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Erschienen in:
2015 | OriginalPaper | Buchkapitel
19. Abstrahlung elektromagnetischer Wellen
verfasst von : Matthias Bartelmann, Dieter Lüst, Andreas Wipf, Anton Rebhan, Björn Feuerbacher, Timm Krüger
Erschienen in: Theoretische Physik
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
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Kapitelvorwort
Wie kann man allgemein die Potenziale einer vorgegebenen Ladungs″= und Stromverteilung berechnen?
Wie strahlt eine bewegte Punktladung?
Wie sieht die Multipolentwicklung im dynamischen Fall aus?
Welche Besonderheiten ergeben sich bei der Abstrahlung durch relativistisch bewegte Punktladungen?
Ende des 19. Jahrhunderts begann Heinrich Hertz (1857–1894), kurz zuvor zum Professor für Experimentalphysik am Polytechnikum in Karlsruhe berufen, mit elektromagnetischen Schwingungen in Spulen zu experimentieren. Es war bereits bekannt, dass es bei Spulen, die an einer Stelle unterbrochen sind, an dieser Stelle zu Funkenüberschlägen kommen kann.
Zufällig bemerkte Hertz bei seinen Untersuchungen, dass auch bei einer zweiten, mit der ersten nicht elektrisch verbundenen Spule Funken übersprangen. Damit waren erstmals elektromagnetische Wellen erzeugt und wieder empfangen worden, auch wenn das Hertz zu diesem Zeitpunkt wohl noch nicht bewusst war.
In der Folgezeit untersuchte er die Übertragung der Funken näher. Statt der Sendespule verwendete er bald nur noch zwei lange Drähte mit großen Kugeln als Ladungsspeicher an den voneinander abgewandten Enden und kleinen Kugeln an den einander zugewandten Enden; diese Anordnung bezeichnete er als „großen Oszillator“. Wurde an diese Anordnung eine Spule angeschlossen, in der elektromagnetische Schwingungen stattfanden, so sprangen zwischen den kleinen Kugeln periodisch Funken über – und eine elektromagnetische Welle wurde abgestrahlt.
Heutzutage verwendet man natürlich keine Funken mehr zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen; in Worten wie „Funk“ ist aber der Ursprung dieser Technik immer noch erhalten geblieben. Das Eröffnungsbild des Kapitels zeigt eine Briefmarke, die von der Deutschen Post 1983 zur Feier dieser Entdeckung herausgegeben wurde.
Letztlich war der von Hertz benutzte „große Oszillator“ ein elektrischer Dipol mit einem zeitabhängigen Dipolmoment. Hertz hat also experimentell gezeigt, dass ein mit der Zeit veränderlicher elektrischer Dipol elektromagnetische Wellen abstrahlt. In diesem Kapitel werden wir den theoretischen Hintergrund sowohl für diese Dipolstrahlung als auch für die Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen durch bewegte Punktladungen und allgemeine Ladungs‐ und Stromverteilungen genauer betrachten.