Dieser Ausschnitt aus meiner Vorlesung wurde im Juni 2019 aufgenommen. Aktuell habe ich die dynamischen Visualisierungen der Wellen erstellt und eingebaut. Grundsätzlich strebe ich mit den Videos an, flexibel nutzbare Erklärungen zu einzelnen Themen anzubieten, die über lange Zeit nutzbar sind. Klassische Physik veraltet zum Glück nicht so schnell. In meinen Playlists sind die einzelnen Videos in sinnvoller Reihenfolge geordnet. Sie adressieren Bachelor-Studierende der Physik (Experimentalphysik I und II) und Studierende des Lehramts Physik (Physik I bis IV) in den ersten Semestern. Bei uns an der Uni Kassel sind die Inhalte Mechanik, Wärme, Elektrizität und Optik im Bachelor und Lehramt Physik auf unterschiedliche Module aufgeteilt, und werden auch im Bachelor Nanostrukturwissenschaften genutzt. Ich strebe an, die Themen kontinuierlich zu ergänzen und die Playlists Stück für Stück zu vervollständigen.
Warum sind bei Elektromagnetischen Wellen E und B in Phase ? Bei einem Schwingkreis ist die Energie mal im elektrischen Feld 0.5*C*U² des Kondensators und mal im Magnetfeld der Spule 0.5*L*I². Beim Übergang zum Hertzschen Dipol ist analog die Energie mal im elektrischen Feld (falls Ladungen getrennt sind) und im Magnetfeld wenn I maximal wird. Ich weiß auch nicht, ob ihre Bedingung elektrische Feldstärke = 0 gültig ist, es liegt ja kein elektrostatisches Feld vor, sondern ein elektrodynamisches Feld.
Bei laufenden elektromagnetischen Wellen sind E-Feld und B-Feld tatsächlich in Phase. Bei der Abstrahlung vom Dipol hat man im Nahfeld noch einen Phasenverschiebung in Ort und Zeit zwischen beiden Feldern, die verschwindet aber auf einer Längenskala von einer Wellenlänge und dann laufen tatsächlich beide in Phase.
@@rene-matzdorf Danke für ihre Antwort. Können Sie denn auch begründen, warum E und B in Phase sind ? Wenn man für eine Elektromagnetische Welle die Form E0*sin(wt-kr) und B0*sin(wt-kr) macht wären E und B sowohl im Nahbereich als auch im Fernbereich in Phase. Wenn Licht oder Photonen als elektromagnetische Welle abgestrahlt werden und im Nahbereich zwischen E und B eine Phasenverschiebung wäre, bliebe diese dann nicht erhalten ? E und B breiten sich doch beide mit c aus und wodurch sollte sich dann eine Phasenverschiebung im Nahbereich auf einmal aufheben ?
@@michaelbruning9361 Die Phasenverschiebung im Nahfeld kommt durch die zusätzlichen Felder zustande, die von der Ladung als Quelle und von der Stromdichte ausgehen. Diese klingen schnell ab und spielen im Fernfeld keine Rolle mehr. Die Phase im Fernfeld kann man über die Maxwellgleichungen begründen. Da wo die räumlichen Ableitungen des einen Feldes am größten sind, ist auch die zeitliche Ableitung des anderen Feldes am größten und das führt dazu, dass die Knoten am selben Ort sind. Für eine Welle in x-Richtung als Beispiel haben Sie ein E-Feld in y-Richtung und ein B-Feld in z-Richtung. Aus den Maxwelgleichungen ergibt sich dann dE_y/dx = -dB_z/dt und -dB_z/dx = mu0*epsilon0*dE_y/dt. In den Knoten von E-Feld und B-Feld sind die Ableitungen nach Ort und Zeit jeweils am größten und in den Maxima sind sie Null. Daher müssen beide Felder in Phase sein. Das wird es auch noch als Video geben, der Ausschnitt meiner Vorlesung ist aber leider noch nicht produziert.
