Eine Komponente der elektromagnetischen Welle entfernen?
Eine elektromagnetische Welle heißt so, weil sie aus einem gekoppelten senkrecht zueinander stehenden elektrischen und magnetischen Wechselfeld besteht.
Kann man die elektrische oder magnetische Komponente mit einem Filter, einem Spalt oder einem Medium komplett entfernen, sodass nur die magnetische Welle oder elektrische Welle übrigbleibt?
4 Antworten
In einem sehr begrenzten Umfeld lassen sich die Felder "trennen", komplett jedoch nicht. Es gilt immer, dass elektrisches und magnetisches Feld zusammengehören. Die Verhältnisse ergeben sich durch den Wellenwiderstand. Im Freiraum (Vakuum oder Luft) herrscht erst mal ein Wellenwiderstand von ca. 277 Ohm, es gibt also ein festes Verhältnis von elektrischer- und magnetischer Komponente.
Durch geometrische Anordnungen lässt sich der Wellenwiderstand jedoch lokal verändern. Ein klassisches Beispiel ist eine Antenne. Innerhalb des Antennenkabels herrscht ein anderer Wellenwiderstand als in der Luft. Die Antenne selbst ist eine Art Anpassungsglied. Es gibt Antennen, die lokal hauptsächlich ein elektrisches Feld erzeugen (im sogenannten Nahfeld). Erst in einigem Abstand (dem Fernfeld) hat sich die Welle dann an die 277 Ohm angepasst. Es gibt aber auch Antennen, die im Nahfeld hauptsächlich ein magnetisches Feld erzeugen. Damit kann es dann sogar möglich sein, durch einen (nicht ganz perfekten) faradayschen Käfig zu kommen.
Nein, es ist nicht möglich, die elektrische oder magnetische Komponente einer elektromagnetischen Welle vollständig zu entfernen, da sie untrennbar miteinander verbunden sind. Eine Änderung an der elektrischen Komponente hat immer auch eine Auswirkung auf die magnetische Komponente und umgekehrt.
Selbst wenn man ein Filter oder einen Spalt verwenden würde, um eine Komponente zu dämpfen oder zu blockieren, würde dies immer noch Auswirkungen auf die andere Komponente haben. Zum Beispiel könnte ein Filter das elektrische Feld abschwächen, aber dadurch würde auch die magnetische Komponente beeinflusst werden, da beide Komponenten in Wechselwirkung miteinander stehen.
Elektromagnetische Wellen, wie zum Beispiel Mikrowellen, können auf einen sehr dünnen Spalt treffen und teilweise durch diesen hindurchgehen und teilweise reflektiert werden. Wenn das elektrische Wechselfeld 90 Grad zum Spalt steht, kann es nicht durch den Spalt hindurchgehen, während das magnetische Wechselfeld, wenn es eine Komponente in Richtung des Spalts hat und der Spalt groß genug ist, durch den Spalt hindurchgehen kann. Umgekehrt, wenn das magnetische Wechselfeld 90 Grad zum Spalt steht, kann es nicht durch den Spalt hindurchgehen, während das elektrische Wechselfeld, wenn es eine Komponente in Richtung des Spalts hat und der Spalt groß genug ist, durch den Spalt hindurchgehen kann. Insgesamt hängt es also von der Ausrichtung der beiden Felder zueinander und ihrer Polarisationsrichtung ab, ob und in welchem Maße sie durch den Spalt hindurchgehen können.
Wenn das elektrische Wechselfeld 90 Grad zum Spalt steht, kann es nicht durch den Spalt hindurchgehen, während das magnetische Wechselfeld, wenn es eine Komponente in Richtung des Spalts hat und der Spalt groß genug ist, durch den Spalt hindurchgehen kann.
Dann bedeutet das bei diesem Beispiel: Das elektrische Feld wird komplett reflektiert, und das magnetische Feld geht durch. Also existiert nach dem Spalt nur ein magnetisches Wechselfeld?
Aber wie gehen sowohl elektrisches Wechselfeld als auch magnetisches Wechselfeld von zb einer Mikrowelle durch einen sehr dünnen Spalt, wenn die Felder senkrecht zueinander stehen
warum sollte sie nicht durchgehen?
du glaubst hoffentlich nicht dass die welle die man in abbildungen als sinusförmige schlangenlinie darstellt wirklich so durch den raum schwingt.
die schwingung findet im elektromagnetischen feld statt.
warum sollte sie nicht durchgehen?
Ein Strahlteiler oder linearer Polarisator trennen die elektromagnetischen Wellen abhängig von der Ausrichtung des elektrischen oder magnetischen Wechselfeldes. Es schwingen sowohl elektrisches als auch magnetisches Feld: Welches von beiden entscheidet, ob die Welle durchgeht oder absorbiert/reflektiert wird?
