Elektromagnetische Wellen (Schulphysik)

06/05/2008 - 20:35 von Matthias Springer | Report spam
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Hallo,

ich habe Physik Leistungkurs blicke aber an manchen Stellen noch nicht
ganz durch. Ich hoffe, ihr könnt mir da etwas weiterhelfen.


1. Im Physikbuch habe ich folgende Aufgabe: "Ein Stabdipol schwingt mit
der Frequenz f=4,0*10^8 Hz in der Grundschwingung. Der Dipol stehe im
Abstand a auf der x-Achse vor einer Metallwand, die parallel zur
y-z-Ebene (also senkrecht zur x-Achse) steht. Die Dipolachse zeigt in
die y-Richtung.
a) Skizzieren Sie den Verlauf der elektrischen Feldstàrke und den
Verlauf der magnetischen Feldstàrke in zwei getrennten Skizzen für die
Punkte der x-Achse zwischen Wand und Dipol (x<a) in ein ebenes x-y- oder
x-z-Koordinatensystem
b) Es soll nun der Aufbau wie bei a) bleiben, jedoch die Punkte auf der
x-Achse untersucht werden, die weiter von der Wand entfernt sind, als
der Dipol (x>>a). Geben Sie an, für welche Werte von a man làngs der
x-Achse (x>>a) maximalen Empfang hat und für welche Werte von a man
minimalen Empfang hat. Begründen Sie Ihre Antwort"

Wofür benötigt man hier die Angabe der Frequenz?


2. Unser Lehrer hat (vergeblich) versucht, eine Analogie zwischen der
elektromagnetischen Welle und einer Seilwelle herzustellen. Ist das denn
überhaupt möglich? Soweit ich weis, ist eine elektromagnetische Welle
eine stehende Welle.


3. Wenn eine elektromagnetische Welle auf eine Metallwand trifft, wird
eine Sekundàrwelle erzeugt. Warum ist diese um PI phasenverschoben?


Ich hoffe, ihr könnt mir helfen.

Viele Grüße,
Matthias
 

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#1 Edgar Schmidtke
06/05/2008 - 20:58 | Warnen spam
Moin Matthias,

mein Physik-LK ist zwar schon eine Weile her und eine
vollstàndig erschöpfende Antwort auf alle Deine Fragen
habe ich auch nicht, aber ...

1. Im Physikbuch habe ich folgende Aufgabe: ...
Wofür benötigt man hier die Angabe der Frequenz?


Unter anderem weiss man nun, dass es sich um einen schwingenden
Dipol handelt soll. Ein solcher strahlt eine EM-Welle ab.
Es soll wohl kein statisches Feld skizziert werden. Ein statischer
elektrischer Dipol hat nicht notwendigerweise ein Magnetfeld.

2. Unser Lehrer hat (vergeblich) versucht, eine Analogie zwischen der
elektromagnetischen Welle und einer Seilwelle herzustellen. Ist das denn
überhaupt möglich?


Radio Eriwan antortet: "Im Prinzip ja, aber..."
Wie jeder Vergleich hinkt auch dieser.
Die Seilwelle ist eine Transversalwelle. In der Fernfeldnàherung
wird die EM-Welle zu einer ebenen Welle und der elektrische Feldvektor
steht senkrecht auf der Ausbreitungsrichtung (entlang des Seils).
Der Seilwelle fehlt halt der magnetische Feldvektor, der bei der
ebenen EM-Welle senkrecht auf der Ausbreitungsrichtung UND auf dem
elektrischen Feldvektor steht.

Soweit ich weis, ist eine elektromagnetische Welle eine stehende Welle.


Aeh ... nein.
Es gibt stehende EM-Wellen, aber nicht jede EM-Welle ist eine stehende.

3. Wenn eine elektromagnetische Welle auf eine Metallwand trifft, wird
eine Sekundàrwelle erzeugt. Warum ist diese um PI phasenverschoben?


Meinst Du mit "Sekundàrwelle" die reflektierte ?

Wenn ja, dann:
Damit ist die Gesamtfeldstàrke als Summe der ursprünglichen und
der reflektierten Welle an der Metallwand immer Null.

Experimenteller Befund:
a) Licht (EM-Welle) wird an Metalloberflàchen gespiegelt.
b) Kein Licht dringt ins Metall ein.
c) Die reflektierte Welle hat die gleiche Frequenz wie die
ursprüngliche Welle.

b) => Feldstàrke im Inneren Null.
Feldstàrke im Metall ist stetig, daher auch am Rand Null.

Zwei laufende Wellen A_{1,2}*sin(\vec{k}_{1,2}*\vec{x}-omega*t)
mit verschiedenen Ausbreitungsvektoren \vec{k}_{1} und \vec{k}_{2}
können bei x=0 (Oberflàche des Metalls) nur dann als Summe bei allen
Frequenzen omega und für alle Zeiten t
A*sin(omega*t)+B*sin(omega*t)=(A+B)*sin(omega*t)=0
Null ergeben, wenn A=-B ist. Den trivialen Fall A=B=0 lassen wir
außen vor, dann wàrs dunkel.
Wenn wir OBdA A=1 setzen, muss B=-1 sein.
Und es gilt "-sin(omega*t)=sin(omega*t+PI)".
Die Reflexion mit "-1" kann man auch als Reflexion mit "1"
und gleichzeitiger Phasendrehung um PI beschreiben.

Hoffe, geholfen zu haben.

mfg Edgar
++
| Edgar Schmidtke |
++

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