Hertz'scher Dipol 05:23 min

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Transkript Hertz'scher Dipol

Hallo und herzlich willkommen bei Physik mit Kalle. Dieses Video hat den Titel "Die elektromagnetische Welle, Teil 1. Der hertz'sche Dipol" und gehört zum Gebiet Schwingungen und Wellen. Um dieses Video zu verstehen, solltet ihr euch schon einigermaßen mit dem Schwingkreis auskennen. Wir lernen heute, was eine elektromagnetische Welle ist, was ein hertz'scher Dipol ist und wie man mit ihm elektromagnetische Wellen erzeugt. Elektromagnetische Wellen sind Schwingungen eines elektromagnetischen Feldes, die sich durch den Raum ausbreiten. Genau wie bei mechanischen Wellen wird auch hier keine Materie, sondern nur Energie transportiert. Im Gegensatz zu magnetischen Wellen, benötigen elektromagnetische Wellen jedoch kein Übertragungsmedium, das heißt, sie können sich auch im Vakuum ausbreiten. Beispiele für elektromagnetische Wellen sind: Licht, Mikrowellen und Röntgenstrahlung. Wir haben schon gehört, dass man mit einem hertz'schen Dipol elektromagnetische Wellen erzeugen kann. Und was so ein hertz'scher Dipol jetzt eigentlich ganz genau ist, das wollen wir uns im nächsten Kapitel ansehen. Wie wir bereits wissen, erzeugt ein Schwingkreis abwechselnd ein magnetisches Feld in der Spule und ein elektrisches Feld im Kondensator. Seine Eigenfrequenz Omega ist 2×Pi×f=1/\sqrt(L(das ist die Induktivität der Spule)×C(Kapazität des Kondensators)). Wir schreiben die beiden Formeln hin. L=My0×Myr×N²×A/l und C=Epsilon0Epsilonr×A/d. Der hertz'sche Dipol ist nun, was wir erhalten, wenn wir einen Schwingkreis für hohe Frequenzen optimieren. Wollen wir mal sehen, wie wir ihn dazu umbauen müssen. Wir müssen also L und C so klein wie möglich machen, damit die Eigenfrequenz sich erhöht. Dafür wählen wir erst einmal einen Stoff mit einer kleinen Permitivität und Permerbilität, zum Beispiel Luft. Die Induktivität können wir verringern, indem wir die Anzahl der Windungen verringern. Machen wir sie doch einfach ganz weg. Die Kapazität wird kleiner, wenn wir die Plattenfläche verringern, also entfernen wir die Platten ebenfalls. Die Kapazität wird außerdem kleiner, wenn wir den Abstand zwischen den Platten erhöhen. Also biegen wir unseren Stromkreislauf doch einfach auf zu einem Stab und das ist der hertz'sche Dipol. Wir merken uns: Der hertz'sche Dipol ist eine Art Schwingkreis mit einer besonders hohen Eigenfrequenz, die von seiner Länge l abhängt. So und jetzt wollen wir uns endlich ansehen, wie die Wellenerzeugung mit dem hertz'schen Dipol genau funktioniert. Wie jeder Schwingkreis hat auch der hertz'sche Dipol eine Periodendauer T. Die unterteilen wir mal in 4 Viertel und sehen uns an, was in jedem Viertel passiert. Wir fangen an mit T=0. Zu diesem Zeitpunkt herrscht eine Spannung im Dipol. Das eine Ende ist positiv geladen und das andere negativ. Dadurch bildet sich von der einen Spitze zur anderen, ein elektrisches Feld, das so aussieht. Bei T=¼ der Periodendauer herrscht zwar keine Spannung mehr im Stab, dafür fließt ein Strom. Während sich unser elektrisches Feld von vorhin sozusagen vom Dipol abgekapselt hat, entsteht wegen des Stromflusses, um den Dipol herum, nun ein magnetisches Feld. Bei der Hälfte der Periodendauer fließt kein Strom mehr, dafür hat sich erneut eine Spannung aufgebaut. Diesmal ist das entgegengesetzte Ende des Dipols positiv geladen. Wie schon zuvor unser elektrisches Feld hat sich inzwischen unser magnetisches Feld vom Dipol abgekapselt und bewegt sich nach außen. Dafür baut sich um den Dipol erneut ein elektromagnetisches Feld auf. Die Feldlinien sehen genauso aus, wie bei T=0, zeigen aber, wegen der entgegengesetzten Spannung, in die entgegengesetzte Richtung. Bei T=¾ der Periodendauer ist die Spannung wieder 0, dafür fließt erneut ein Strom. Dieser zeigt in die entgegengesetzte Richtung bei einem Viertel der Periodendauer. Das von ihm hervorgerufene Magnetfeld ist also genau anders herum orientiert. Ihr seht also, ein hertz'scher Dipol, der an eine Wechselspannung angeschlossen ist, erzeugt Schwingungen des elektromagnetischen Feldes, also eine elektromagnetische Welle. Wir wollen noch mal wiederholen, was wir heute gelernt haben.

