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Forum: HF, Funk und Felder wellenauslöschung, energieerhaltung


Autor: Willy (Gast)
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hallo,

wohin geht die energie, wenn sich zwei em-wellen gegenseitig auslöschen?

grüsse

Autor: Jochen Fe. (jamesy)
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Die Auslöschung ist nur eine Momentaufnahme, z. B. an einer Antenne, die 
Poynting-Vektoren laufen je nach Umgebung so weiter, wie physikalisch 
vorgegeben.

Autor: Nils (Gast)
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> wohin geht die energie, wenn sich zwei em-wellen gegenseitig auslöschen?
In die Verstärkung. Das scheinbare Paradoxon entsteht nur, wenn ich das 
Ganze eindimensional betrachte.
Im dreidimensionalen Raum gibt es Gebiete des Auslöschung und 
Verstärkung. Damit bleibt die Energie für das gesamte Feld erhalten (und 
für Energiebetrachtungen in der Maxwell-Theorie zählt nur das gesamte 
Feld).

Vermutlich meint Jochen das mit 'Momentaufnahme': 3dim-Raum + Zeit

Autor: hmhmhm (Gast)
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Willy schrieb:
> hallo,
>
> wohin geht die energie, wenn sich zwei em-wellen gegenseitig auslöschen?

Die löschen sich nicht aus. Nur die Summe ihrer Feldvektoren wird an 
manchen stellen im Raum 0, wenn die Phase 180 Grad ist.

Gedankenexperiment: langes Kabel und von links und rechts ne Welle rein 
als kurzer Impulse

Es wird für einen kurzen Moment 180° Phasenverschiebung herschen, wenn 
die Wellenimpulse sich im Kabel begegnen, genauso wie es einen Moment 
perfekte konstruktive Überlagerung geben wird. Die Wellen werden 
trotzdem das andere Ende des Kabels erreichen. Warum? Richtung des 
Energieflusses -> Poynting Vektor S! So genau hab ich nicht drüber 
nachgedacht aber vermutlich "stimmt" die Energie von P in dem Moment der 
Auslöschung von E wieder weil sich die H Felder ja konstruktiv 
verhalten.

MfG.

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Willy schrieb:
> wohin geht die energie, wenn sich zwei em-wellen gegenseitig auslöschen?

Hi, Willy,

Die Antwort liegt in der Frage "Was bedeutet 'auslöschen' bei zwei 
Wellen?"

Füll etwas Wasser in Deine Badewanne.

Lass einen Wassertropfen hineinfallen - eine ringförmige Welle breitet 
sich bis zu den Wänden aus.

Lass zwei Wassertropfen nacheinander links und rechts hinein fallen - 
zwei ringförmige Wellen breiten sich nacheinander bis zu den Wänden aus.

Lass zwei Wassertropfen gleichzeitig links und rechts hinein fallen - 
zwei ringförmige Wellen breiten sich gleichzeitig bis zu den Wänden aus.
Dort, wo sich gerade schneiden, beobachtest Du die "Auslöschung" - sie 
ist nur scheinbar für den Beobachter.
Besonders für den Beobachter am Kurzwellenradio, der die Wellen des 
elektromagnetischen Feldes nicht aus dem All betrachtet, sondern das 
Jaulen in seinem Kopfhörer hört. Der vielleicht auch ein Scope am 
ZF-Ausgang hat und einen "Einbruch der Feldstärke" bemerkt - auch der 
ist nur scheinbar, die Wellen breiten sich weiter aus.


Ciao
Wolfgang Horn

Autor: Willy (Gast)
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danke für so vielen Antworten. Wenn wir zB bei Wasser bleiben,
und ich erzeuge mit einer sehr langen geraden Planke planare Wellen
die aufeinander laufen. Unabhängig vom Abstand der beiden Planken
und ihrer Synchronalität zueinander, wird jedes Mal dasselbe Muster
erzeugt, nur halt jedes Mal an einem anderen Ort. Ändere ich Abstand
oder Phase verschiebt sich das Gesamtmuster etwas. Richtig?

Wie ist es mit Photonen?
Wenn ich 2 Laserstrahlen habe, die über Linse oder ähliches
in einen Strahl gekoppelt werden, und Phase 180 haben? Erzeuge
ich damit andere Photonen die sich in andere Richtung ausbreiten?

