Dieser Text beschreibt Elektromagnetische Welle.
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Elektromagnetische Welle ArtikelIn der Elektrodynamik sind Elektromagnetische Wellen Wellen des elektromagnetischen Feldes. Hierbei stehen elektrisches und magnetisches Feld immer senkrecht aufeinander und haben immer ein festes Größenverhältnis (in SI-Einheiten ist dieses gerade durch die Lichtgeschwindigkeit gegeben). 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, nicht korrekt ist (sie stimmt allerdings für das Nahfeld eines elektromagnetische Wellen erzeugenden elektrischen Dipols oder Schwingkreises).
Nach den Maxwellgleichungen ist die zeitliche Änderung des elektrischen Feldes immer mit einer räumlichen Änderung des magnetischen Feldes verknüpft. Ebenso ist die zeitliche Änderung des magnetischen Feldes mit einer räumlichen Änderung des elektrischen Feldes verknüpft. Für senkrecht aufeinanderstehende, periodisch (insbesonders sinusförmig) wechselnde elektrische und magnetische Felder ergeben diese Effekte zusammen eine fortschreitende Welle.
Das Besondere an der elektromagnetischen Welle (beispielsweise in dem Vergleich zu einer Schallwelle) ist, dass kein Träger vorhanden sein muss; also eine solche Welle kann sich in dem absolut leeren Raum ausbreiten.
Im Vakuum breitet sich eine elektromagnetische Welle mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit 
aus. Dieser Wert ist exakt, da die Einheit Meter durch die Lichtgeschwindigkeit definiert ist, und gilt unabhängig von der Frequenz der Welle.
In einem Medium (also in Materie) verringert sich die Geschwindigkeit abhängig von der Permittivität und der Permeabilität des Stoffes. Zudem wird sie abhängig von der Frequenz der Welle (Dispersion).
Elektromagnetische Wellen sind in dem elektromagnetischen Spektrum nach der Wellenlänge sortiert (eine Liste der Frequenzen gibt es in dem dortigen Artikel).
Beispiele für elektromagnetische Wellen sind (in zunehmender Wellenlänge, beziehungsweise abnehmender Frequenz)
Beim sichtbaren Licht bestimmt die Frequenz beziehungsweise die Wellenlänge die Farbe des Lichtes. Monochromatisches Licht, also Licht ca. einer einzigen Wellenlänge, hat immer eine Spektralfarbe.
Insbesondere bei den kurzwelligen Erscheinungsformen der elektromagnetischen Wellen (beispielsweise Gammastrahlung) eignet sich das oben beschriebene Wellenmodell nicht, um alle beobachtbaren Phänomene zu beschreiben.
Vielmehr treten die Teilchen Merkmale einzelner Photonen, der Quanten der Elektromagnetischen Welle, in den Vordergrund, und bestimmen die beobachteten Vorgänge.
Der Wellencharakter (etwa Interferenz) tritt dagegen zurück.
Buch-Tipp: Elektromagnetische Wellen auf Leitungen Sehr gut gegliedert Dieses Thema gehört nicht unbedingt zu den spannendsten technischen Sachverhalten. Doch der Autor versteht es, die komplexen Zusammenhänge in einer gut gegliederten Übersicht darzustellen. Trotz dieser leicht verständlichen Form der Erklärung geht der wissenschaftliche Anspruch nicht verloren. Die Darstellung der mathematischen... Beispiele Elektromagnetischer Wellen | |
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Mathematische Beschreibung | |
Die Existenz elektromagnetischer Wellen folgt aus den Maxwellgleichungen. Tatsächlich wurden sie zuerst 1865 von James Clerk Maxwell theoretisch postuliert, bevor Heinrich Rudolf Hertz sie 1888 experimentell nachweisen konnte.
An dieser Stelle sollen zunächst elektromagnetische Wellen in dem Vakuum betrachtet werden, also Wellen in dem ladungsfreien Raum unter Ausschluss von dielektrischen, dia- und paramagnetischen Effekten ( und  , siehe Materialgleichungen der Elektrodynamik). Stromdichte j und Ladungsdichte ρ sind Null.
Man geht zunächst von der dritten maxwellschen Gleichung aus (mit j=0):
und wendet auf beide Seiten den Rotationsoperator an. Zu dem einen erhält man dadurch
und setzt die vierte maxwellsche Gleichung ein,
Zum anderen gilt ganz allgemein die vektoranalytische Beziehung
mit dem Laplace-Operator Δ.
Wendet man diese Beziehung auf (1) an, und bedenkt man, dass der ladungsfreie Raum betrachet wird, im nach der ersten maxwellschen Gleichung die Divergenz von D Null ist, so ergibt sich
Setzt man nun (2) und (3) zusammen, gilt also
Die fast alle Wellen lassen sich durch Gleichungen der Form
beschreiben, wobei v die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle ist.
Für die Lichtgeschwindigkeit c gilt zudem die fundamentale Beziehung
Damit erhält man also aus (4) die Gleichung
die für jede Komponente eine Gleichung der Form (5) einer Welle darstellt, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.
Breitet sich die Welle in linearen Materialien mit dem Dielektrizitätskonstante ε und der Permeabilität μ aus, so ist die Lichtgeschwindigkeit etwas niedriger, nämlich
wobei in dem aber allgemeinen die Materialkonstanten nicht linear sind, sondern selbst z.B. von der Feldstärke oder der Frequenz abhängen.
Während das Licht sich in der Luft stets noch fast mit Vakuumlichtgeschwindigkeit ausbreitet (die Materialkonstanten sind in guter Näherung 1), gilt das für Wasser schon nicht mehr, was u.a. den Tscherenkow-Effekt ermöglicht.==Weblinks==
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