Hallo Freunde der hohen Frequenz ;)
Mich wurmt seit einiger Zeit schon die Frage, wieso den im Fernfeld
einer Antenne die elektrische und magnetische Komponente in Phase sind.
Ich würde das gerne anschaulich verstehen, Formeln beschreiben es nur.
Guckt man sich das Nahfeld an, ist noch alles in Ordnung, die Felder
wechseln sich ab.
Wenn sie jetzt im Fernfeld in Phase sind, woher kommt die Verschiebung?
(vorher 90° nachher 0°)
Wenn beide Komponenten (im Fernfeld) in Phase sind, wie ist das mit der
Energieerhaltung zu vereinbaren? Da gibt es stellen wo doppelte Energie
da ist und Stellen, wo grade keine ist.
Laut Maxwell führt eine zeitliche Änderung des magnetischen Feldes zu
einem elektrischem Feld, und umgekehrt. Bei einer EM-welle halten sich
doch E und M Felder gegenseitig am Leben (E:max M:0 -> E:0 M:max ->
E:-max M:0 -> E:0 M:-max) ?
Hoffe ihr könnt mir da ein bisschen auf die Sprünge helfen ;)
Wie passt dann diese Aussage aus Wikipedia dazu?
>Insbesondere verschwinden elektrisches und magnetisches Feld an denselben>Orten zur selben Zeit, so dass die häufig gelesene Darstellung, dass sich>elektrische und magnetische Energie zyklisch ineinander umwandeln, im>Fernfeld nicht richtig ist. Sie stimmt allerdings zum Beispiel für das>Nahfeld eines elektromagnetische Wellen erzeugenden elektrischen Dipols oder>Schwingkreises.
(http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle#Wellencharakter)
Dieser Teil war auch was mich auf diese Zwickmühle brachte, bis dahin
dachte ich auch die Felder würden sich ständig ineinander umwandeln.
Ja, die PDF beschreibt das ganz gut eigentlich.
Man könnte noch dazu sagen, dass sich das Feld nicht entscheidet, ob es
jetzt gerade "nah" oder "fern" ist. Überall existieren die Fernfeld- und
Nahfeld-Teile der EM-Welle. Nur dominiert in der Nähe der Antenne das
Nahfeld und weiter entfernt dominiert das Fernfeld.
Es gibt also auch in der Nähe der Antenne Teile der Welle, die in Phase
zueinander sind.
Noch was anschauliches: Wenn die E- und H-Komponenten nicht irgendwann
in Phase wären, könnte keine Energie übertragen werden.
Lasse S. schrieb:> Nur dominiert in der Nähe der Antenne das> Nahfeld und weiter entfernt dominiert das Fernfeld.
Eigentlich müsste es heißen: Wenn die Entfernung von der Antenne
wesentlich größer ist als die Abmessung der Antenne, dann spricht man
vom Fernfeld. Dann ist die Fraunhofer Näherung zulässig.
waveguide schrieb:
Eigentlich müsste es heißen: Wenn die Entfernung von der Antenne
wesentlich größer ist als die Abmessung der Antenne, dann spricht man
vom Fernfeld. Dann ist die Fraunhofer Näherung zulässig.
---Genau so ist es richtig!---
Hi, lasse,
ich freue mich über die präzisen Gedanken von "funkloch".
Natur- und Ingenieurwissenschaft beruhen nicht auf dem Auswendigbüffeln
von Vokabeln und Formeln, sondern durch Anwendung der Frage "wie
funktioniert das?"
Hier ist gerade wieder mal die Frage geklärt worden: "Wie erzeugt ein
elektrisches Wechselfeld ein magnetisches und umgekehrt?" - die Lösung
hat Maxwell phantastisch formuliert.
> Man könnte noch dazu sagen, dass sich das Feld nicht entscheidet, ob..
Ganz gewiss. Das tut es so gewiss nicht, wie die Frage "wie entscheidet
es sich denn?" nicht beantwortet werden kann.
> Überall existieren die Fernfeld- und> Nahfeld-Teile der EM-Welle.
Jain.
