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Thema: Frage zu elektromagnetischen Wellen

  1. #1
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    Standard Frage zu elektromagnetischen Wellen

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    Hallo Leute,

    hier eine Frage zu elektromagnetischen Wellen, bzw. Photonen.

    Wikipedia sagt zu elektromagnetischen Wellen: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle

    In der Animation oben rechts sieht man wie ein elektrisches Feld und senkrecht dazu ein magnetischen Feld oszillieren.

    Meine Frage: Wie muss ich mir das Vorstellen, ist da ein kleines Raumvolumen in dem sich diese Felder bewegen?
    Hat das elektromagnetische Feld eine messbare Ausdehnung bzw. Volumen?
    Was bedeutet die Amplitude in einer EMW?

    Grüße sanchez

  2. #2
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    Hallo sanchez,

    Zitat Zitat von sanchez Beitrag anzeigen
    Meine Frage: Wie muss ich mir das Vorstellen, ist da ein kleines Raumvolumen in dem sich diese Felder bewegen?
    das Bild aus der Wikipedia zeigt nur einen Ausschnitt einer linear polarisierten Welle. Eine linear polarisierte Welle wird beispielsweise von einem kontinuierlichen Laserstrahl erzeugt. Innerhalb des Laserstrahls kann man elektrische und magnetische Felder nachweisen, die sich genau so verhalten, wie es das Bild in der WP zeigt.

    Hat das elektromagnetische Feld eine messbare Ausdehnung bzw. Volumen?
    Das em-Feld hat an einem Ort eine gewisse Stärke. Mit der Ausdehnung der Welle meint man alle Orte, an denen man das charakterische Feld der Welle nachweisen kann. Der Laserstrahl hat beispielsweise eine gewisse Strahldicke, die wiederum vom Laser selbst abhängt. Außerhalb des Strahles, gibt es auch keine em-Felder. Die Strahldicke kann man bei einem einfachen optischen Laser (z.B. ein Laserpointer) mit einem Blatt Papier kontrollieren. Überall dort, wo sich der Lichtpunkt auf dem Papier zeigt, kann auch das zugehörige em-Feld nachgewiesen werden.

    Was bedeutet die Amplitude in einer EMW?
    Das ist die Feldstärke. Sowohl das elektrische, wie auch das magnetische Feld wirkt auf geladene Teilchen, wie z.B. Elektronen und verändert dessen Flugbahnen. Je größer die Amplitude oder Feldstärke des Feldes, desto stärker wirkt dieses Feld auf geladene Testteilchen. Ein leistungsstarker Laser kann deshalb sogar Elektronen aus dem Atomverband heraus schlagen und die Atome von Gasen oder Festkörpern dadurch ionisieren. Die Amplitude des magnetischen Feldes ist bei der EMW immer um den Faktor c (=Lichtgeschwindigkeit) kleiner als die Amplitude des elektrischen Feldes, weswegen es auf geladene Teilchen weit weniger stark einwirkt.
    Freundliche Grüße, B.

    Überhaupt droht ja jedem universelle Geltung heischenden Ansatz die Sphinx der modernen Physik, die Quantentheorie - T. Kaluza, 1921

  3. #3
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    https://de.wikipedia.org/wiki/Elektr...le:EM-Wave.gif

    Das ist halt leider auch so ein Gebiet der Physik, wo ich mich überhaupt nicht auskenne. Deshalb kommt jetzt eine ganz naive Anfängerfrage.

    Ich mache einen Kreis (mit Radius r) parallel zur zy-Ebene. Der Mittelpunkt sei auf der x-Achse, da wo gerade die elektrische Feldstärke maximal ist (blauer Pfeil zeigt nach oben).

    Jetzt kommen 2 naive Annahmen von mir, die höchstwahrscheinlich total falsch sind.

    Ein Elektron auf diesem Kreis befinde sich im Punkt

    1. y=r z=0 Auf das Elektron wirkt eine Kraft in Richtung y-Achse.
    2. y=0 z=r Auf das Elektron wirkt keine Kraft.

    Wie falsch liege ich denn nun?

  4. #4
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    Zitat Zitat von julian apostata Beitrag anzeigen
    1. y=r z=0 Auf das Elektron wirkt eine Kraft in Richtung y-Achse.
    2. y=0 z=r Auf das Elektron wirkt keine Kraft.

    Wie falsch liege ich denn nun?
    Schon ziemlich.

