elektromagnetische wellen seminararbeit zu planung und auswertung von physikunterricht verfasser:...
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Elektromagnetische
Wellen
Seminararbeit zu
„Planung und Auswertung von Physikunterricht“
Verfasser: Florian Riemer
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1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen
2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
3. Der Hertzsche Dipol
4. Elektromagnetische Wellen im Physikunterricht
5. Abschluss
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1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen
Wilhelm Weber
24.10.1804 –
23.06.1891
Weber
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1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen
Gustav Robert Kirchhoff
12.03.1824 –
17.10.1887
Kirchhoff
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1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen
Michael Faraday
22.09.1791 –
25.08.1867
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1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen
William Thomson
26.06.1824 –
17.12.1907
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1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen
James Clerk Maxwell
13.06.1831 –
05.11.1879
Maxwell
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1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen
Hermann von Helmholtz
31.08.1821 –
08.09.1894
Helmholtz
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1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen
Heinrich Hertz
22.11.1856 –
01.01.1894
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1. Die Geschichte der Entdeckung der Elektromagnetischen Wellen
Marconi
25.04.1874 –
20.06.1937
Popov
04.03.1859 –
31.12.1905
Marconi Popov
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2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
1. Maxwellsche Gleichung
- Zusammenhang zwischen elektrischen Ladungen und elektrischen Feldern
20
( )4
rQeE r
r
( * ) ' *cos( ) 'E
A A
E n dA E dA
(Elektrische Feld einer Punktladung)
(Elektrische Kraftfluss)
1. Max Herleitung 1
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2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
1. Maxwellsche Gleichung
22
00 0
0 0
( * ) ' sin4 ²
4
E
Kugelschale
Raumwinkel
QE n dA r d d
r
Q Qd
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2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
1. Maxwellsche Gleichung
( * ')o
A
Q E dA
0( ) ( )dQ
div E div DdV
Integrale Form:
Differentielle Form:
1. Max
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2. Maxwellsche Gleichung
- Zusammenhang zwischen Magnetfeldern und magnetischem Fluss
0 ( * ') 0A
H dA
Integrale Form:
Differentielle Form:
0( ) ( ) 0div B div H
2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
2. Max
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3. Maxwellsche Gleichung
- Ströme umgeben sich mit geschlossenen magnetischen Feldlinien
2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
'A
Hds jdA
(Ampèresches Durchflutungsgesetz)
3. Max Herleitung
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Verschiebungsstrom
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2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
3. Maxwellsche Gleichung
Integrale Form:
Differentielle Form:
* ' ( )j D dA Hds
( )rot H j D
3. Max
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2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
4. Maxwellsche Gleichung
- Magnetische Felder umgeben sich mit elektrischen Ringfeldern
iU (Induktionsgesetz)
* *iv B ds E ds
4. Max Herleitung
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2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
4. Maxwellsche Gleichung
Integrale Form:
Differentielle Form:
* 'i
A
U Eds B dA
( )rot E B
4. Max
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2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
Wellengleichung
Herleitung der elektromagnetischen Wellengleichung
Für ebene Wellen mit Ausbreitung in z-Richtung
j D E Aus der 3. Maxwellschen Gleichung folgt:
0
0
, ,
1, ,
1, ,0
x y z
y yx xz z
y x
E E E
H HH HH H
y z z x x y
H H
z z
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2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