Ja: Die sind zu messen, das ja.#
Nein: Sie existieren gar nicht. Sondern an jedem beliebigen Punkt im
Raum, wo immer wir unsere Messantenne hinstellen, erleben wir eine
wechselnde Momentanspannung, die sich aus der Überlagerung der
Kugelwellen aller Strahler ergibt, wobei die Kugelwellen gebeugt und
reflektiert wurden.
Präzise gedacht, ist die Bezeichnung "die Nordseewelle" sogar dann
falsch, wenn sie uns beim Baden gerade umgehauen hat.
Denn tatsächlich finden wir an ihrer Stelle nur Wassermoleküle und
Fremdmaterial, die auf offener See eine mehr eine ortsfeste Art
elliptischer Bewegung machen.
Was uns umgehauen hat, das waren die Wassermoleküle mit ihrem Druck.
Zurück zur Funkwelle von "funkloch": Da ist kein magnetisches Feld in
Phase mit einem elektrischen. Wir messen nur magnetischen Fluss und
Spannung in einer Verteilung so, wie wir unsere Messantenne gegenüber
der Sendeantenne bewegen.
Ciao
Wolfgang Horn
Wolfgang Horn schrieb:> Zurück zur Funkwelle von "funkloch": Da ist kein magnetisches Feld in> Phase mit einem elektrischen. Wir messen nur magnetischen Fluss und> Spannung in einer Verteilung so, wie wir unsere Messantenne gegenüber> der Sendeantenne bewegen.
Also sind sie 90° außer Phase (und zusätzlich noch 90° räumlich
gedreht)?
Bisher hab ich mir die Felder immer als "Ringe" vorgestellt, angenommen,
wir haben einen Feld-"Ring" (willkürlich als elektrisch Komponente
gewählt), welcher beim zusammenbrechen senkrecht zu sich ein Magnetfeld
erzeugt, welches in sich geschlossen ist, und damit wieder ein "Ring".
Sobald die gesamte Energie im Magnetfeld steckt, bricht dieses ebenfalls
wieder zusammen und erzeugt in Ausbreitungsrichtung der Welle ein
weiteres Elektrisches Feld.
So oszilliert das ganze Gebilde dann.
Dieses Modell, sofern richtig, hätte den Vorteil, dass die Energie immer
konstant ist, da sin²(x) + cos²(x) = 1
Außerdem währen elektrisches und magnetisches Feld jeweils die
Ableitungen voneinander, also prinzipiell vereinbar mit den
Maxwell-Gleichungen.
Wieso würde das so nicht funktionieren?
Wenn beide Komponenten in Phase sind und wir die Welle mal als Teilchen,
also Photon betrachten: Was passiert wenn das Photon grade das Pech hat,
im "Nulldurchgang" der beiden Felder auf ein Hindernis zu knallen? zum
Zeitpunkt der Kollision waren beide Felder 0, wo ist die Energie
geblieben?
Und noch etwas ;)
Was oszilliert da in dem Photon? Die Welle hat ja verschiedene Zustände
und nach jeweils einer Periode ist der Ausgangszustand wieder erreicht.
Gibt es dafür eine vergleichbare sich zeitlich ändernde Größe beim
Photon?
Oder ist das Photon wirklich nur ein Modell und kein echtes Teilchen?
BTW: Strahlungsdiagramme von Antennen werden oft im Nahfeldbereich
gemessen und anschließend wird aus dem erhaltenen Ergebnis das Verhalten
im Fernfeld berechnet. Wer das kann, hat's kapiert ;-) Ist nämlich alles
andere als trivial.
http://www.physik.uni-kl.de/ziegler/Skripte/Exphys-BC-11.pdf
Seite 168:
Die Skizze oben sieht so aus wie ich es vermutet hab, allerdings steht
drunter:
"E – und B-Feld sind im Fernfeld in Phase"
Was ist den jetzt richtig? Das ganze wird immer verwirrender, je nach
Quelle ist es mal so oder mal so :/
>http://www.physik.uni-kl.de/ziegler/Skripte/Exphys-BC-11.pdf
Dieses skript ist auch nicht so korrekt. Siehe Seite 170 :
Da es sich um eine Art der Energieausbreitung handelt wird die Strahlung
mit zunehmendem Abstand gedaempft.
Es ist eher so, dass die Energie erhalten bleibt. Da die
Querschnittflaeche mit R^2 zunimmt, nimmt die Energiedichte um 1/R^2 ab.
