Hertzscher Dipol und Wellen < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) überfällig  | | Datum: | 14:22 So 04.03.2007 | | Autor: | oli_k |
Hallo,
einige Verständisfragen, nachdem ich mich sehr lange damit beschäftigt habe (sollten uns das alles selbst beibringen)...
1.) Die Wellen enstehen ja dadurch, dass die Elektronen sich im Stab hoch und runter bewegen... nach einer kompletten Schwingung soll nun eine Welle enstanden sein, bei der B- und E-Feld in Phase sind.
Aber: B- und E-Feld enstehen doch meines Wissens nach 90° phasenverschoben... Wenn die Elektronen oben im Stab sind, entsteht eine E-Welle, wenn sie dann in der Mitte sind durch das Feld um den Leiter ein B-Feld (nach 90°), wenn die Elektronen unten sind ein entgegengesetztes E-Feld (nach 180°) und dann nach 270° ein entgegengesetztes B-Feld.
Da sich E- und B-Feld nun wieder gegenseitig induzieren, müsste es doch nach einer Schwingung vier Wellen geben, von denen jeweils zwei entgegengesetzt sind.
Wo ist dabei mein Denkfehler?
2.) Das mit der Eigenfrequez hab ich nich nicht genau verstanden... Bewegen sich die Elektronen im Stab genauso schnell nach oben, wie sich die Amplitude der Welle dem Stab nähert? Dann ist es klar, da dann die Elektronen genau dann in die andere Richtung angeregt werden, wenn sie die Stabspitze erreicht haben... Aber in meinen Augen hat die Bewegung der Welle in x-Richtung zunächst mal garnichts mit der Bewegung der Elektronen im Stab in y-Richtung zu tun, da die sich doch wohl nicht in Lichtgeschwindigkeit durch den Stab bewegen?
Wie ist es sonst zu erklären, dass die Länge ein ganzzahliges Vielfaches d4er halben Wellenlänge sein muss?
(Nebenbei: Bei Radios ist die Länge der Antenne doch auch variabel und man hat eigentlich immer einen Empfang?)
3.) Ensteht etwa durch jedes E-Feld und jede Elektronenbewegung in Leitern ein Energieverlust im System in Form von abgestrahlten Wellen? Verliert somit jeder Stromkreis ständig Energie, auch wenn der Widerstand idealisiert 0 beträgt?
4.) Wenn doch ständig neue Wellen auf den Stab treffen, also immer neue Energie zugeführt wird... Warum schaukeln sich die Elektronen im Stab nicht immer weiter auf? Wo geht die Energie hin?
Wäre schön, wenn ich besonders zur ersten Frage eine Antwort vor heute Nacht bekommen kann :)
Danke
Oli
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 23:07 So 04.03.2007 | | Autor: | oli_k |
Wisst ihr denn echt auf keine der Fragen eine Anwort? Wäre so wichtig :(
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 02:32 Mo 05.03.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo oli
In deinen Worten unterscheidest du nicht zwischen momentannem el. und magnet. Feld und "Welle"
Es entstehen sicher nicht mehrere Wellen, sondern nur eine.
Wenn die ladungen am Ende sind, hat du grade das max. des el. Feldes in einer Richtung, wenn grade der max strom fliesst das max. magnetische feld in einer Richtung, dann das max el Feld in der anderen Richtung, danach das max. magnet. feld in der anderen Richtung. Das ist das sog. Nahfeld der Sendeantenne.
weiter entfern , fernfeld, sieh dir mal die bilder irgendwo im buch oder netz an.
2. solange ein sich aenderndes Magnetfeld auf einen leiter wirkt, bewegen sich elektronen in dem Leiter!, Wenn es sich in der anderen Richtung aendert andersrum, das ist die einfachste vorstellung. Wenn das in Resonanz mit der Antennenlaenge ist, kann sie besonders viel energie aufnehmen, wenn sie allein in der Welt stuende, wuerd sie die als sender auch wieder abstrahlen, da du aber i.A. einen Verbraucher dran gekoppelt hast, nimmt der die Energie auf.
Resonanz hat man nicht nur bei Wellenlaengen [mm] \lambda\2 [/mm] sondern auch bei Vielfachen davon, und auch ohne Resonanz kann die Antenne natuerlich Energie aufnehmen, nur nicht so viel, d.h. du empfaengst dann schwache Sender nicht mehr.
3.Jede Wechselstromleitung, die offen ist strahlt schwach in ihrem Nahbereich. je hoeher die Frequenz um so staerker.
