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PhysikPhysik1,180 aufrufe·Aktualisiert May 31, 2026·6 Seiten

Einführung in elektromagnetische Schwingungen und Wellen

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emi @emiiixm

Elektromagnetische Wellen sind überall um uns herum - von Radiowellen...

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# PHYSIK KLAUSUR 2 1. elektromagnetische Wellen wiedermolung schwingkreis: C L T= 2TVL.C +=2 2TVL.C Beispiel: L 10mtt; c= 5nF →+L.C 1

Elektromagnetische Wellen und der Hertz'sche Dipol

Du kennst sicher Schwingkreise aus dem Unterricht - sie bestehen aus einer Spule (L) und einem Kondensator (C). Beim Hertz'schen Dipol passiert etwas Faszinierendes: Spule und Kondensator sind nicht mehr getrennt, sondern die elektrischen und magnetischen Felder greifen direkt ineinander.

Die Periodendauer berechnest du mit T=2πL⋅CT = 2\pi\sqrt{L \cdot C}. Will man hohe Frequenzen erreichen, müssen L und C klein werden - deshalb verwendet man bei Antennen oft nur eine "Windung" als Spule.

Merke dir: Beim Hertz'schen Dipol stehen E-Feld und B-Feld immer senkrecht zueinander und breiten sich als elektromagnetische Welle aus!

Das Coole daran: Diese Wellen brauchen keinen Träger wie Schallwellen die Luft - sie funktionieren sogar im Vakuum. Mikrowellen haben zum Beispiel eine Frequenz von $10^{10}$ Hz und eine Wellenlänge von 0,03 m.

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# PHYSIK KLAUSUR 2 1. elektromagnetische Wellen wiedermolung schwingkreis: C L T= 2TVL.C +=2 2TVL.C Beispiel: L 10mtt; c= 5nF →+L.C 1

Beugung - Wenn Wellen um die Ecke gehen

Beugung ist ein super wichtiges Phänomen, das du bei allen Wellen beobachten kannst - egal ob Laser, Wasserwellen oder Schall. Wenn eine Welle auf einen engen Spalt trifft, passiert etwas Erstaunliches: Sie wird nicht einfach "abgeschnitten", sondern breitet sich dahinter kreisförmig aus.

Von jedem Punkt des Spalts gehen sogenannte Elementarwellen aus. Je enger der Spalt, desto breiter die Ausbreitung dahinter - das ist der Grund, warum du um Ecken herum hören kannst.

Faustregel: Beugungseffekte werden besonders stark, wenn die Spaltbreite etwa so groß wie die Wellenlänge ist!

Beim Doppelspalt-Experiment wird's richtig spannend: Beide Spalte wirken als Zentren von Elementarwellen, die dahinter miteinander interferieren. Das führt zu den berühmten hellen und dunklen Streifen auf dem Schirm.

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# PHYSIK KLAUSUR 2 1. elektromagnetische Wellen wiedermolung schwingkreis: C L T= 2TVL.C +=2 2TVL.C Beispiel: L 10mtt; c= 5nF →+L.C 1

Interferenz beim Doppelspalt - Mathematik trifft Physik

Die Interferenzmuster beim Doppelspalt entstehen durch den Gangunterschied der Wellen. Für helle Streifen (Maxima) gilt: Δs=kλ\Delta s = k\lambda mit k = 0,1,2,... Für dunkle Bereiche (Minima): Δs=(2k−1)λ2\Delta s = (2k-1)\frac{\lambda}{2}.

Die Position der Maxima berechnest du mit yk=k⋅λ⋅agy_k = k \cdot \frac{\lambda \cdot a}{g}, wobei g der Spaltabstand und a der Schirmabstand ist. Bei kleinen Winkeln kannst du sin⁡(α)≈tan⁡(α)\sin(\alpha) \approx \tan(\alpha) setzen.

Praxis-Tipp: Mit diesem Aufbau kannst du die Wellenlänge eines Lasers super genau bestimmen - einfach die Maxima vermessen und einsetzen!

Ein roter Laser (633 nm) erzeugt bei 2m Schirmabstand Maxima 10. Ordnung, die 3,6 cm auseinanderliegen. So lassen sich unbekannte Wellenlängen experimentell bestimmen.

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# PHYSIK KLAUSUR 2 1. elektromagnetische Wellen wiedermolung schwingkreis: C L T= 2TVL.C +=2 2TVL.C Beispiel: L 10mtt; c= 5nF →+L.C 1

Gitter und Spektren - Licht in seine Farben zerlegen

Ein Gitter funktioniert wie viele Doppelspalte nebeneinander und erzeugt noch schärfere Interferenzmuster. Die Maxima liegen wieder bei sin⁡(αk)=kλg\sin(\alpha_k) = \frac{k\lambda}{g}, aber sie sind viel heller und schärfer als beim Doppelspalt.