Da ist nichts mit Daempfung.
Zu Seite 168: Man beachte fuer den besprochenen Punkt gilt : Das
Magnetfeld geht hindurch, das E Feld geht aber drum herum. Oder Das
E-Feld geht durch den Punkt, und das H-Feld geht drum herum.
funkloch schrieb:> Seite 168:> Die Skizze oben sieht so aus wie ich es vermutet hab, allerdings steht> drunter: "E– und B-Feld sind im Fernfeld in Phase"
Zunächst einmal: Bei der einfachsten Lösung der Maxwell-Gleichungen,
nämlich der homogenen ebenen Welle, sind E und B phasengleich, wenn das
Medium verlustfrei ist. Für eine sich in Luft ausbreitende Welle ist
dieser Zustand eine sehr gute Näherung, wenn man sich weit genug
entfernt vom Sender befindet.
Die Widersprüche, in die du hineinläufst, entstehen genau durch eine
immer wiederholte aber falsche Interpretation der Maxwell-Gleichungen.
Das von dir angeschleppte Bild von E-B-Kette ist der größte Müll, der in
EM-Büchern verzapft wird und er ist auch nicht auszurotten. Ich kenne
keinen voranschreitenden Wellentyp, weder im Freiraum noch in
Wellenleitern, der so aussieht, wie dort gezeichnet. Ein schönes
Beispiel einer Veranschaulichung, die voll in die Hose geht. Das Bild
hat noch mehr Probleme: Wenn diese wechselseitige Erzeugung von und E
und B der Mechanismus ist, wieso geht die Ausbreitung dann nur in eine
Richtung voran? Jeder dieser E- und B-Ringe müsste doch eine Welle
erzeugen, die von allen Richtungen auf seinem Umfang wegläuft. Warum
denn nur in eine?
Die beiden Felder E und B erzeugen sich nicht gegenseitig und es gibt
auch keinen inneren Mechanismus, der eine EM-Welle vorantreibt. Warum
fragt man eigentlich immer danach? Bei der Bewegung von Körpern fragt
man doch auch nicht nach inneren Ursachen.
Sehr schön und sauber herausgearbeitet und begründet durch die
retardierten Lösungen der Maxwell-Gleichungen ist das in: Kröger,
Unbehauen: Technische Elektrodynamik. 3. Auflage, 1993, Teubner,
Stuttgart. Von dort zitiere ich jetzt nicht wörtlich, übernehme aber die
eine oder andere Formulierung.
Magnetische Felder werden von Strömen erzeugt, elektrische Felder werden
von Ladungen und von zeitveränderlichen Strömen erzeugt. Von diesen
Quellen breiten sich E und B gemeinsam aus und bilden eine
raum-zeitliche Einheit, die zu jeder Zeit und an jeder Stelle die
Maxwell-Gleichungen erfüllt. Die Terme dE/dt und dB/dt zählen nicht zu
den physikalischen Ursachen der Felder. Nur dadurch, dass man die
Ortsableitungen in den Operatoren in div und rot zusammenfasst, stehen
eben die Zeitableitungen alleine da. Dadurch sieht es so aus, als ob sie
etwas besonderes wären.
Besonders bei der Integralform der Maxwell-Gleichungen sieht man, dass
die Felder im inneren einer Fläche nicht die physikalische Ursache der
Felder am Rand der Fläche sein können, weil eine räumlich entfernte
Wirkung nicht momentan auftreten kann. Die Integralgleichungen sind aber
zu einem festen Zeitpunkt zu nehmen, egal wie groß die Fläche ist.
Also, richtig ist: E und B erzeugen sich nicht gegenseitig. Sie haben
ihre Ursache in Ladungen und Strömen. Von dort breiten sie sich
gemeinsam aus und sind immer und überall so miteinander verknüpft, dass
sie die Maxwell-Gleichungen erfüllen. Die eigentliche Ursache für diese
Beziehung ist, dass Ladungen und Ströme nicht unabhängig sind
voneinander sondern die Kontinuitätsgleichung erfüllen müssen.