Eine elektromagnetische Welle ist eine Schwingung des elektromagnetischen Feldes, die sich im Raum ausbreitet. Ein hertz'scher Dipol, ist ein für hohe Eigenfrequenzen optimierter Schwingkreis. Die an ihn angelegte Wechselspannung erzeugt abwechselnd magnetische Felder durch die Spannung und magnetische Felder durch den Strom. So, das war es schon wieder für heute. Ich hoffe ich konnte euch helfen. Vielen Dank für das Zuschauen und vielleicht bis zum nächsten Mal, euer Kalle.

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8 Kommentare
  1. Jannes redaktion

    @serkan_21 Der hertzsche Dipol wird ständig umgepolt, da der Stab an einer Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. T ist die Periodendauer und beschreibt die Zeit für eine ganze Schwingung. Also bei T=1,2,3,... hat der Dipol die gleiche Polung wie bei T=0. Daher besitzt er bei T=1/2 genau die entgegengesetzte Polung. Das erklärt auch, warum das elektrische Feld "abgekapselt" wird. Während der Umpolung gibt es einen Moment (T=1/4), bei dem die Ladungen ausgeglichen sind, der Dipol also nicht geladen ist. Daher gibt es in dem Moment kein Elektrisches Feld um den Leiter. Die Feldstärke beträgt Null und dadurch sieht man deutlich, wie sich das vorher entstandene Feld vom Leiter entfernt. Da der Stromfluss in diesem Moment maximal ist, ist auch das entstandene Magnetfeld maximal.

    Von Jannes S., vor mehr als einem Jahr
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    Warum wird beim Dipol bei T=1/2 der stab umpolarisiert? und wieso wird das elektsiche Feld abgekapselt o. mag. Feld?
    mfg

    Von Serkan 21, vor mehr als einem Jahr
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    is schon gut

    Von Kartoffel007, vor mehr als einem Jahr
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    Fehlt bei der Eigenfrequenz Omega nicht noch das 2 Pi?

    Von Kartoffel007, vor mehr als einem Jahr
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    Ich find die Herleitung des Hertz'schen Dipol über die Betrachtung der mathematischen Formeln sehr gelungen! Das ist mir noch nie so aufgefallen.

    Von David&Aaron S., vor fast 3 Jahren
  1. Handy2012 384

    Ich fand es ein bisschen zu schnell aber sonst hab ich es gut verstanden

    Von Kim M., vor fast 4 Jahren
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    @ Kleinbode
    Naja so ganz weggelassen wird die Spule ja nicht, sie wird lediglich aufgebogen d.h. die Anzahl der Windungen reduziert sich.
    Und die Kondesatorplatten werden stark verkleinert und auseinander gebogen, d.h. das ein Ende des Stabes positiv geladen ist und das andere negativ.

    Man muss nur aufpassen, dass der magnetische Teil der Welle eine Transversalwelle ist und der elektrische Teil eine Longitudinalwelle.

    Im Klartext sie sind um 90° in der Ebene gedreht.

    schönes Video :)

    Von Deleted User 34401, vor mehr als 4 Jahren
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    Ich versteh das nicht. Wieso kann man denn einfach die Spule und den Kondensator weglassen? Dann wäre doch auch keine Induktivität und keine Kapazität vorhanden und dann wäre der Nenner aus 1/wurzel(LC) doch 0 und das wäre wiederum Definitionslücke und könnte nicht berechnet werden?!

    Von Kleinbode, vor mehr als 4 Jahren
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