4. weiter oben beantwortet.
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 18:28 Mo 05.03.2007 | | Autor: | oli_k |
Hi,
vielen Dank euch beiden!!
Das Video werd ich mir auf jeden Fall mal ansehen, Event_Horizon!
Aber nochmal die Frage:
Wie es im "Nahfeld" sein muss, ist mir klar. Wie entsteht aus diesen vier einzelnen Feldern (E,-E,B,-B) im "Fernfeld" jedoch eine einzige Welle OHNE Phasenverschiebung?
Das ist mir noch sehr unklar, der Rest leuchtet mir ein, nochmal Danke!
Oli
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Also, das sind mehrere Videos, nicht nur zum Dipol, sondern auch zu Parabolantennen, Phasenarrays, Linsen und der Brechung an optisch dichterem/leichteren Material... Am besten schaust du dir die Präsentation an, oder im Ordner Videos die index.html. Da steht zumindest ein wenig dazu, was man da sieht.
Generell kannst du dir aber die Videos gerne mal anschauen, um zu sehen, wie sich die Wellen ablösen. Dipol_oRBC oder so ähnlich schaut von oben drauf, und du siehst das Magnetfeld (Vergiß, was am oberen Bildrand passiert!)
Nun hat Leduart schon gesagt, daß das maximale Feld entsteht, wenn grade kein Strom fließt (die Elektronen also auf einem Ende der Antenne hocken), und andersrum das maximale mag. Feld, wenn grade der max Strom fließt. Zu diesen Zeitpunkten wird das andere Feld grade NICHT erzeugt.
Das heißt, beide Felder verhalten sich wie SIN und COS.
Es gibt aber noch einen Unterschied: Die beiden stehen exakt senkrecht aufeinander! Während das B-Feld konzentrische Kreise um den Dipol zieht, sieht das E-Feld eher aus, wie Zwiebelschalen. Naja, schau dir die Videos mal an.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 21:14 Mo 05.03.2007 | | Autor: | oli_k |
daß das maximale Feld entsteht, wenn grade kein Strom fließt (die Elektronen also auf einem Ende der Antenne hocken), und andersrum das maximale mag. Feld, wenn grade der max Strom fließt. Zu diesen Zeitpunkten wird das andere Feld grade NICHT erzeugt.
Ja, das habe ich ja schon verstanden :)
Wie du ja selbst erklärt hast, werden mit einer Schwingung HINTEREINANDER vier Felder gebildet... Jedoch erst E, dann B 90° verschoben, dann -E weitere 90° verschoben, dann -B weitere 90° verschoben, dann kommt nach 90° wieder E.
Wie werden vier von diesen Feldern auf längere Distanz nun zu EINER Welle? Warum schliessen sich nicht z.B. acht Felder zu einer Welle zusammen o.Ä.?
Das will nicht in meinen Kopf rein...
Danke
Oli
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Hallo!
Erstmal, das sind keine vier Felder, sondern nur zwei. Beide haben die Form einer Sinus-Funktion (bzw sin und cos, das berücksichtigt die 90° schon)
Dann bilden beide auch nicht eine einzige Welle, sondern das sind zwei völlig getrennte Felder, die aber dennoch zusammen eine untrennbare Einheit bilden Es ist eben NICHT eine Welle, sondern IMMER die zwei. Nur, weil die beiden so untrennbar zusammen gehören (und das nicht erst in einiger Entfernung, sondern IMMER), spricht man auch gerne von einer Welle, obwohl es zwei sind.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 21:52 Mo 05.03.2007 | | Autor: | oli_k |
Achso - Das gibt Sinn, danke!
Und warum genau trennen die sich vom Dipol ab und sind danach in sich geschlossen (Kreis)?
Vermutung: Da das E-Feld erst in die eine Richtung wirkt und dann in die andere, wird sozusagen ein ganzer Kreis "aufgezeichnet", der sich dann später abtrennt, die zwei entgegengesetzten Linien sich somit etwas auseinander ziehen und eine kreisähnliche Form bilden, in der das Feld ständig in die selbe Kreisrichtung, also mit bzw. gegen den Uhrzeigersinn geht?
Wird wohl totaler Schwachsinn sein, stimmt's?
Gute ppt übrigens, hab ich mir grad mal angeschaut.. Hat mir schon ein bisschen weitergeholfen, zusammen mit den Videos :) ! Aber Hertz schreibt sich nicht Herz ;)
Weiss nicht, ob ich heute nochmal hier rein komme, morgen steht Klausur an :(
Danke
Oli
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Naja, man könnte jetzt auch fragen, warum Seifenblasen sich eben abschnüren und zu Kugeln werden, und warum sich nicht (immer) nur ein langer Schlauch bildet...
