Es geht zunächst einmal darum, dass du das allgemeine Prinzip zur Entstehung von EM-Wellen verstehst. Dazu schauen wir uns zuerst an, was man überhaupt unter einer Welle versteht. Es heißt, dass diese die Ausbreitung einer Störung ist (F1). Um das zu verstehen, sehen wir uns zwei konkrete Beispiele an.
Wenn etwas in eine Flüssigkeit fällt, wird diese nach unten gedrückt. Weil sie sich praktisch nicht zusammendrücken lässt, muss sie auf die Seite ausweichen. Dadurch entsteht eine Kreiswelle, die sich von der Einschlagstelle entfernt. Die Flüssigkeitswelle wurde also durch eine Störung der Oberfläche verursacht (Abb. 33.3).
Im Inneren eines Blitzes kann es 30.000 CC heiß werden! Die heiße Luft dehnt sich extrem schnell aus und wird nach außen hin zusammengedrückt. Diese Störung der Dichte erzeugt eine Schallwelle, die du als Donner hörst.
Das waren nur zwei Beispiele, aber ähnliche Überlegungen kann man für alle Formen von Wellen anstellen. Man kann daher allgemein und etwas unromantisch formulieren: Eine Welle ist die Ausbreitung einer Störung.
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Flüssigkeitswelle und Donner werden, wie alle Wellen, durch eine Störung verursacht.
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Was muss man stören, um eine elektromagnetische Welle auszulösen? Ein elektrisches Feld! Um das zu verstehen, sehen wir uns eine zunächst ruhende elektrische Ladung an. Die Feldlinien zeigen radial nach außen und geben Information darüber, wo sich die Ladung befindet.
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Schematische Darstellung, wie durch das Beschleunigen einer Ladung eine Störung des elektrischen Feldes und somit auch des magnetischen Feldes entsteht. Bei c streicht die elektromagnetische Welle gerade am Beobachter vorbei.
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Nun wird die Ladung ruckartig nach oben wegbewegt, also beschleunigt (b und c). Die Information über diese Bewegung kann sich aber nur mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten (F3). Das ist eine der Grundaussagen der speziellen Relativitätstheorie.
Daher „wissen„ außerhalb eines kreisförmigen, sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitenden Bereichs die Feldlinien noch nichts von der Bewegung der Ladung, wodurch ein Knick entsteht. Das ist eine Störung, und das Weiterlaufen dieser Störung ist die elektromagnetische Welle.
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James Clerk Maxwell
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Wo ist aber nun der magnetische Anteil der Welle? Und hier kommt James Clerk Maxwell ins Spiel. Maxwell konnte 1856 auf rechnerischem Weg Folgendes zeigen: Ein veränderliches elektrisches Feld erzeugt ein magnetisches Feld und ein veränderliches magnetisches Feld erzeugt ein elektrisches Feld. Kurz kann man also sagen: Veränderliche elektrische und magnetische Felder erzeugen einander gegenseitig. Sie sind untrennbar miteinander verbunden und bilden gemeinsam eine elektromagnetische Welle. Das erklärt, warum der vorbeilaufende Knick des elektrischen Feldes auch eine magnetische Komponente besitzt. An dem Ort, an dem die elektrische Schockwelle gerade vorbei streicht, ändert sich das elektrische Feld und erzeugt somit auch ein magnetisches.
Die in obiger Abb. dargestellte Welle ist ein elektromagnetischer Puls, weil die Ladung nur einmal kurz beschleunigt wird. Das ist vergleichbar mit einem Donner oder einem Knall. Damit eine kontinuierliche EM-Welle mit immer wiederkehrenden Bergen und Tälern entsteht (das würde beim Schall einem Dauerton entsprechen), braucht man einen sich ständig wiederholenden Vorgang, bei dem die Ladung zu jedem Zeitpunkt beschleunigt wird. Künstlich kann man das zum Beispiel in einem Schwingkreis oder einem Magnetron im Mikrowellenherd erzeugen.
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a) Eine Störung des elektrischen Feldes läuft an dir vorbei. Es ist ein Ausschnitt aus obiger Abb. c mit mehr eingezeichneten Feldlinien,
b) Eine andere, üblichere Darstellung: Beim Vorbeilaufen des Knicks entsteht ein veränderliches elektrisches Feld, das wiederum ein magnetisches Feld erzeugt. Die beiden Felder stehen normal zueinander.
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