Man könnte das B-Feld übrigens auch ganz weglassen, wenn man nur mit dem
elektrischen Feld arbeitet, die entstehende Kraft auf Ladungen aber
korrekt Lorentz-transformiert, wenn sich Ladungen relativ zueinandner
bewegen. Man käme auf die gleichen Kräfte wie wenn man elektrische Kraft
und Lorentz-Kraft q(v x B) zusammennimmt. Das B-Feld modelliert genau
den Anteil, der sich durch die Lorentz-Transformation ergäbe. Das B-Feld
ist daher nur ein nützliches Werkzeug, das die Mathematik vereinfacht.
Unbedingt brauchen tut man es nicht.
Brauchbare Elektrodynamik-Bücher sind: Kröger/Unbehauen,
Landau/Lifschitz und der Jackson. Die meisten anderen
Möchtegern-Didaktiker erzählen genau den Mist, über den du jetzt
stolperst.
waveguide schrieb:> Der Lehner ist auch noch gut.
Ich hab hier den Lehner von 1990 und dort ist auf S. 35 genau das
gleiche Bild von den mit E und B beschrifteten Kettengliedern und er
schreibt: "Ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein magnetisches
Wirbelfeld. Dieses ist selbst zeitlich veränderlich und erzeugt dadurch
ein elektrisches Wirbelfeld etc. Das ist der Mechanismus der Entstehung
und Fortpflanzung elektromagnetischer Wellen, ..."
Richtiger wäre: "Ein sich änderndes elektrisches Feld ist von einem
magnetischen Wirbelfeld begleitet und umgekehrt." Sie sind nicht ihre
gegenseitigen physikalischen Ursachen und die Anschauung, dass es sich
hierbei um den "Vortriebsmechanismus" einer EM-Welle handele, ist nicht
sehr leistungsfähig und man trifft schnell auf ihre Grenzen.
Okay, das Argument mit der Ausbreitungsrichtung ist gut. Während ich mir
das ganze durch den Kopf habe gehen lassen, kam mir noch eine Frage.
Wenn man nach QED danach ausgeht, dass die Felder durch virtuelle
Photonen vermittelt werden, wie sähe soetwas dann aus?
Kann man dieses Modell hier überhaupt anwenden? Eine einzelne Ladung
scheint diese Teilchen in alle Raumrichtungen zu emittieren, wie sieht
es aber mit einem in sich geschlossenem Wirbelfeld aus?
Freut mich übrigens, dass ich nicht der einzige bin dem dieser Irrtum
mit der Verkettung unterlaufen ist ;)
Plasmon schrieb:> Die Widersprüche, in die du hineinläufst, entstehen genau durch eine> immer wiederholte aber falsche Interpretation der Maxwell-Gleichungen.> Das von dir angeschleppte Bild von E-B-Kette ist der größte Müll, der in> EM-Büchern verzapft wird und er ist auch nicht auszurotten. Ich kenne> keinen voranschreitenden Wellentyp, weder im Freiraum noch in> Wellenleitern, der so aussieht, wie dort gezeichnet. Ein schönes> Beispiel einer Veranschaulichung, die voll in die Hose geht. Das Bild> hat noch mehr Probleme: Wenn diese wechselseitige Erzeugung von und E> und B der Mechanismus ist, wieso geht die Ausbreitung dann nur in eine> Richtung voran? Jeder dieser E- und B-Ringe müsste doch eine Welle> erzeugen, die von allen Richtungen auf seinem Umfang wegläuft. Warum> denn nur in eine?
Wenn das elektrische Feld und das magnetische Feld sich nicht
gegenseitig beeinflussen, wie erklärst du dann nach deinem Modell das
Induktionsprinzip?
Plasmon schrieb:> Das Bild> hat noch mehr Probleme: Wenn diese wechselseitige Erzeugung von und E> und B der Mechanismus ist, wieso geht die Ausbreitung dann nur in eine> Richtung voran? Jeder dieser E- und B-Ringe müsste doch eine Welle> erzeugen, die von allen Richtungen auf seinem Umfang wegläuft. Warum> denn nur in eine?
Die Ausbreitungsrichtung wird durch einen Vektor festgelegt.
... Und der pointing Vektor ist das kreuzprodukt aus e und b Feld
Vektor, womit e und b phasengleich wären.