    Die blauen und roten Pfeile sind rein symbolisch. Das sind keine Vektoren, die zwei Raumpunkte verbinden. Die sollen auch keine räumliche Ausdehnung implizieren.
    Es ist so gedacht, dass die Vektoren die Feldstärke auf der Linie y=0,z=0 darstellen sollen. Wie groß das Feld bei y=r oder z=r ist hat damit nichts zu tun, das kann auch Null sein oder recht groß.
    Die Länge der Vektoren im Bild ist nur ein beliebiges Maß für die Feldstärke und nicht für einen räumlichen Abstand. Es schwingt auch nichts hin und her im Raum, es ändern sich nur Richtung und Stärke des Felds an dem einen Punkt (bzw. an jedem der y=z=0 Punkte).

  5. #5
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    Zitat Zitat von julian apostata Beitrag anzeigen
    1. y=r z=0 Auf das Elektron wirkt eine Kraft in Richtung y-Achse.
    ist richtig.
    2. y=0 z=r Auf das Elektron wirkt keine Kraft.
    ist i.A. falsch. Das Bild in der Wikipedia zeigt diese Eigenschaft einer ebenen Welle nicht. Das E-Feld hängt nur vom x-Wert ab und ist in der Ebene parallel zur yz-Ebene überall gleich groß. Eine Verschiebung in dieser Ebene ändert also nichts an der Physik. In der Realität (Laser) ist diese Ausdehnung des Feldes in dieser Ebene natürlich endlich.
    Freundliche Grüße, B.

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  6. #6
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    @Bernhard und Ich. Danke.

    Hier ist eine Momentaufnahme einer Welle dargestellt.

    https://de.wikipedia.org/wiki/Elektr...Wave_noGIF.svg

    Kann ich mir da einen periodisch ungleich elektrisch aufgeladenen Draht vorstellen, der sich mit Lichtgeschwindigkeit in Richtung x-Achse fort bewegt?

  7. #7
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    Zitat Zitat von julian apostata Beitrag anzeigen
    @Bernhard und Ich. Danke.
    You are welcome

    Hier ist eine Momentaufnahme einer Welle dargestellt.

    https://de.wikipedia.org/wiki/Elektr...Wave_noGIF.svg
    Das Bild ist, wie gesagt, eine starke Vereinfachung.

    Kann ich mir da einen periodisch ungleich elektrisch aufgeladenen Draht vorstellen, der sich mit Lichtgeschwindigkeit in Richtung x-Achse fort bewegt?
    Das klappt schon wegen der SRT nicht und ergäbe auch ohne SRT die falsche Symmetrie für die Felder.
    Geändert von Bernhard (20.01.2018 um 14:40 Uhr)
    Freundliche Grüße, B.

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  8. #8
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    Zitat Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
    Das klappt schon wegen der SRT nicht und ergäbe auch ohne SRT die falsche Symmetrie für die Felder.
    Ist eh klar, ein Draht hat Masse und kann sich nicht mit c bewegen. Meine Vorstellung war nun die: Man kann auf der Momentaufnahme jedem Punkt auf der x-Achse eine bestimmte elektrische Ladung zu ordnen.

    Ist diese Annahme nun völlig falsch?

  9. #9
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    Zitat Zitat von julian apostata Beitrag anzeigen
    Ist diese Annahme nun völlig falsch?
    Völlig falsch ist die Vorstellung zwar nicht, aber hilfreich eben auch nicht, weil das em-Feld des Drahtes nur geringe Ähnlichkeit mit dem em-Feld einer ebenen em-Welle hat.

    Nimmt man zur Veranschaulichung mal zwei Aufnahmen von zwei völlig verschiedenen Menschen, so wird man beide Personen als Menschen identifizieren, aber sicher nicht behaupten, dass es die selbe Person sei.
    Freundliche Grüße, B.

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  10. #10
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    Okay, ich fürchte je mehr Antworten ich bekomme, desto weniger kapier ich. Weil eine ebene Welle kann ich in dem Bild halt überhaupt nicht erkennen.

    https://de.wikipedia.org/wiki/Elektr...Wave_noGIF.svg

    Gibt's vielleicht eine anschaulichere und leichter verständliche Darstellungsmöglichkeit?

    Wie ist das eigentlich mit einem einzelnen Photon? Auch da hab ich wieder eine naive Vorstellung.

    Das elektrische Feld hätte die Gleichung zum Zeitpunkt t=0 (0<= x <= λ)
    y~sin(x 2 π / λ)
    und das magnetische
    z~sin(x 2 π / λ)

    Weil irgendeine Begrenzung müssen die Felder doch haben, oder?

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