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Elektromagnetische Wellen einer Antenne – E ⊥ B, c = 1/√(μ₀ε₀), c = fλ, Polarisation

PhysikSchwingungen und WellenAlter 17–18

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Ein drehbares 3D-Modell: Ladungen, die in einer Halbwellen-Dipolantenne schwingen, strahlen eine elektromagnetische Welle ab, deren elektrisches Feld E und magnetisches Feld B senkrecht zueinander und zur Ausbreitungsrichtung stehen, in Phase schwingen und sich mit c = 1/√(μ₀ε₀) ausbreiten. Ändern Sie die Frequenz, um die Wellenlänge λ = c/f und die Lage der Welle im Spektrum zu sehen, drehen Sie die Empfangsantenne, damit das Signal cos θ folgt, und stellen Sie einen Block mit Brechzahl n in den Weg, der die Welle auf v = c/n verlangsamt.

Lektion: Elektromagnetische Wellen: Entstehung durch beschleunigte Ladungen, E ⊥ B, c = 1/√(μ₀ε₀), c = fλ, Polarisation, Sende- und Empfangsantenne

Was sie zeigt

Ein Wechselstrom beschleunigt Ladungen entlang einer Dipolantenne, und beschleunigte Ladungen strahlen elektromagnetische Wellen ab. Das elektrische Feld E ist parallel zur Antenne, das magnetische Feld B steht senkrecht auf E, und beide stehen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung: Die Welle ist transversal. E und B schwingen in Phase mit B₀ = E₀/c, und die Maxwell-Theorie liefert die Geschwindigkeit c = 1/√(μ₀ε₀). Ein Dipol sendet linear polarisierte Wellen aus, daher nimmt eine um θ gedrehte Empfangsantenne nur E cos θ auf. In einem Stoff mit Brechzahl n wird die Welle auf v = c/n langsamer und ihre Wellenlänge sinkt auf λ/n, die Frequenz bleibt aber gleich.

So funktioniert es

Ziehen Sie den Regler Frequenz f und beobachten Sie, wie sich die Wellenlängenklammer, die Antennenlänge λ/2 und die rote Marke im Spektrum ändern. Drehen Sie den Regler Empfängerwinkel θ und vergleichen Sie die grüne Kurve auf dem Oszilloskop mit der gelben. Erhöhen Sie Brechzahl n, um einen Block in den Weg zu stellen. Setzen Sie ein Häkchen bei Abstrahlcharakteristik, um zu sehen, wohin die Antenne am stärksten abstrahlt. Neu starten schickt eine neue Wellenfront los; ziehen Sie die 3D-Ansicht zum Drehen oder wechseln Sie zu 2D.

Einstellbare Parameter

  • Frequenz f 100–1000 MHz
  • Winkel zwischen Empfangsantenne und E 0–90 °
  • Brechzahl n des Blocks (1 = kein Block) 1–2
  • Ansicht 3D, drehbar, 2D (Schrägbild)
  • Abstrahlcharakteristik zeigen

Fragen zum Erkunden

  1. Was geschieht mit der Wellenlänge und der Länge der Halbwellenantenne, wenn Sie die Frequenz verdoppeln?
  2. Warum empfängt eine Antenne, die um 90° gegen die Sendeantenne gedreht ist, kein Signal?
  3. Welche Größen ändern sich, wenn die Welle in einen Block mit n = 1,5 eintritt, und welche bleibt gleich?

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