Wenn du die Antenne anhalten könntest, wenn die Ladung grade ausgelenkt ist, dann würde sich dieses Dipolfeld, also von einer Spitze zur anderen, genau so ausdehnen, und irgendwann den ganzen Raum einnehmen. Sieht dann aus wie Feldlinien eines Dipolmagneten (das ist allerdings wieder was anderes...) Das ganze passiert mit Lichtgeschwindigkeit.
Wenn du jetzt die Antenne umpolst, würdest du sehen, wie sich das neue, dem alten entgegengesetzte Feld, ausbreitet.
Nun, tatsächlich passiert eben genau das, nur eben, daß die sich abwechselnden Felder so schnell hintereinander kommen, daß sich einzelne Wellenfronten bilden.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 17:51 Di 06.03.2007 | | Autor: | oli_k |
Ok,
danke für eure Hilfe!
Hat mir sehr geholfen :)
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Hallo!
Nochwas: Der Hertzsche Dipol ist kein [mm] $\lambda [/mm] /2$-Dipol. Der Hertzsche ist eine infinitesimal kleine Antenne, während der andere eben halb so lang wie die Welle ist.
Hertz:
Es wird angenommen, daß die Amplitude des Stromes auf der gesamten Antenne gleich ist. An jedem Punkt gilt sowas wie $I(t)=I_0sin(wt)$.
Real funktioniert das nicht, denn die Elektronen können sich ja nicht alle an exakt einer Spitze sammeln.
Die Ebene wird NICHT in Richtung der Antenne abgestrahlt, sondern hauptsächlich, aber nicht ausschließlich in die Ebene senkrecht zur Antenne.
[mm] $\lambda [/mm] /2$:
Die Länge der Antenne entspricht exakt der halben Wellenlänge, allerdings im Antennenmatierial! In Kupfer beträgt die Lichtgeschwindigkeit etwa 0,75% der Vakuumlichtgeschwindigkeit, deshalb sind Antennen auch nur 75% so groß. Wenn man eine lange Antenne aufwickelt, kann sie - für die gleiche Wellenlänge - eben kürzer ausfallen. Die Elektronen bewegen sich natürlich nicht mit Lichtgeschwindigkeit, aber eben die Wellenfront, die durch den Leiter rast. (kleine Änderungen des Luftdrucks bewegen sich auch mit Schallgeschwindigkeit, obwohl es die Moleküle nicht tun)
Nun, woher nun die Länge? Stell dir ein Elektron exakt in der Mitte der Antenne vor. Dieses wird in eine Richtung ausgelenkt, und weil dadurch eine Ladungsverschiebung auftritt, wird es von alleine wieder zurückkehren. Wenn die Dämpfung klein genug ist, wird es aber durchschwingen, und von alleine einen SIN-förmigen Strom darstellen. Das macht aber nicht nur das eine Elektron, das machen alle! Und zwar bildet sich eine stehende Welle auf der Antenne, das heißt, zu dem o.g. Term kommt noch eine Räumliche Komponente: [mm] $I(t)=I_0\sin(wt)*\sin\frac{l}{\lambda}$. [/mm] Stehende Welle, das heißt nun, daß l ein vielfaches von [mm] $\lambda [/mm] /2$ sein muß, nur dann fließt an den Spitzen der Antenne kein Strom, so, wie es sein soll.
Hier wird die Welle übrigens weitaus stärker in die Ebene konzentriert als bei Hertz!
Bei einer $3/2 [mm] \lambda [/mm] $-Antenne sieht das Feld übrigens ganz anders aus: In die Ebene senkrecht zum Dipol wird nur ein kleiner Teil abgestrahlt, der weitaus größte Teil wird in zwei Kegeln abgestrahlt, deren Achsen auf der Antenne liegen, und deren Spitzen exakt in Antennenmitte liegen. In alle anderen Richtungen, also insbesondere wieder in Richtung der Antenne selbst, wird wieder nichts abgestrahlt.
Wenn es dich interessiert, ich habe mal eine Simulation für EM-Felder geschrieben, dazu gibt es ![[]](/images/popup.gif) hier(460MB) einige Videos. Das sind allerdings XVID-Videos, und sie sind sehr groß, weil ich für die Präsentation damals maximale Qualität haben wollte.
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