Aus der 4. Maxwellschen Gleichung folgt:
Wellengleichung2
0
1, , , ,0y x
x y z
E EH H H
z z
0 0
2
20 0
1 1
1
x xy
y
H HE
t z z t
E
z
E ableiten und -H einsetzen ergibt:
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2. Die Maxwellschen Gleichungen und Herleitung der Wellengleichung
2
20 0
1 yy
EE
z
0 0
1c
(Wellengleichung)
(Phasengeschwindigkeit)
Wellengleichung3
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3. Der Hertzsche Dipol
Schwingkreis
Schwingkreis
(Dorn-Bader)
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Schwingunsgdauer
Bestimmung der Schwingungsdauer eines Schwinkreises
Ansatz: ind CU U
Weiter gilt:
( )( )
Q tLI t
C ( ) ( )I t Q t
Es ergibt sich:
1( ) ( )LQ t Q t
C
3. Der Hertzsche Dipol
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Schwingunsgdauer2
Lösung:
0ˆ( ) sin
tQ t Q
LC
Schwingungsdauer:
2T LC
3. Der Hertzsche Dipol
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offene Schwingkreis 1. E
3. Der Hertzsche Dipol
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3. Der Hertzsche Dipol
1.E 1.B
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3. Der Hertzsche Dipol
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3. Der Hertzsche Dipol
2. E 2.B
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3. Der Hertzsche Dipol
Animiert
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Metzler
![Page 32: Elektromagnetische Wellen Seminararbeit zu Planung und Auswertung von Physikunterricht Verfasser: Florian Riemer Deckblatt](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/55204d8049795902118d2539/html5/thumbnails/32.jpg)
Interferenz
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3. Der Hertzsche Dipol
Abfall der Amplitude mit3
1
r
Nahfeld Fernfeld
Beispiel: E-Feld
30
( , )
2cos sin4 r
E r
Qe e
r
Abfall der Amplitude nur durch Oberflächenzunahme mit 1
r
E- und B-Feld induzieren sich gegenseitig.
Der Hertzsche Dipol hat keine Wirkung mehr.
Nahfeld/Fernfeld
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Fernfeld (El)
Elektrisches Fernfeld
3. Der Hertzsche Dipol
![Page 35: Elektromagnetische Wellen Seminararbeit zu Planung und Auswertung von Physikunterricht Verfasser: Florian Riemer Deckblatt](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/55204d8049795902118d2539/html5/thumbnails/35.jpg)
3. Der Hertzsche Dipol
Fernfeld (mag)
Magnetisches Fernfeld
![Page 36: Elektromagnetische Wellen Seminararbeit zu Planung und Auswertung von Physikunterricht Verfasser: Florian Riemer Deckblatt](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/55204d8049795902118d2539/html5/thumbnails/36.jpg)
Summe
Die jeweiligen Felder addieren sich.
![Page 37: Elektromagnetische Wellen Seminararbeit zu Planung und Auswertung von Physikunterricht Verfasser: Florian Riemer Deckblatt](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/55204d8049795902118d2539/html5/thumbnails/37.jpg)
Dorn-Bader
![Page 38: Elektromagnetische Wellen Seminararbeit zu Planung und Auswertung von Physikunterricht Verfasser: Florian Riemer Deckblatt](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/55204d8049795902118d2539/html5/thumbnails/38.jpg)
Versuch 2
Metzler
![Page 39: Elektromagnetische Wellen Seminararbeit zu Planung und Auswertung von Physikunterricht Verfasser: Florian Riemer Deckblatt](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/55204d8049795902118d2539/html5/thumbnails/39.jpg)
Versuch 3
Metzler
![Page 40: Elektromagnetische Wellen Seminararbeit zu Planung und Auswertung von Physikunterricht Verfasser: Florian Riemer Deckblatt](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/55204d8049795902118d2539/html5/thumbnails/40.jpg)
Metzler
![Page 41: Elektromagnetische Wellen Seminararbeit zu Planung und Auswertung von Physikunterricht Verfasser: Florian Riemer Deckblatt](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/55204d8049795902118d2539/html5/thumbnails/41.jpg)
http://elektronik-bastelbude.de/bastelecke/bastel23.htm
Radio
![Page 42: Elektromagnetische Wellen Seminararbeit zu Planung und Auswertung von Physikunterricht Verfasser: Florian Riemer Deckblatt](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/55204d8049795902118d2539/html5/thumbnails/42.jpg)
Film
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Ende