Die maximale Anzahl der Maxima ist begrenzt: Da sin⁡(α)≤1\sin(\alpha) \leq 1 sein muss, gilt k<gλk < \frac{g}{\lambda}. Insgesamt siehst du also nur $2k_{max} + 1$ Maxima.

Spektroskopie: Mit Gittern kannst du weißes Licht in seine Farben zerlegen - rotes Licht wird stärker gebeugt als blaues!

Besonders interessant wird's mit Quecksilberdampflampen: Sie erzeugen charakteristische Linienspektren mit ganz bestimmten Wellenlängen violett:405nm,blau:436nm,gru¨n:546nm,gelb:577/579nmviolett: 405 nm, blau: 436 nm, grün: 546 nm, gelb: 577/579 nm. Jedes Element hat sein eigenes "Fingerabdruck"-Spektrum.

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# PHYSIK KLAUSUR 2 1. elektromagnetische Wellen wiedermolung schwingkreis: C L T= 2TVL.C +=2 2TVL.C Beispiel: L 10mtt; c= 5nF →+L.C 1

Beugung am Einzelspalt - Wenn ein Spalt reicht

Auch ein einzelner Spalt erzeugt Beugungsmuster! In der Mitte entsteht ein helles, aber unscharfes Maximum, umgeben von schwächeren Interferenzstreifen. Das liegt daran, dass von jedem Punkt des Spalts Elementarwellen ausgehen.

Die Minima berechnest du mit sin⁡(αk)=kλb\sin(\alpha_k) = \frac{k\lambda}{b} k=1,2,3,...k = 1,2,3,..., wobei b die Spaltbreite ist. Die Idee: Du teilst den Spalt gedanklich in zwei Hälften - Strahlen aus der oberen Hälfte löschen sich mit entsprechenden Strahlen aus der unteren Hälfte aus.

Wichtiger Unterschied: Beim Einzelspalt entstehen Minima bei kλb\frac{k\lambda}{b}, beim Doppelspalt Maxima bei kλg\frac{k\lambda}{g}!

Wenn du einen Doppelspalt aus zwei Einzelspalten baust, überlagern sich beide Effekte: Das typische Doppelspalt-Muster wird von der "Hüllkurve" des Einzelspalts moduliert.

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# PHYSIK KLAUSUR 2 1. elektromagnetische Wellen wiedermolung schwingkreis: C L T= 2TVL.C +=2 2TVL.C Beispiel: L 10mtt; c= 5nF →+L.C 1

Michelson-Interferometer und Brechung

Das Michelson-Interferometer ist ein geniales Gerät zur Präzisionsmessung. Ein Laserstrahl wird geteilt: Ein Teil geht zu einem festen Spiegel, der andere zu einem verschiebbaren. Beide Strahlen interferieren nach der Reflexion.

Je nach Spiegelposition siehst du auf dem Schirm helle oder dunkle Ringe. Eine Verschiebung des beweglichen Spiegels um nur λ4\frac{\lambda}{4} ändert das Interferenzbild von hell zu dunkel!

Anwendung: Mit diesem Prinzip lassen sich Entfernungen auf Nanometer-Genauigkeit messen!

Brechung und Dispersion zeigen weitere spannende Eigenschaften von Licht. Der Brechungsindex n=c0c1n = \frac{c_0}{c_1} beschreibt, wie stark Licht beim Übergang zwischen Medien abgelenkt wird. Da verschiedene Wellenlängen unterschiedlich stark gebrochen werden (Dispersion), lässt sich weißes Licht in einem Prisma in alle Regenbogenfarben zerlegen.

Wir dachten schon, du fragst nie...

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4.6/5App Store
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Die App ist sehr einfach zu bedienen und gut gestaltet. Ich habe bisher alles gefunden, wonach ich gesucht habe, und konnte viel aus den Präsentationen lernen! Ich werde die App definitiv für ein Schulprojekt nutzen! Und natürlich hilft sie auch sehr als Inspiration.

Stefan SiOS-Nutzer

Diese App ist wirklich super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen [...]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat so viele Möglichkeiten zur Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde sie jedem empfehlen.

Samantha KlichAndroid-Nutzerin

Wow, ich bin wirklich begeistert. Ich habe die App einfach mal ausprobiert, weil ich sie schon oft beworben gesehen habe und war absolut beeindruckt. Diese App ist DIE HILFE, die man für die Schule braucht und vor allem bietet sie so viele Dinge wie Übungen und Lernzettel, die mir persönlich SEHR geholfen haben.

AnnaiOS-Nutzerin

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Einführung in elektromagnetische Schwingungen und Wellen

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Elektromagnetische Wellen sind überall um uns herum - von Radiowellen bis hin zu sichtbarem Licht. Diese Zusammenfassung erklärt dir, wie sie entstehen, sich ausbreiten und warum sie so wichtige Eigenschaften wie Beugung und Interferenz zeigen.

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Elektromagnetische Wellen und der Hertz'sche Dipol

Du kennst sicher Schwingkreise aus dem Unterricht - sie bestehen aus einer Spule (L) und einem Kondensator (C). Beim Hertz'schen Dipol passiert etwas Faszinierendes: Spule und Kondensator sind nicht mehr getrennt, sondern die elektrischen und magnetischen Felder greifen direkt ineinander.