... Und das Prinzip induktion bezieht sich dann sicherlich nichtmetrisch
auf ein verlustfreies Medium.
Ich denke ich kann die Problematik endlich aufklären:
Das B-Feld ist nur sowas wie ein "Bezugssystem mit Bezugsgröße" für eine
relativistische Änderung elektrischer Felder. Der Effekt der
elektromagnetischen Induktion ist also im Sinne der Kausalität Unsinn.
Die Änderung des B-Feldes und das damit verbundene elektrische
Wirbelfeld treten GLEICHZEITIG auf.
Ergo ist das B-Feld eine Hilfsgröße. Eine Umschreibung für diesen
Effekt.
Somit gibt es eigenlich auch keine Induktion im kausalen Sinne. Die
"innere Mechanik" der Fortbewegung ist also, wie von Plasmon bereits
beschrieben, unbekannt und nicht in der gegenseitigen Erzeugung von B
und E zu sehen.
Die Induktion bei lokaler Umwandlung von magnetischer in elektrische
Energie und umgekehrt, hat natürlich phasenverschobene Feldanteile.
Sonst würde sich da nichts wandeln. Aber das sind letztlich auch nur
zeitlich verschobene Ereignisse, getrennt durch die unterschiedlichen
Geschwindigkeiten zweier verbundener Energiespeicher. Ursächlich ist
letztlich die Trägheit der Energie und die Begrenztheit der
Lichtgeschwindigkeit.
Im Fernfeld braucht es diesen Mechanismus nicht mehr. Hier überlagern
sich die Feldanteile so, dass E und B in Phase sind. Bzw. E und E'. zu
jeder Zeit.
Die Maxwellgleichungen beschreiben das nur sehr schön und sind nur eine
Rechenhilfe.
EM-Interaktionen haben m.E. nach keine Kausalität. Könnte ein Hinweis
auf Determinismus im Universum sein. Ohne Bezugssysteme gibt es diese
Berechnungen nicht und nackte Bezugssysteme sind Unsinn. Sie bilden nur
Mathematik auf Realität ab und dienen der Berechnung. Warum etwas "real"
geschieht, ist unklar und wird durch die Physik niemals erklärt.
Ich kläre auch nach Jahren mal hier noch auf, da ich selbst einst nach
einer Erklärung suchte und echte Mühe hatte.
Mfg. ein Ingenieur.
Bernd H. schrieb:> dass E und B in Phase sind. Bzw. E und E'. zu> jeder Zeit.
Heißt das nun dass E und B zur selben Zeit zu null werden um dann schier
aus dem nichts wieder erscheinen?
Max schrieb:> Heißt das nun dass E und B zur selben Zeit zu null werden um dann schier> aus dem nichts wieder erscheinen?
Im Fernfeld sind E und B zur selben Zeit (und am selben Ort!)
gleichzeitig Null. Sie erscheinen aber nicht 'aus dem nichts' wieder,
denn Null sind sie nur an einzelnen Punkten. Im (beliebig eng)
benachbarten Raumbereich sind sie beide ungleich Null.
M.A. S. schrieb:> Im Fernfeld sind E und B zur selben Zeit (und am selben Ort!)> gleichzeitig Null. Sie erscheinen aber nicht 'aus dem nichts' wieder,> denn Null sind sie nur an einzelnen Punkten. Im (beliebig eng)> benachbarten Raumbereich sind sie beide ungleich Null.
Danke für die Antwort!
Bernd H. schrieb:> EM-Interaktionen haben m.E. nach keine Kausalität. Könnte ein Hinweis> auf Determinismus im Universum sein. Ohne Bezugssysteme gibt es diese> Berechnungen nicht und nackte Bezugssysteme sind Unsinn. Sie bilden nur> Mathematik auf Realität ab und dienen der Berechnung. Warum etwas "real"> geschieht, ist unklar und wird durch die Physik niemals erklärt.
Du kannst nichts über das EM-Feld in Erfahrung bringen ohne eine Antenne
hineinzuhalten, was nichts Anderes ist als ein zweiter Strahler.
Das ist die Heisenbergsche Unschärferelation.
Antoni Stolenkov schrieb:> Das ist die Heisenbergsche Unschärferelation.
