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Versuchsaufbau zu den erzwungenen Schwingungen:
Ein Sinusgenerator erzeugt in einer Spule ein sinusförmiges B-Feld, was in der Spule im Schwingkreis eine sinusförmige Wechselspannung induziert: also dort die Schwingung induziert. (Induktive Kopplung über das Magnetfeld)
Bei der Resonanzfrequenz w = 1/Ö(LC) schwingt der Schwingkreis optimal.
Hochfrequenter Schwingkreis:
Um die Resonanzfrequenz zu erhöhen, müssen Kapazität C = e0 A/d und Induktivität L = m0 n/l2 A deutlich verringert werden:
 | L = 630 H, C = 0,04 mF Þ f = 1 Hz
| L = 630 mH, C = 40 nF Þ f = 1 kHz
| L = 0,630 mH, C = 40 pF Þ f = 1 MHz
| |
Dies erreichen wir durch eine immer geringere Fläche und einen größeren Abstand beim Kondensator und immer weniger Windungen bei der Spule:
Der "extreme" Schwingkreis besteht somit nur noch aus einem geraden Drahtstück: der Hertz-Dipol! (nach Heinrich Hertz, Ende des 19. Jhdt., Karlsruhe)
Der Hertz-Dipol
Experiment: Ein Hertz-Dipol (veränderliche Länge) mit einem Lämpchen
in der Mitte wird in die Nähe eine Hochfrequenzgenerators gebracht. Wird die Länge
verstellt, so gibt es eine Einstellung, bei der das Lämpchen maximale
Helligkeit zeigt: Resonanz - ein Schwingkreis!
Deutung: An den Spitzen des Dipols entstehen im Wechsel Plus- und
Minuspole. Dies führt zu einem Strom, der ein Magnetfeld erzeugt.
Die
Restinduktivität hält den Strom auch nach dem Ladungsausgleich aufrecht, bis
die Spitzen entgegengesetzt geladen sind.
Und dann geht es umgekehrt weiter.
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|
Dort ist somit auch das ringförmige B-Feld maximal. Weiter außen ist das B-Feld schwächer. Zu diesem Zeitpunkt ist die Ladung ausgeglichen und es gibt somit kein E-Feld |
In
der Stabmitte ist die Stromstärke zu den Zeitpunkten t = T/4,Wenn wir uns auf die Felder beschränken:
| t = 0: E-Feld maximal, B-Feld = 0;
| 0 < t < T/4: E-Feld treibt die Ladungen an, der Strom steigt:
B-Feld steigt ( |  .
Ein veränderliches B-Feld induziert ein elektrisches Wirbelfeld, das seiner
Ursache - den immer stärker nach unten fließenden Elektronen -
entgegenwirkt und so den Anstieg abbremst
t = T/4: E-Feld = 0 (da Ladungsausgleich); B-Feld maximal (da Strom
maximal).
| T/4 < t < T/2: Ohne E-Feld sinkt die Stromstärke und somit
das B-Feld ( |  ),
wodurch ein elektrisches Wirbelfeld erzeugt wird, dass seiner Ursache - dem
Rückgang des Stroms - entgegenwirkt und so die Elektronen weiter nach unten
treibt: das E-Feld steigt wieder. ... und dann wieder rückwärts ... und
dann immer weiter ... |
Die elektromagnetische Welle
Die grundlegende Frage lautet: Breiten sich diese elektromagnetischen Schwingungen in den Raum außerhalb der direkten Umgebung des Hertz-Dipols aus?
Faradays Entdeckungen führten für ihn auf folgendes Analogon:
Wie eine Schallwelle breiten sich die elektrischen und magnetischen Felder aus: es gibt elektromagnetische Wellen.
Experimentelle Untersuchungen ergeben:
| Analogie 1: Endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit
| Analogie 2: Reflexion
| Analogie 3: Interferenz
| Analogie 4: Stehende Wellen (damit lässt sich die Wellenlänge bestimmen
und über c = lf die
Ausbreitungsgeschwindigkeit bestimmen) | |