Die Periodendauer berechnest du mit T=2πL⋅CT = 2\pi\sqrt{L \cdot C}. Will man hohe Frequenzen erreichen, müssen L und C klein werden - deshalb verwendet man bei Antennen oft nur eine "Windung" als Spule.

Merke dir: Beim Hertz'schen Dipol stehen E-Feld und B-Feld immer senkrecht zueinander und breiten sich als elektromagnetische Welle aus!

Das Coole daran: Diese Wellen brauchen keinen Träger wie Schallwellen die Luft - sie funktionieren sogar im Vakuum. Mikrowellen haben zum Beispiel eine Frequenz von $10^{10}$ Hz und eine Wellenlänge von 0,03 m.

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Beugung - Wenn Wellen um die Ecke gehen

Beugung ist ein super wichtiges Phänomen, das du bei allen Wellen beobachten kannst - egal ob Laser, Wasserwellen oder Schall. Wenn eine Welle auf einen engen Spalt trifft, passiert etwas Erstaunliches: Sie wird nicht einfach "abgeschnitten", sondern breitet sich dahinter kreisförmig aus.

Von jedem Punkt des Spalts gehen sogenannte Elementarwellen aus. Je enger der Spalt, desto breiter die Ausbreitung dahinter - das ist der Grund, warum du um Ecken herum hören kannst.

Faustregel: Beugungseffekte werden besonders stark, wenn die Spaltbreite etwa so groß wie die Wellenlänge ist!

Beim Doppelspalt-Experiment wird's richtig spannend: Beide Spalte wirken als Zentren von Elementarwellen, die dahinter miteinander interferieren. Das führt zu den berühmten hellen und dunklen Streifen auf dem Schirm.

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Interferenz beim Doppelspalt - Mathematik trifft Physik

Die Interferenzmuster beim Doppelspalt entstehen durch den Gangunterschied der Wellen. Für helle Streifen (Maxima) gilt: Δs=kλ\Delta s = k\lambda mit k = 0,1,2,... Für dunkle Bereiche (Minima): Δs=(2k−1)λ2\Delta s = (2k-1)\frac{\lambda}{2}.

Die Position der Maxima berechnest du mit yk=k⋅λ⋅agy_k = k \cdot \frac{\lambda \cdot a}{g}, wobei g der Spaltabstand und a der Schirmabstand ist. Bei kleinen Winkeln kannst du sin⁡(α)≈tan⁡(α)\sin(\alpha) \approx \tan(\alpha) setzen.

Praxis-Tipp: Mit diesem Aufbau kannst du die Wellenlänge eines Lasers super genau bestimmen - einfach die Maxima vermessen und einsetzen!

Ein roter Laser (633 nm) erzeugt bei 2m Schirmabstand Maxima 10. Ordnung, die 3,6 cm auseinanderliegen. So lassen sich unbekannte Wellenlängen experimentell bestimmen.

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Die maximale Anzahl der Maxima ist begrenzt: Da sin⁡(α)≤1\sin(\alpha) \leq 1 sein muss, gilt k<gλk < \frac{g}{\lambda}. Insgesamt siehst du also nur $2k_{max} + 1$ Maxima.

Spektroskopie: Mit Gittern kannst du weißes Licht in seine Farben zerlegen - rotes Licht wird stärker gebeugt als blaues!

Besonders interessant wird's mit Quecksilberdampflampen: Sie erzeugen charakteristische Linienspektren mit ganz bestimmten Wellenlängen violett:405nm,blau:436nm,gru¨n:546nm,gelb:577/579nmviolett: 405 nm, blau: 436 nm, grün: 546 nm, gelb: 577/579 nm. Jedes Element hat sein eigenes "Fingerabdruck"-Spektrum.

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Die Minima berechnest du mit sin⁡(αk)=kλb\sin(\alpha_k) = \frac{k\lambda}{b} k=1,2,3,...k = 1,2,3,..., wobei b die Spaltbreite ist. Die Idee: Du teilst den Spalt gedanklich in zwei Hälften - Strahlen aus der oberen Hälfte löschen sich mit entsprechenden Strahlen aus der unteren Hälfte aus.

Wichtiger Unterschied: Beim Einzelspalt entstehen Minima bei kλb\frac{k\lambda}{b}, beim Doppelspalt Maxima bei kλg\frac{k\lambda}{g}!

Wenn du einen Doppelspalt aus zwei Einzelspalten baust, überlagern sich beide Effekte: Das typische Doppelspalt-Muster wird von der "Hüllkurve" des Einzelspalts moduliert.

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Je nach Spiegelposition siehst du auf dem Schirm helle oder dunkle Ringe. Eine Verschiebung des beweglichen Spiegels um nur λ4\frac{\lambda}{4} ändert das Interferenzbild von hell zu dunkel!

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