Verkettung elektrischer und magnetischer Wechselfelder
Elektrische und magnetische Felder existieren nur im statischen Fall getrennt
voneinander. Bei jeder zeitlichen Änderung sind beide Feldarten unlösbar
miteinander verbunden, da um jedes zeitlich veränderliche elektrische
Feld ein magnetisches Wirbelfeld und um jedes zeitlich veränderliche
magnetische Feld ein elektrisches Wirbelfeld entsteht.
Diese Verknüpfung elektrischer und magnetischer Felder, die Maxwell
durch zwei seiner Gleichungen quantitativ erfaßt hat, erklärt
grundsätzlich die Art der Ausbreitung elektrischer und magnetischer
Felder. Wir wollen uns dies anhand der schematischen Abbildung klarmachen:
Abb.: Verkettung elektrischer und magnetischer Wechselfelder
In einem Schwingkreis soll ein elektrisches Feld erzeugt werden, dessen
Feldstärke E sich zeitlich ändert. Dieses elektrische Wechselfeld
erzeugt ein magnetisches Wirbelfeld, dessen Flußdichte B sich
ebenfalls zeitlich ändert. Dadurch entsteht ein elektrisches Wirbelfeld,
dessen Feldstärke sich wieder zeitlich ändert, usw. Wie die Glieder
einer Kette fügen sich die elektrischen und magnetischen Wirbelfelder
zusammen, wobei außen immer wieder ein neues Glied angefügt
wird.
Das Bild ist allerdings sehr schematisch und unvollkommen. So ist es
z.B. willkürlich, daß wir die Kette gerade von links nach rechts
wachsen lassen. Die umgekehrte Richtung (in der Abb. gestrichelt) ist ebenso
möglich und natürlich auch viele weitere Richtungen. Wegen der
besseren Übersicht haben wir nur eine Ausbreitungsrichtung gezeichnet,
denn es kam uns hier nur auf das Prinzip der Ausbreitung elektrischer und
magnetischer Wechselfelder an.
Da elektrische und magnetische Wechselfelder stets miteinander verbunden
auftreten, sprechen wir in diesem Fall einfach von elektromagnetischen
Feldern.
Abb.: Feldverteilung eines Dipols in der Fernzone
Elektromagnetische Wellen
Maxwell hatte bereits im Jahre 1864, aufgrund seiner Theorie über
Elektrizität und Magnetismus, die Existenz elektromagnetischer Wellen
vorhergesagt und ihre Eigenschaften beschrieben. Insbesondere hatte er
berechnet, daß ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit
ist. Er erkannte auch, daß das Licht sich als eine elektromagnetische
Erscheinung erklären läßt, d.h., daß die Lichtwellen
elektromagnetische Wellen hoher Frequenz sind.
Heinrich Hertz gelang es im Jahre 1887 experimentell elektromagnetische
Wellen zu erzeugen, die sich sowohl längs Drähten als auch frei
im Raum ausbreiteten. Guglielmo Marconi (1874-1937, it. Physiker), K.Ferdinand
Braun (1850-1918, dt. Physiker) und andere entwickelten dann die Technik
der Nachrichtenübertragung durch freie elektromagnetische Wellen über
große Entfernungen, woraus sich die moderne Rundfunk- und Fernsehtechnik
entwickelte.
Marconi und Braun erhielten 1909 zusammen den Nobelpreis für Physik.
Abgebildet ist Heinrich Hertz, 1857-1894; dt. Physiker. Hertz war einer
der letzten großen Vollender der klassischen Physik des 19. Jahrhunderts;
er stellte als erster elektromagnetische Wellen her und zeigte, daß
sie wesensgleich mit den Lichtwellen sind.
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