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Eigenschaften elektromagnetischer Wellen

Die elektromagnetischen Wellen haben wie alle anderen Wellen folgende fundamentalen Eigenschaften (siehe auch Kapitel Schwingungen und Wellen- Grundlagen):

Zusammenfassung bisheriger Ergebnisse

  • Reflexion: Elektromagnetische Wellen können an Oberflächen reflektiert werden. Es gilt dabei das besprochene Reflexionsgesetz.
  • Brechung: Elektromagnetische Wellen werden beim Übergang von einem Medium in ein anderes gebrochen. Es gilt das bekannte Brechungsgesetz. Im Vakuum breiten sich elektromagnetische Wellen mit der Lichtgeschwindigkeit $c$ aus. Geht eine elektromagnetische Welle vom Vakuum in ein anderes Medium über, so ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit von $c$ auf $v$. Das Brechungsgesetz lautet dann, wenn $\alpha$ der Einfallswinkel im Vakuum und $\beta$ der Brechungswinkel im Medium ist : $\frac{\sin{\alpha}}{\sin{\beta}}=\frac{c}{v}=\frac{\lambda_1\cdot f}{\lambda_2\cdot f}=\frac{\lambda_1}{\lambda_2}$. Dabei wurde ausgenutzt, dass die Frequenz der elektromagnetischen Welle beim Übergang konstant bleibt. $\lambda_1$ und $\lambda_2$ sind die Wellenlängen in den entsprechenden Medien.
  • Beugung: Treffen elektromagnetische Wellen auf ein Hindernis (z.B. eine Metallplatte), so lassen sie sich auch hinter diesem Hindernis nachweisen.
  • Interferenz: Elektromagnetische Wellen können sich überlagern (sie interferieren). Bei der Interferenz gilt das Superpositionsprinzip. So kann man zum Beispiel mit Hilfe eines Mikrowellensenders und einer Metallplatte, zwei entgegenlaufende Wellen erzeugen, die zu einer stehenden Welle interferieren.

Die Interferenzeigenschaft von elektromagnetischen Wellen wird uns noch häufig begegnen. So beispielsweise bei spektroskopischen Analysen, bei denen man die Wellenlänge von bestimmtem Licht misst.

Elektromagnetisches Spektrum

Elektromagnetische Wellen breiten sich im Vakuum mit (konstanter) Lichtgeschwindigkeit $c$ aus. Daher gilt die Gleichung $c=\lambda\cdot f$ oder wenn man nach der Wellenlänge auflöst

$\lambda=c\cdot \frac{1}{f}$.

Verändert man die Frequenz, so ergeben sich alle möglichen Wellenlängen $\lambda$ des elektromagnetischen Spektrums. Dieses beinhaltet sehr kleine Wellenlängen (kosmische Strahlung, $\gamma$-Strahlung) und sehr große Wellenlängen (Wechselfelder, hertzsche Wellen).

Einen Ausschnitt des elektromagnetischen Spektrums zeigt folgende Tabelle:

Frequenz Wellenlänge

Anwendung/

Vorkommen

Hertzsche Langwelle

30-300 kHz 10-1 km Radio & Funk

Mikrowelle (UHF)

300-3000 MHz 1-0,1 m

Mobil- & Satellitenfunk,

"Mikrowellen"

Infrarotlicht (IR)

$3\cdot 10^{11}$-

$3,9\cdot 10^{14}$Hz

1mm-

0,77$\mu$m

Fernbedienungen, Wärme

sichtbares Licht

$3,9\cdot 10^{14}$-

$8,3\cdot 10^{14}$Hz

770 -

360 nm

Glühlampen, Halogenlampen, LEDs

UV-Licht

$8,3\cdot 10^{14}$-

$3\cdot 10^{16}$ Hz

360-

10 nm

Lasertechnologien

Röntgen-

strahlung

$3\cdot 10^{16}$-

$3\cdot 10^{21}$Hz

10-

$10^{-4}$nm

medizinsche Röntgen-

diagnostik

$\gamma$-Strahlung

$3\cdot 10^{21}$-

$3\cdot 10^{23}$Hz

$10^{-4}$-

$10^{-6}$nm

medizinische Strahlentherapie

kosmische Strahlung

$>> 3\cdot 10^{23}$Hz

$<<10^{-15}$m

Teilchenphysik

Da natürliches Licht alle oben erwähnten Eigenschaften hat, ist es konsequenterweise eine elektromagnetische Welle.

Beispiel

Natürliches oder sichtbares Licht gehört damit zum elektromagnetischen Spektrum.

Ergänzung- Polarisation
  • Bei der elektromagnetischen Welle handelt es sich darüber hinaus um eine Transversalwelle. Denn die E- und B- Felder stehen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle. Daher besitzen elektromagnetische Wellen eine weitere Eigenschaft, die man als Polarisation bezeichnet.

Details dazu werden auf den folgenden Seiten vermittelt.

Multiple-Choice
Eine elektromagnetische Welle (z.B. von einem Sendedipol) breitet sich zunächst im Vakuum aus. Nun stößt die Welle auf ein zweites Medium (Flüssigkeit), indem sich ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit auf $0,111\cdot c$ verändert. ($c$ sei die Lichtgeschwindigkeit)

Wie lautet dann das Verhältnis der Wellenlängen $\lambda_2:\lambda_1$ in den beiden Medien?
$\lambda_1$: Wellenlänge der Welle im Medium I (Vakuum)
$\lambda_2$: Wellenlänge der Welle im Medium II (Flüssigkeit)
0/0
Lösen

Hinweis:

Bitte kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. Es können auch mehrere Aussagen richtig oder alle falsch sein. Nur wenn alle richtigen Aussagen angekreuzt und alle falschen Aussagen nicht angekreuzt wurden, ist die Aufgabe erfolgreich gelöst.

Vorstellung des Online-Kurses ElektromagnetismusElektromagnetismus
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Elektromagnetismus

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      • Einleitung zu Induktion- Magnetischer Fluss
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