@@rene-matzdorf Angenommen ihre Aussagen wären korrekt. Dann wäre E(x,t) = E0*sin(w*t-k*x)*ey und B(x,t) = B0*sin(w*t-k*x)*ez. Aus der Maxwellgleichung rotE=-dB/dt folgt dEy/dx = -dBz/dt oder -k*E0*cos(w*t-k*x) = -B0*w*cos(w*t-k*x) bzw. k*E0 = B0*w bzw. E0/B0 = w/k. Aus der Maxwellgleichung rotB =mu0*epsilon0*dE/dt folgt - dBz/dx=mu0*epsilon0*dEy/dt bzw. B0*k*cos(w*t-k*x) = mu0*epsilon0*E0*w*cos(w*t-k*x) bzw. B0*k = mu0*epsilon0*E0*w bzw. E0/B0 = k/(w*mu0*epsilon0)=w/k (wegen c=w/k und c²=1/(mu0*epsilon0)). Also w/k = w/k. Das sieht gut aus, danke für ihre Rückmeldung.
Aufpassen bitte: Bei der Reflexion kommt es je nachdem, ob der Wert der Last über ZW oder unter ZW der Leitung (z.B. 50 Ohm) liegt, zur Inversion von Strom oder Spannung. Bei der rücklaufenden Welle besteht daher IMMER ein Phasenunterschied von 180 Grad zwischen U und I. Die hier dargestellten Formeln könnten das verschleiern oder stimmen schlichtweg nicht.
Das Video behandelt elektromagnetische Wellen im Vakuum. Die relevanten Größen sind hierbei das elektrische Feld E und das Magnetfeld B. Nur in der Oberfläche des reflektierenden Spiegels gibt es in dem hier diskutierten Beispiel einen elektrischen Strom, der die Reflexion der elektromagnetischen Welle am Spiegel verursacht. Der von Ihnen angesprochene Wechselstrom in Koaxialkabeln - falls ich das richtig interpretiert habe - ist nicht Gegenstand dieses Videos.
Sind dies tatsächlich aktuelle Vorlesungen und kann man den Videos unterschiedliche Module ansehen?
Dieser Ausschnitt aus meiner Vorlesung wurde im Juni 2019 aufgenommen. Aktuell habe ich die dynamischen Visualisierungen der Wellen erstellt und eingebaut. Grundsätzlich strebe ich mit den Videos an, flexibel nutzbare Erklärungen zu einzelnen Themen anzubieten, die über lange Zeit nutzbar sind. Klassische Physik veraltet zum Glück nicht so schnell. In meinen Playlists sind die einzelnen Videos in sinnvoller Reihenfolge geordnet. Sie adressieren Bachelor-Studierende der Physik (Experimentalphysik I und II) und Studierende des Lehramts Physik (Physik I bis IV) in den ersten Semestern. Bei uns an der Uni Kassel sind die Inhalte Mechanik, Wärme, Elektrizität und Optik im Bachelor und Lehramt Physik auf unterschiedliche Module aufgeteilt, und werden auch im Bachelor Nanostrukturwissenschaften genutzt. Ich strebe an, die Themen kontinuierlich zu ergänzen und die Playlists Stück für Stück zu vervollständigen.
@@rene-matzdorf Sehr gute Arbeit: D
im Namen von allen, Danke für ihre Mühen
Warum sind bei Elektromagnetischen Wellen E und B in Phase ? Bei einem Schwingkreis ist die Energie mal im elektrischen Feld 0.5*C*U² des Kondensators und mal im Magnetfeld der Spule 0.5*L*I². Beim Übergang zum Hertzschen Dipol ist analog die Energie mal im elektrischen Feld (falls Ladungen getrennt sind) und im Magnetfeld wenn I maximal wird. Ich weiß auch nicht, ob ihre Bedingung elektrische Feldstärke = 0 gültig ist, es liegt ja kein elektrostatisches Feld vor, sondern ein elektrodynamisches Feld.
Bei laufenden elektromagnetischen Wellen sind E-Feld und B-Feld tatsächlich in Phase. Bei der Abstrahlung vom Dipol hat man im Nahfeld noch einen Phasenverschiebung in Ort und Zeit zwischen beiden Feldern, die verschwindet aber auf einer Längenskala von einer Wellenlänge und dann laufen tatsächlich beide in Phase.
