Physik Elektrodynamik – Elektromagnetische Wellen
Karteikarten zum Thema „Naturwissenschaften“ · 15 Karten · von atrio. Beispiele: Aus welchen Maxwell-Gleichungen lässt sich die Wellengleichung für E-Felder …
Karten
15 KartenAus welchen Maxwell-Gleichungen lässt sich die Wellengleichung für E-Felder im Vakuum herleiten?
Rückseite
Aus dem Induktionsgesetz (∇×E = -∂B/∂t) und dem Ampère-Maxwell-Gesetz (∇×B = μ₀ε₀∂E/∂t) durch Doppelrotation und Vektoranalysis.
Wie lautet die Phasengeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im Vakuum?
Rückseite
c = 1/√(μ₀ε₀) ≈ 3·10⁸ m/s, abhängig nur von der magnetischen Feldkonstante μ₀ und der elektrischen Feldkonstante ε₀.
Welche Orientierung haben E-Feld, B-Feld und Ausbreitungsrichtung zueinander?
Rückseite
E, B und der Wellenvektor k bilden ein rechtssinniges, orthogonales Tripel: E ⊥ B ⊥ k, wobei E×B in Ausbreitungsrichtung zeigt.
Wie verhalten sich die Beträge von E- und B-Feld in einer ebenen Welle im Vakuum zueinander?
Rückseite
E₀ = c·B₀, das elektrische Feld ist um den Faktor c stärker als das magnetische Feld.
Was beschreibt der Poynting-Vektor S = (1/μ₀) E × B?
Rückseite
Die Energieflussdichte (Leistung pro Fläche) der elektromagnetischen Welle, gerichtet in Ausbreitungsrichtung.
Wie groß ist die zeitlich gemittelte Energiedichte einer ebenen Welle im Vakuum?
Rückseite
⟨u⟩ = ½ ε₀ E₀² = ½ B₀²/μ₀, elektrische und magnetische Energiedichte sind gleich groß.
Was versteht man unter linearer Polarisation?
Rückseite
Das E-Feld schwingt auf einer festen Geraden senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, die Schwingungsebene ist räumlich fixiert.
Wann liegt zirkulare Polarisation vor?
Rückseite
Wenn zwei linear polarisierte Wellen gleicher Amplitude um 90° phasenversetzt überlagert werden – das E-Feld rotiert auf einem Kreis.
Wie ändert sich die Wellenzahl k beim Übergang vom Vakuum in ein dielektrisches Medium?
Rückseite
k = n·ω/c mit Brechzahl n = √(εᵣμᵣ), die Wellenlänge verkürzt sich um den Faktor 1/n bei konstanter Frequenz.
Was besagt das Snelliussche Brechungsgesetz für elektromagnetische Wellen?
Rückseite
n₁ sin(θ₁) = n₂ sin(θ₂), der tangentiale Wellenvektor-Komponente ist an der Grenzfläche stetig.
Welche Bedingung muss für Totalreflexion erfüllt sein?
Rückseite
Welle läuft aus optisch dichterem in dünneres Medium (n₁ > n₂) und Einfallswinkel übersteigt den kritischen Winkel θc = arcsin(n₂/n₁).
Was beschreibt der Hauteffekt bei Wellen in Leitern?
Rückseite
Die Wellenamplitude fällt exponentiell ab mit der Eindringtiefe δ = √(2/ωμσ), Strom verdrängt sich an den Leiterrand.
Wie verhält sich die Phasengeschwindigkeit in einer Wellenleiter (Hohlleiter) zur Lichtgeschwindigkeit?
Rückseite
Die Phasengeschwindigkeit vₚ = c/√(1-(f_c/f)²) ist größer als c, die Gruppengeschwindigkeit v_g = c·√(1-(f_c/f)²) kleiner als c.
Was ist die Abschneidfrequenz f_c eines rechteckigen Hohlleiters für den TE₁₀-Modus?
Rückseite
f_c = c/(2a), wobei a die größere Wellenleiterdimension ist – darunter breitet sich der Modus nicht aus.
Wie entsteht elektromagnetische Strahlung durch eine beschleunigte Ladung?
Rückseite
Beschleunigung erzeugt transversale Feldanteile, die sich als Wellen vom Ort der Beschleunigung lösen – Strahlungsfeld fällt nur mit 1/r ab.