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Elektromagnetische Wellen

1865
  • James Clerk Maxwell (prediction)
  • Heinrich Hertz (demonstration)
Laborexperiment zur Demonstration elektromagnetischer Wellen mit Oszilloskop und Gleichungen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Elektromagnetische Wellen sind Störungen des elektromagnetischen Feldes, die sich im Raum ausbreiten und Energie transportieren. ultraviolettSie entstehen durch die Beschleunigung elektrischer Ladungen und bestehen aus synchronisierten, senkrechten Schwingungen elektrischer und magnetischer Felder.

Die Existenz elektromagnetischer Wellen war eine direkte theoretische Folge der Maxwellschen Gleichungen. Durch Manipulation der Gleichungen für einen Bereich des Raums ohne Ladungen oder Ströme kann man die Wellengleichung sowohl für das elektrische als auch für das magnetische Feld ableiten. Für das elektrische Feld lautet diese Gleichung [latex]\nabla^2 \mathbf{E} = \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial^2 \mathbf{E}}{\partial t^2}[/latex]. Dies ist die mathematische Standardform einer Wellengleichung, bei der die Ausbreitungsgeschwindigkeit durch [latex]v = 1/\sqrt{\mu_0 \varepsilon_0}[/latex] gegeben ist. Unter Verwendung der experimentell ermittelten Werte für die Permeabilität ([latex]\mu_0[/latex]) und Permittivität ([latex]\varepsilon_0[/latex]) des Vakuums wurde diese Geschwindigkeit als die bekannte Lichtgeschwindigkeit [latex]c[/latex] berechnet.

Diese theoretische Vereinheitlichung war eine monumentale Leistung, denn sie bewies, dass Licht ein elektromagnetisches Phänomen ist. Diese Wellen sind transversal, d. h. die Schwingungen des elektrischen und des magnetischen Feldes verlaufen senkrecht zueinander und auch senkrecht zur Richtung der Energieausbreitung. Die experimentelle Bestätigung erfolgte in den 1880er Jahren, als Heinrich Hertz in seinem Labor Radiowellen erzeugte und nachwies, womit er Maxwells Vorhersage bestätigte und den Weg für die Funkkommunikation und alle nachfolgenden drahtlosen Technologien ebnete.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Elektrizität und Magnetismus

Typ

Physikalisches Phänomen

Störung

Revolutionär

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Maxwellsche Gleichungen
  • Wellentheorie des Lichts (Huygens, Young, Fresnel)
  • Experimente zu Elektrizität und Magnetismus von Faraday und Ampère
  • Genaue Messung der Lichtgeschwindigkeit durch Fizeau und Foucault

Anwendungen

  • alle Formen der drahtlosen Kommunikation
  • medizinische Bildgebung (Röntgenstrahlen)
  • Heizung (Mikrowelle)
  • Fernerkundung und Astronomie
  • Sehen und Optik
  • Spektroskopie
  • Radar

Patente:

NA

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Verwandt mit: elektromagnetische Welle, elektromagnetische Strahlung, Lichtgeschwindigkeit, Maxwellsche Gleichungen, Hertz, Spektrum, Licht, Radiowellen, Transversalwelle, Photon.

Historischer Kontext

Elektromagnetische Wellen

1859
1860
1861
1865
1869
1871
1876
1854
1859
1861
1865
1868
1870
1873
1877

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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