@@rene-matzdorf Danke für ihre Antwort. Können Sie denn auch begründen, warum E und B in Phase sind ? Wenn man für eine Elektromagnetische Welle die Form E0*sin(wt-kr) und B0*sin(wt-kr) macht wären E und B sowohl im Nahbereich als auch im Fernbereich in Phase. Wenn Licht oder Photonen als elektromagnetische Welle abgestrahlt werden und im Nahbereich zwischen E und B eine Phasenverschiebung wäre, bliebe diese dann nicht erhalten ? E und B breiten sich doch beide mit c aus und wodurch sollte sich dann eine Phasenverschiebung im Nahbereich auf einmal aufheben ?
@@michaelbruning9361 Die Phasenverschiebung im Nahfeld kommt durch die zusätzlichen Felder zustande, die von der Ladung als Quelle und von der Stromdichte ausgehen. Diese klingen schnell ab und spielen im Fernfeld keine Rolle mehr. Die Phase im Fernfeld kann man über die Maxwellgleichungen begründen. Da wo die räumlichen Ableitungen des einen Feldes am größten sind, ist auch die zeitliche Ableitung des anderen Feldes am größten und das führt dazu, dass die Knoten am selben Ort sind. Für eine Welle in x-Richtung als Beispiel haben Sie ein E-Feld in y-Richtung und ein B-Feld in z-Richtung. Aus den Maxwelgleichungen ergibt sich dann dE_y/dx = -dB_z/dt und -dB_z/dx = mu0*epsilon0*dE_y/dt. In den Knoten von E-Feld und B-Feld sind die Ableitungen nach Ort und Zeit jeweils am größten und in den Maxima sind sie Null. Daher müssen beide Felder in Phase sein.
Das wird es auch noch als Video geben, der Ausschnitt meiner Vorlesung ist aber leider noch nicht produziert.
@@rene-matzdorf Angenommen ihre Aussagen wären korrekt. Dann wäre E(x,t) = E0*sin(w*t-k*x)*ey und B(x,t) = B0*sin(w*t-k*x)*ez. Aus der Maxwellgleichung rotE=-dB/dt folgt dEy/dx = -dBz/dt oder -k*E0*cos(w*t-k*x) = -B0*w*cos(w*t-k*x) bzw. k*E0 = B0*w bzw. E0/B0 = w/k. Aus der Maxwellgleichung rotB =mu0*epsilon0*dE/dt folgt - dBz/dx=mu0*epsilon0*dEy/dt bzw. B0*k*cos(w*t-k*x) = mu0*epsilon0*E0*w*cos(w*t-k*x) bzw. B0*k = mu0*epsilon0*E0*w bzw. E0/B0 = k/(w*mu0*epsilon0)=w/k (wegen c=w/k und c²=1/(mu0*epsilon0)). Also w/k = w/k. Das sieht gut aus, danke für ihre Rückmeldung.
Aufpassen bitte: Bei der Reflexion kommt es je nachdem, ob der Wert der Last über ZW oder unter ZW der Leitung (z.B. 50 Ohm) liegt, zur Inversion von Strom oder Spannung. Bei der rücklaufenden Welle besteht daher IMMER ein Phasenunterschied von 180 Grad zwischen U und I. Die hier dargestellten Formeln könnten das verschleiern oder stimmen schlichtweg nicht.
Das Video behandelt elektromagnetische Wellen im Vakuum. Die relevanten Größen sind hierbei das elektrische Feld E und das Magnetfeld B. Nur in der Oberfläche des reflektierenden Spiegels gibt es in dem hier diskutierten Beispiel einen elektrischen Strom, der die Reflexion der elektromagnetischen Welle am Spiegel verursacht. Der von Ihnen angesprochene Wechselstrom in Koaxialkabeln - falls ich das richtig interpretiert habe - ist nicht Gegenstand dieses Videos.