Elektromagnetische Wellen

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Friederike Koch
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1 Verfasser: Florian Riemer Elektromagnetische Wellen Seminararbeit zu Planung und Auswertung von Physikunterricht

2 1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung 3. Der Hertzsche Dipol 4. Elektromagnetische Wellen im Physikunterricht 5. Abschluss

3 1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen Wilhelm Weber

4 1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen Gustav Robert Kirchhoff

5 1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen Michael Faraday

6 1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen William Thomson

7 1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen James Clerk Maxwell

8 1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen Hermann von Helmholtz

9 1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen Heinrich Hertz

10 1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen Marconi Popov

11 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung 1. Maxwellsche Gleichung - Zusammenhang zwischen elektrischen Ladungen und elektrischen Feldern Er ( ) = Qe r 4πε r 0 2 Φ E = ( E* n) da' = E*cos( α) da' A A (Elektrische Feld einer Punktladung) (Elektrische Kraftfluss)

12 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung 1. Maxwellsche Gleichung 0 Raumwinkel 0 2ππ Q 2 Φ E = ( E* n) da' = r sinϑdϑdϕ 4 πε r² Kugelschale Q = dω= 4πε Q ε 0 0 0

13 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung 1. Maxwellsche Gleichung Integrale Form: Q = A ( εεe* da') Differentielle Form: o ρ = dq = div ( ε E 0ε ) = div ( D ) dv

14 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung 2. Maxwellsche Gleichung - Zusammenhang zwischen Magnetfeldern und magnetischem Fluss Integrale Form: A ( * μμ ') 0 0 H da = Differentielle Form: div( B) = div( μμ H ) = 0 0

15 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung 3. Maxwellsche Gleichung - Ströme umgeben sich mit geschlossenen magnetischen Feldlinien Hds = jda' A (Ampèresches Durchflutungsgesetz)

17 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung 3. Maxwellsche Gleichung Integrale Form: ( j D + ) * da' = ( Hds) Differentielle Form: rot( H ) = j + D

18 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung 4. Maxwellsche Gleichung - Magnetische Felder umgeben sich mit elektrischen Ringfeldern U = Φ i (Induktionsgesetz) = = Φ ( v B) * ds ( E * ds) i

19 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung 4. Maxwellsche Gleichung Integrale Form: Ui = Eds = B da Differentielle Form: rot( E) A = B ( * ')

20 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung Herleitung der elektromagnetischen Wellengleichung Für ebene Wellen mit Ausbreitung in z-richtung j + D= E Aus der 3. Maxwellschen Gleichung folgt: ( E,, ) x Ey Ez 1 H H z y H H x Hz y H x =,, εε 0 y z z x x y 1 = εε 0 H z y H x,,0 z

21 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung Aus der 4. Maxwellschen Gleichung folgt: 1,, Ey E x =,,0 μμ0 z z ( H ) x Hy Hz E ableiten und -H einsetzen ergibt: E y 1 H x 1 H x = = εε t z εε z t E y = εε μμ z

22 2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung E y 2 1 E y = 2 εε 0μμ 0 z (Wellengleichung) c = 1 εε μμ 0 0 (Phasengeschwindigkeit)

23 3. Der Hertzsche Dipol Schwingkreis (Dorn-Bader)

24 3. Der Hertzsche Dipol Bestimmung der Schwingungsdauer eines Schwinkreises Ansatz: Uind = UC Weiter gilt: Qt () LI () t = I() t = Q () t C Es ergibt sich: 1 LQ () t = Qt () C

25 3. Der Hertzsche Dipol Lösung: ˆ t Qt () Qsin 0 LC ϕ = + Schwingungsdauer: T = 2π LC

26 3. Der Hertzsche Dipol

27 3. Der Hertzsche Dipol

28 3. Der Hertzsche Dipol

29 3. Der Hertzsche Dipol

30 3. Der Hertzsche Dipol

31 Metzler

32 Interferenz

33 3. Der Hertzsche Dipol Nahfeld Abfall der Amplitude mit Beispiel: E-Feld 1 r 3 Fernfeld Der Hertzsche Dipol hat keine Wirkung mehr. Er (, ϑ) = Q 4πε r 0 3 ( 2cos( ϑe ) sin( ϑe )) r ϑ Abfall der Amplitude nur durch Oberflächenzunahme mit 1 r E- und B-Feld induzieren sich gegenseitig.

34 3. Der Hertzsche Dipol Elektrisches Fernfeld

35 3. Der Hertzsche Dipol Magnetisches Fernfeld

36 Die jeweiligen Felder addieren sich.

37 Dorn-Bader

38 Metzler

39 Metzler

40 Metzler

42 Film

43 Ende

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