HTW Chur: Telekommunikation und Informatik: Physik      

P7.09: Elektromagnetische Wellen, Radiowellen

Lernziele:

  • Die Entstehung von elektromagnetischen Wellen kennen und auch mit Hilfe der Maxwell-Gleichungen erklären können.
  • Die Ausbreitung von elektromagnetische Wellen im Raum und entlang von Leitern kennen.
  • Den Unterschied zwischen magnetischem Nah- und Fernfeld erklären können.
  • Anwendungen, wie z.B. die Uebertragung von Signalen durch Modulation kennen und erklären können.

Ablauf:

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Einführung

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Vom geschlossenen Schwingkreis zum Hertz'schen Dipol

Metzler Physik: S. 286: 7.2.7 Der Hertz'sche Dipol

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A: Sender und Empfänger (L 28): 

Lesen Sie auch den Text in Metzler Physik: S. 282 - 283: 7.2.5 Elektromagnetische Wellen und S. 288 - 291: 7.2.8 Rundfunktechnik 
Sender - Empfänger
B: Lecherleitungssystem (L 26) (Praktikum E 4
Lesen Sie auch den Text in Metzler Physik: S 282 - 283:. 7.2.5 Elektromagnetische Wellen

C: Demonstration der Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen (E-Feld/B-Feld) (L26): 
Die bereitgestellt Software ist Freeware: dipol-st.exe (download)

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    Beantworten Sie auch folgende Fragen:
  1. Wie bezeichnet man den Effekt, bei dem der Strom durch einen Leiter nicht im Leiterinneren sondern vorwiegend an der Oberfläche des Leiters fliesst?
  2. Welche gegenseitige Lage haben beim elektromagnetischen Feld, welches Sie an der Lecherleitung beobachten, der elektrische und der magnetische Feldvektor?
  3. Welcher Phasenwinkel wird bei der stehenden elektromagnetischen Welle an der Lecherleitung zwischen elektrischem und Magnetfeld registriert?
  4. Mit welcher Geschwindigkeit breiten sich elektromagnetische Wellen im leeren Raum aus?
  5. Bei welchen Informationsübertragungen mit elektromagnetischen Wellen wendet man in der Regel die Frequenzmodulation an.
  6. Gegeben ist eine Trägerfrequenz einer Radiowelle von 800 kHz. Es soll ein Sinuston mit der Frequenz 1000 Hz übertragen werden. Dabei verwendet man Amplitudenmodulation. Zeichnen Sie mit Maple das entsprechende Modulationsbild.
  7. Warum breiten sich Langwellen entlang der Erdoberfläche aus?
  8. Warum kann man mit Kurzwellen Wellen rund um den Erdball senden?
  9. Warum werden Fernsehbilder im VHF- bzw. UHF-Bereich übertragen?
  10. Welche Breite müssen Seitenbänder bei der frequenzmodulierten Uebertragung von Musik in HiFi-Qualität mindestens haben?
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Literatur:

Metzler Physik

7.2.4 Mikrowellwn (S. 280)
7.2.5 Elektromagnetische Wellen (S. 282) 
7.2.7 Der Hertz'sche Dipol (S. 286)
7.2.8 Rundfunktechnik (S. 288) 
Die Maxwell-Gleichungen (.pdf)

Links:

Heinrich Hertz: http://www.zum.de/ZUM/Faecher/P/Bay/Kra/home/hertz.htm
Der Hertzsche Dipol: http://www.dbg.rt.bw.schule.de/lehrer/ritters/physik/eschwe/p_hd.htm
Lecher-Leitung: http://www.ph.unimelb.edu.au/lecdem/ei2.htm
Elektrische Leitungen: http://www.orvem.it/rosen/basics.htm
Amplitudenmodulation: http://vulcain.fb12.tu-berlin.de/ILR/Aquarius/Telemetrie/am.html
Frequenzmodulation: http://vulcain.fb12.tu-berlin.de/ILR/Aquarius/Telemetrie/fm.html

7.4.2004 kn