Hertzscher Dipol
Ein großer Teil unserer modernen Kommunikation basiert auf der Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen. Der große schottische Physiker James Clerk
Maxwell hatte die Möglichkeit solcher Wellen um 1860 auf mathematischem Weg erkannt und auch ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit berechnen können. Sie entspricht genau der Lichtgeschwindigkeit und hängt mit verschiedenen elektrischen Konstanten zusammen. Für einige Jahre blieben sie eine theoretische Möglichkeit. Erst 1888 konnte der deutsche Physiker Heinrich
Hertz mit sehr schwierigen Experimenten elektromagnetische Wellen nachweisen und ihre wesentlichen Eigenschaften (Polarisation, Brechung und Reflektion) nachweisen. Ein wesentlicher Kniff besteht in der Verwendung einer
Antenne. Ihre einfachste Form ist der
Hertzsche Dipol.
Zur Demonstration der Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen durch einen Dipol verwenden wir einen einfachen Röhrensender (
Dezimeterwellensender). Seine "Schwingkreisspule" besteht nur aus einem einfachen Drahtbügel (unter der Abdeckung sichtbar), in dessen Nähe ein 31cm langer Stab angebracht wird. Erst mit diesem Stab strahlt der Sender so viel Energie ab, dass die Kontrolllampe eines in der Nähe aufgebauten Empfangsdipols aufleuchtet. Durch Auflegen verschieden langer Dipole auf den Sender wird die Bedeutung der Abstimmung zwischen Sender und Dipol deutlich. Die Wirkung des Dipols kann man gut mit der des Kundtschen Rohres vergleichen: Im Stab bildet sich eine stehende Welle aus schwingenden Elektronen aus. An den Orten größter Schnelle befinden sich Strombäuche. Sie verraten sich durch das Aufleuchten eines Empfangsdipols, den man am Sendedipol entlangführt.
Ein weiterer Analogversuch zum Kundtschen Rohr ist die
Lecherleitung. Sie besteht aus zwei parallelen Drähten, deren Enden wahlweise miteinander verbunden sind oder nicht. Der Anfang der Lecherleitung wird in die Nähe der Schwingkreisspule gebracht. Damit die Anordnung gut funktioniert, muss der Abstand zwischen Sendespule und Beginn der Leitung etwa 1cm betragen. Wieder tastet man die Lecherleitung mit einem Empfangsdipol ab. Man findet Stellen, an denen die Lampe leuchtet (Strombäuche, Schnellebäuche) oder nicht leuchtet (Stromknoten, Schnelleknoten). Theoretisch sollte man mit einer Glimmlampe an den "dunklen" Stellen Ladungsbäuche (Felstärkebäcueh) nachweisbar sein. Leider funktioniert derzeit der Nachweis der Ladungsbäuche nicht gut.
Mit zwei unterschiedlich langen Dipolen in einem Wassertank kann man die
Änderung der Wellenlänge elektromagnetischer Wellen in einem anderen Medium als Luft zeigen. Man verwendet Wasser, weil es eine besonders große relative Dielektrizitätskonstante hat. Nach Maxwells Formel für die Ausbreitungsgeschwindigkeit muss sich daraus eine deutliche Änderung der Wellenlänge ergeben. Im leeren Tank leuchtet wie erwartet der ebenfalls 31cm lange Empfangsdipol. Sobald der Wasserspiegel ihn erreicht, erlöscht die Lampe. Das ist noch nicht so überzeugend. Wenn der Wasserspiegel aber den oberen, kurzen Dipol erreicht, beginnt diese Lampe zu leuchten. Der Dipol ist auf die verkürzte Wellenlänge abgestimmt.
Aufbauhinweise
