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13. Elektromagnetische Wellen Physik für Informatiker
13. Elektromagnetische Wellen
13.1 Eigenschaften elektromagnetischer Wellen13 2 E l kt ti h W ll13.2 Erzeugung elektromagnetischer Wellen13.3 Das elektromagnetische Spektrum13 4 A b it ( l kt ti h ) W ll13.4 Ausbreitung (elektromagnetischer) Wellen13.5 Reflexion und Brechung13 6 B13.6 Beugung
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El kt ti h W ll i d t l
13.1 Eigenschaften elektromagnetischer Wellen
Elektromagnetische Wellen sind transversal.
W ll f k i ( B )Wellenfunktion (z.B.):
E und B sind senkrecht zueinander E d B i d h l i h (h i h W ll )
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E und B sind phasengleich (harmonische Wellen)
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13.2 Erzeugung elektromagnetischer Wellen
Oszillierender Dipolt l kt i herzeugt elektrische
und magnetische Felder.
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Elektrische Dipolantenne mit Wechselstrom gespeist
Das elektrische Feld entfernt sich mit Lichtgeschwindigkeit.
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Elektrische Dipolantenne für den Empfangelektromagnetischer Strahlung
Das Wechsel-E-Feld erzeugt Wechselstrom in der Antenne.
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Ringantenne für den Empfang elektromagnetischer Strahlung
Wechsel-B-Feld führt zu einem sich ändernden Fluss ΦB
induzierter Wechselstrom im Ring
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13 3 D l kt ti h S kt13.3 Das elektromagnetische Spektrum
- Radiowellen (AM: 550 – 1600 kHz, FM: 88 – 108 MHz):k k i h St ö illi i A tmakroskopische Ströme oszillieren in Antennen
- Mikrowellen (109 – 1011) Hz: elektronische Schaltkreise
- Infrarotstrahlung (1011 – 1014) Hz: heiße Körper
- Lichtwellen ca. 101 4Hz: atomare Übergänge
- Ultraviolette Strahlung (1014 – 1017) Hz: angeregte Atome
g g
- Röntgenstrahlung (1017 – 1019) Hz: atomare Übergänge, Beschleunigung von Ladungen
- Gammastrahlung ( > 1019 Hz) Kernübergänge, Abbremsung höchstenergetischer Teilchen, Z hl M i
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Zerstrahlung von Materie
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iElektromagnetischeSpektrum
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13.4 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen
Beschreibung der Ausbreitung durch Strahlenesc e bu g de usb e u g du c S e
Wellenfront = Orte mit Oszillationen gleicher PhaseStrahlen = Linie entlang Bewegungsrichtung der WelleStrahlen = Linie entlang Bewegungsrichtung der Welle
senkrecht zur Wellenfront
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13.5 Reflektion und Brechung
Annahme: Welle von Medium 1 in Medium 2Annahme: Welle von Medium 1 in Medium 2Beobachtung: Brechung und/oder Reflexion
Richtungen einlaufender, reflektierter , gebrochener Welle in einer Ebene senkrecht zur Trennfläche der Materialien
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13. Elektromagnetische Wellen Physik für Informatiker
ReflexionEinfallswinkel Θ1 gleich Ausfallswinkel Θr
Θ1 = Θr
Verhältnis von sin Θ1 zu sin Θ2 = KonstanteBrechung
n11 2
n2 n n<n1,n2: Brechzahlen Medium 1, Medium 2
mit n = c/v
n2
n
n1 n2<
mit n c/v
Snellius‘sches Brechungsgesetzn1
n2
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2
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Brechung
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13. Elektromagnetische Wellen Physik für Informatiker
Totalreflexion
Mit zunehmendem Θ1 wird Θ2 größern2
Mit zunehmendem Θ1 wird Θ2 größer
(n1 > n2)
n1
Totalreflexion falls Θ2 > 90o
Grenzwinkel Θκ der Totalreflexion:
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Beispiele Totalreflexion
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Luftspiegelung (Fata Morgana)
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13.6 Beugung von Wellen
Spaltgröße >> Wellenlänge => keine BeugungSpaltgröße = (<) Wellenlänge => Beugung
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Speicherdichte CD, DVD, Blu(e) -Ray
Pit
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El kt ti h W ll i t f iElektromagnetische Wellen interferierenBeispiel: Beugung an Blende
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