Und das ist auch noch nicht Alles. Das wird noch viel schlimmer. Das
Problem mit Schrödingers Katze ist nämlich eine Analogie zur
Heisenbergschen Unschärferelation.
Antoni Stolenkov schrieb:> Antoni Stolenkov schrieb:>> Das ist die Heisenbergsche Unschärferelation.>> Und das ist auch noch nicht Alles. Das wird noch viel schlimmer. Das> Problem mit Schrödingers Katze ist nämlich eine Analogie zur> Heisenbergschen Unschärferelation.
Diese Katz kratzt nicht und beißt keine Maus mehr seit 2012.
Wie üblich wurde der hassgeliebte Kurt prompt gelöscht.
Aber die Physik befindet sich derzeit vielleicht am Rande
einer der größten Umbrüche ihrer Geschichte:
Stichwort Dunkle Materie
Wer weiß, ob morgen noch gilt, was heute selbstverständlich ist!
(Ich hoffe, die Mods stellen sich nicht das Armutszeugnis aus,
diese Zeilen ebenfalls zu löschen.)
eric schrieb:> Wer weiß, ob morgen noch gilt, was heute selbstverständlich ist
Gut, dann warten wir bis morgen, bis die dunkle Materie die Physik
grundlegend revolutioniert hat und elektromagnetische Longitudinalwellen
die TEM Wellen als Irrweg abgelöst haben.
Dann wird der Prophet Kurt voll rehabilitiert und die pösen
Administratoren streuen Asche über ihr Haupt.
eric schrieb:> Wie üblich wurde der hassgeliebte Kurt prompt gelöscht.>> Aber die Physik befindet sich derzeit vielleicht am Rande> einer der größten Umbrüche ihrer Geschichte:> Stichwort Dunkle Materie>> Wer weiß, ob morgen noch gilt, was heute selbstverständlich ist!>> (Ich hoffe, die Mods stellen sich nicht das Armutszeugnis aus,> diese Zeilen ebenfalls zu löschen.)
Ich vermute nicht, dass diesen Deinen Beitrag jemand löscht.
Zu Deiner Aussage "Wer weiß, ob morgen noch gilt, was heute
selbstverständlich ist!" im Zusammenhang mit Kurt muss man aber sagen:
Natürlich werden neue Erkenntnisse gewonnen, die alte vielleicht obsolet
machen.
Das hat aber nichts damit zu tun, dass sich wiederholt jemand (!)
hinstellt, konsequent behauptet, alles, was die heutige Physik sagt, sei
falsch und stattdessen irgendwelche erfundenen Modelle anbringt, die
grundsätzlich nicht verifizierbar sind, weil sie komplett unmathematisch
(ich glaube "antimathematisch" trifft es noch besser) sind.
Dass dieser jemand (wenn er beschriebenes tut) gelöscht wird, wurde vor
längerer Zeit von den Mods beschlossen und das ist auch gut so.
Dass dieser (mein) Beitrag gelöscht wird, ist wahrscheinlicher, als dass
Deiner es wird, da er (meiner) auf >ihn< eingeht.
Wäre aber auch nicht so schlimm.
Armageddon schrieb:> Gut, dann warten wir bis morgen,...
Ähm, ja. :)
Heizfühler schrieb:> 7-Jahresthread reaktiviert - Katze tot + da hilft auch kein Katzenklo.
7 Jahre alter Thread, na und?
Wenn ein Thema weiterhin oder wieder von Interesse ist, finden sich
Diskussionsteilnehmer, ansonsten schläft er von allein wieder ein. Das
reguliert sich selber.
Mir ist ein interessanter wiederaufgeweckter Thread lieber als ein
Neueröffneter zum gleichen Thema. Ist viel übersichtlicher, man kann
nochmal nachlesen, was dazu schon in der Vergangenheit geschrieben
wurde.
Kurt schrieb im Beitrag #6018593:
> Der Grund der Löscherei ist der das ich gezeigt habe das die> Behauptungen um AM und Drumherum völlig falsch sind.
Ja Kurt, Du hast recht: Da schreibst nicht nur zum Thema Licht
konsequent Blödsinn, zu hast auch noch ein paar andere Lieblingsthemen
zu denen Du unbrauchbare 'Theorien' veröffentlichst.
