Experiment: Nachweis elektromagnetischer Wellen 51.1 E1 Verwende eine Sende- und Empfangsanlage wie sie in 50.4 schematisch dargestellt ist. Ein Lämpchen (1 V/0,01 A) in der Empfangsantenne zeigt die in der Antenne induzierten Ströme an. Verändere zuerst den Abstand zwischen Sender und Empfänger. Was passiert? Nimm nun ein ausgeschaltetes Handy und halte es neben den Empfangsdipol mit dem Lämpchen. Schalte das Handy ein und beobachte die Lampe. Beschreibe und erkläre deine Beobachtungen. Radio (Rundfunk) Radiowellen sind elektromagnetische Wellen, die sich wesentlich schneller und weiter als Schallwellen bewegen. Zur Übertragung von akustischen Signalen verwendet man üblicherweise elektromagnetische Wellen mit Frequenzen, die im Bereich zwischen 100 kHz und 100 MHz liegen. Ein Hochfrequenzgenerator erzeugt diese Schwingungen, die einer auf Resonanz abgestimmten Sendeantenne zugeführt werden. Die Elektronen in der Antenne werden durch das Feld beschleunigt, und es entstehen hochfrequente Wechselströme. Diese verursachen ein elektromagnetisches Feld, das sich als elektromagnetische Welle im Raum ausbreitet. Zur Übertragung von Informationen mit einem Radiosender ist es notwendig, die gleichmäßige, hochfrequente elektromagnetische Welle, die der Sender abstrahlt, so zu beeinflussen, dass sie zum Träger der Information wird, d. h. die Trägerwelle wird moduliert. Dabei kann man entweder die Amplitude der Welle (Amplitudenmodulation = AM) oder die Frequenz des Senders (Frequenzmodulation = FM) verändern (siehe 51.1). Beispielhaft wird im Folgenden die Amplitudenmodulation beschrieben. Ein Schwingkreis erzeugt die hochfrequente Trägerwelle des Senders. Die niederfrequente Wechselspannung, die man am Ausgang des Mikrofons erhält, moduliert die Trägerwelle, d. h. die Amplitude der Hochfrequenzschwingung wird im Rhythmus der Tonsignale verändert. Diese „amplitudenmodulierte Schwingung“ wird nach entsprechender Verstärkung der Sendeantenne zugeführt und ausgestrahlt. In der Antenne des Empfängers bringt die einfallende elektromagnetische Welle Ladungen zum Schwingen, wobei die Programme vieler Rundfunksender zu diesen Schwingungen beitragen. Erst ein mit der Antenne gekoppelter geschlossener Schwingkreis wählt aus dem Gemisch die Hochfrequenzschwingung des gewünschten Senders aus. Dazu wird die Resonanzfrequenz des Empfangsschwingkreises mit einem regelbaren Kondensator auf die Frequenz des gesuchten Senders eingestellt. Das Signal wird anschließend gleichgerichtet, verstärkt und zu einem Lautsprecher übertragen. Untersuche, überlege, forsche: Funkuhr und Unterwasserkabel 51.1 S1 Funkuhren bekommen ihre Informationen über so genannte Zeitzeichensender, die wiederum an Atomuhren gekoppelt sind. Es werden dabei Radiowellen mit großer Reichweite eingesetzt. Sammle Informationen über Zeitzeichensender und erkläre, warum die verwendeten Antennen sehr groß sind. 51.2 S1 Sammle Informationen über die Bedeutung von Unterwasserkabeln für die Datenübertragung zwischen Kontinenten und erkläre, warum diese so wichtig sind. Recherchiere auch, wie diese Kabel verlegt werden. Fernsehen und Internet Die wichtigsten Medien unserer Zeit sind Internet und Fernsehen. Wie sehr sie unser Denken und Handeln beeinflussen, ist uns oft nicht bewusst, und die volle Tragweite des Umgangs mit diesen Medien ist noch wenig untersucht. Fernsehen ist die Übertragung von Bildern mit Hilfe elektromagnetischer Wellen. Dabei werden die mit einer Fernsehkamera aufgenommenen Bilder gespeichert, es werden also optische Signale in elektrische umgewandelt. Diese werden verstärkt und von einem Sender in Form von elektromagnetischen Wellen abgestrahlt. Die Empfangsantenne wandelt diese Signale wieder in elektrische Signale um, die Umwandlung zurück in optische Signale (Bilder) erfolgt im Fernsehgerät. 51.1 Amplituden- bzw. Frequenzmodulation einer hochfrequenten Trägerwelle mit einem niederfrequenten Signal. Zeit t Sinusträger Tonfrequenzsignal Amplitudenmodulation (AM) Frequenzmodulation (FM) Zeit t Zeit t Zeit t 51.2 Die Abbildung zeigt einen Fernseh- und Funksender, der Fernsehsignale (kürzere Wellenlänge, blau) und Radiowellen (längere Wellenlänge, rot) zu einem Empfänger überträgt. Der Hügel stellt ein Hindernis zwischen Sender und Empfänger dar. Die längeren Wellenlängen (Funkwellen) breiten sich aufgrund der Beugung so aus, dass der Funkempfang im Haus gut ist. Die kürzeren Wellenlängen (Fernsehwellen) werden gebeugt, sodass der Fernsehempfang im Haus schlecht ist, da er durch den Hügel behindert wird. 51.3 Eine große Zahl von Unterwasser-Glasfaserkabeln verbinden Kontinente, Länder und Inseln. Da die Wartung technisch aufwendig ist, müssen sie robust gebaut sein. Das Bild zeigt die Verankerung des „schnellsten“ Datenkabels zwischen den USA und Europa. Es taucht in Virginia Beach ins Meer und kommt in Bilbao wieder an die Oberfläche. 51 4 Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Elektromagnetische Wellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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