Autor: Jochen Fe. (jamesy)
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Das ist eigentlich genau wie mit den elektromagnetischen Wellen, nur muß 
hierbei die Dualität "Welle/Teilchen" beachtet werden, wenn die 
Distanzen zu klein werden (Spaltversuch, Interferenz). Die 
Heisenberg'sche Unschärferelation greift dann irgendwann......

Autor: Nils (Gast)
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> Wie ist es mit Photonen?
Da wird's spannend: Photonen sind Bosonen und lediglich 'Quasiteilchen' 
der elektromagnetischen Wechselwirkung.
Ausgehend von der Deiner Ausgangsfrage:
- Bei Feldern im Sinne der Maxwelltheorie bezieht sich die 
Energieerhaltung immer auf das ganze Feld im Raum-Zeit-Gebiet.
- Photonen sind Gebilde im Sinne einer (lokalen) 
(Quanten-)mechanistischen Theorie: Sie besitzen also keine Ruhemasse und 
existieren somit nur zum hypothetischen Austausch der Wechselwirkung (z. 
B. der Wechselwirkung zweier Elektronen).

> in einen Strahl gekoppelt werden, und Phase 180 haben? Erzeuge
> ich damit andere Photonen die sich in andere Richtung ausbreiten?
Nein. Im Bild der Quasiteilchen wird die Phasenverschiebung der 
Maxwelltheorie zu einem Spin. Demnach ist eine Auslöschung von Photonen 
im Zustand Spin Up und Spin Down durchaus möglich (d. h. es wird dunkel, 
obwohl Licht im Spiel ist). Bei dieser Interferenz bleibt also der 
Gesamtdrehimpuls erhalten. Dafür existieren auch 
Vertauschungsrelationen, also Regeln für die "do's" und "dont's" in 
Bezug auf die Unschärferelation.

Und da liegt der Hase im Pfeffer:
Vertauschungsrelationen (gemeinhin Unschärfe) für die 
Drehimpulserhaltung sind klar definiert. Werden also Photonenpaare im 
Sinne einer destruktiven Interferenz zerstört, ist die 
Drehimpulserhaltung gegeben und alle sind fröhlich.

Was die Energiebetrachtung angeht: Ja, da gibt es zwar eine 
Energie-Zeit-Unschärfe; die ist aber keine Unschärferelation im 
eigentlichen Sinn (die Unschärferelation ist eine Formulierung für 
Operatoren, die die messbaren Größen in der Quantenmechanik 
beschreiben). Energie-Zeit-Unschärfe ist aber eine Formulierung 
parametrisierter Größen (hier Skalere): Energie, Zeit.

In der Praxis nimmt sich die Quantenelektrodynamik (QED) solcher 
Phänomene an. Sie verallgemeinert den Begriff der Quanten und fasst 
Teilchen (auch Quasiteilchen wie Photonen) als mathematische Operatoren 
auf (das nennt sich dann zweite Quantisierung). Destruktive Interferenz 
ist in diesem Bild das Aufeinenadertreffen eines Erzeugungs- und 
Vernichtungsoperators.

Wo bleibt da die Energie? Im Raum, genauer gesagt im Vakuum. Im 
Verständnis der Quantenelektrodynamik hat das Vakuum selbst einen 
Energieinhalt. Das ist nicht so weit hergeholt, denn selbst 
Festkörperschwingungen am absoluten Nullpunkt haben noch einen 
Energieinhalt (-> Nullpunktsenergie).
Im Bild der QED kann der Energieinhalt des Vakuums um die durch die 
Unschärferelation vorgegebenen Grenzen schwanken. In dieser Schwankung 
bleibt die 'verlorene Energie' verborgen.
In Anwesenheit starker Felder können aus diese Fluktuationen wieder 
reale Teilchen werden.

Das nur als kurzer, ziemlich ungenauer Abriss zu Deiner Frage.

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Willy schrieb:
> Wenn wir zB bei Wasser bleiben,
> und ich erzeuge mit einer sehr langen geraden Planke planare Wellen
> die aufeinander laufen.

Hi, Willy,

dann schlag unter "Huyghens" nach.
Wie wir eine Wellenfront verstehen können als Linie von Quellen für neue 
Kreiswellen, die in ihrer Überlagerung eine neue Wellenfront bilden.

Das Verhalten des Systems aus Sendequellen ergibt sich aus der 
Überlagerung aller einzelnen Wellen. Die Simulation ist nicht 
kompliziet, mit Lineal, Zirkel und Bleistift nur mühsam.

Oder schau auch mal unter "Phased Array Radar".

Ciao
Wolfgang Horn

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