzahl ist deshal : m = /. c) Richtantenne: 1 2 Astrahlkeule Infolge Interferenz erfolgt die Astrahlung nur in Richtung des 0. Maximums. Bsp. Das Fernsehsignal wird vom Rotühlsender

6 mit Richtfunk nach Amerg üertragen und dort dann in das örtliche Kael eingespeist.

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