Oder ähnliches Beispiel um die Frage verständlicher zu machen:
Mit einem Spalt kann man Mikrowellen entweder durchlassen oder abschirmen je nachdem in welchem Winkel der Spalt steht. Wenn der Spalt parallel zur Schwingungsrichtung eines dieser Felder steht, steht es senkrecht zum anderen Feld, geht die Welle durch und man empfängt hinter dem Spalt ein Signal. Wird der Spalt um 90 Grad gedreht, steht es wieder parallel zur Schwingungsrichtung eines Feldes und senkrecht zum anderen, wird jedoch diesmal (völlig?) reflektiert und man empfängt hinter dem Spalt kein Signal. Die Intensität hinter dem Spalt ist 0.
Mit linear polarisiertem Licht sollte das genauso sein: Hinter dem Spalt entscheidet, ob die Intensität 0 ist der nicht, welche Feldschwingung parallel und welche senkrecht zum Spalt steht.
Warum ist das so, und geht die Welle durch wenn elektrisches oder magnetisches Wechselfeld parallel zum Spalt stehen?
die orientierung einer lineare polarisierten elektromagnetischen wellen ist gegeben durch die orientierung der elektrischen feldkomponente (das ist eine konvention. wenn die elektrische komponente in einer richtung polarisiert ist, dann sagt man dass die elektromagnetische welle in dieser richtung polarisiert ist).
bei einem linearen polarisationsfilter geht eine welle durch, deren elektrische komponente parallel zum filter ist.
diese filter bestehen nämlich aus langen, parallel ausgerichteten molekülketten, entlang denen sich ladungsträger bewegen können.
wenn die elektromagnetische welle parallel dazu linear polarisiert ist (dh die elektrische komponente parallel dazu polarisiert ist), dann werden die ladungsträger in dieser richtung zum schwingen angeregt und die welle dadurch absorbiert. senkrecht zu den molekülketten können die ladungsträger nicht schwingen, und daher kommt eine senkrecht dazu orientierte welle durch den filter durch.
molekülketten entlang denen sich ladungsträger bewegen können
dann werden die ladungsträger in dieser richtung zum schwingen angeregt und die welle dadurch absorbiert
Dasselbe Prinzip dann auch für den Spalt und Gitterstäbe bei Mikrowellen?
Ist das mit den Gitterstäben vergleichbar, denn die lassen auch nur Wellen in bestimmter Richtung durch.
Das elektrische Feld würde zwar durch Schwingung der Elektronen entstehen, aber es heißt doch, dass mit elektrischen Feldern keine elektromagnetische Wellen abgelenkt werden können. Und die Stäbe absorbieren nicht wie bei Polarisatoren sondern reflektieren. Warum kommt es da auch zum Durchgang und Nichtdurchgang bei 90 Grad Drehung der Polarisationsrichtung, der Grund warum die Mikrowellen nicht durchgelassen werden müsste ein anderer sein als bei Polarisatoren
Nein, das kann nicht funktionieren, denn eine E-Welle hat automatisch eine B Welle zur folge - das eine kann ohne das andere nicht existieren (Maxwell-Gleichungen).
Müssen die beiden Wechselfelder dabei senkrecht/90° zueinander stehen oder kann dieser Winkel geändert werden
E und B stehen nur für ebene Wellen immer orthogonal aufeinander. Es gibt unzählige Beispiele, wo E und B nicht senkrecht stehen, das ist bei Hohlleitern und Resonatoren der Fall. Hier gilt auch nicht mehr der simple Zusammenhang ω=c*k sondern der Zusammenhang ist nichtlinear: ω=ω(k). Es gibt dann den Begriff der Gruppengeschwindigkeit, die sich von der Phasengeschwindigkeit unterscheidet. Es gibt auch Moden, wo es longitudidnale Komponenten in Ausbreitungsrichtung gibt. Nur die allereinfachsten Wellen, die man in der Schule lernt, die ebenen Wellen (die es in Wirklichkeit gar nicht gibt), haben die Eigenschaft, transversal und orthogonal zu sein. Leider ist die Realität nicht ganz so einfach.
Entfernen kannst du dir elektrische Feldkomponente nicht von der magnetischen Feldkomponente. Du kannst maximal eine getrennte Behandlung der elektrischen bzw. magnetischen Feldkomponente durchführen. Bei der Licht-Materie-Wechselwirkung, in der die Wechselwirkung von Atomen bzw. den Elektronen mit Licht betrachtet wird, schaust du dir im wesentlichen die elektrische Feldkomponente an und näherst auch genau diese in Dipolnäherung am Ort des Atoms.
Aber wie gehen sowohl elektrisches Wechselfeld als auch magnetisches Wechselfeld von zb einer Mikrowelle durch einen sehr dünnen Spalt, wenn die Felder senkrecht zueinander stehen, und entweder das elektrische oder magnetische Wechselfeld 90 Grad zum Spalt steht, wenn die Polarisationsrichtung des anderen Wechselfeldes in einem Winkel von 0 Grad zum Spalt steht