Physik-LK · Skript 3 · Elektrizitätslehre

Mikrowellen: Reflexion und Polarisation

Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen von wenigen Zentimetern. Vor einer Metallplatte überlagern sich einlaufende und reflektierte Welle zu einer stehenden Welle mit Knoten im Abstand λ2. Daraus folgt mit c = λ · f die Lichtgeschwindigkeit. Metallgitter und Empfangsdipol zeigen, dass die Welle polarisiert ist.

So gehst du vor

1Teil „stehende Welle“: Ziehe die Sonde mit dem Finger oder lass sie mit „Sonde fährt“ langsam laufen. Unten entsteht die Spur der Spannung.
2Suche ein Minimum, stelle die Sonde mit den Feinschritten genau darauf ein und tippe „Minimum in Tabelle A“. Nimm mindestens acht Minima nacheinander auf.
3Erst danach „Ausgleichsgerade und Auswertung zeigen“. Die Steigung ist der Abstand zweier Minima.
4Teil „Polarisation“: Drehe den Empfangsdipol und das Gitter am blauen Griff. Tippe „Winkel und Spannung in Tabelle B“.

Teil des Versuchs

Sonde: Spannung

0,0 mV

Sonde: Ort

40,00 cm

Ort der Sonde x

40,00 cm

Ort der Platte

50,0 cm

Sender

Die Sonde misst eine Spannung, die mit dem Quadrat der Feldstärke wächst. Nahe der Platte sind die Minima am deutlichsten.

A Wellenlänge aus den Minima

Nimm benachbarte Minima der Reihe nach auf. Im Diagramm: Ort über der Nummer. Die Steigung ist der Abstand zweier Minima.

Nr.	Minimum Nr. k	Ort x in cm

Aufträge

Nimm mindestens acht benachbarte Minima vor der Platte auf. Bestimme λ und mit f = 9,40 GHz die Lichtgeschwindigkeit. Vergleiche mit dem Literaturwert. Warum misst man viele Minima statt zwei?
Vergleiche die Minima nahe an der Platte und weit weg davon. Wo sind sie tiefer? Begründe. Tipp: Der Sender strahlt nach allen Seiten etwas auseinander, die reflektierte Welle hat einen längeren Weg.
Merke dir ein Minimum und verschiebe die Platte um 8,0 mm und dann um 16,0 mm. Was geschieht mit dem Minimum? Was bedeutet das für den Ort der Knoten? Mit welchem Seilende ist die Metallplatte vergleichbar?
Nimm die Platte aus dem Strahl. Was ändert sich an der Spur? Warum beweist das, dass die Minima durch Überlagerung entstehen?
Bestimme die Frequenz von Sender X. Löse erst danach auf.
Wechsle zur Polarisation. Drehe den Empfangsdipol ohne Gitter in Schritten von 15° von 0° bis 90° und trage U über cos²(β) auf. Was folgt aus dem Verlauf für die Welle?
Setze das Gitter ein (Empfänger bei 0°). Bei welcher Stellung der Stäbe kommt fast nichts durch, bei welcher fast alles? Erkläre mit den Elektronen in den Stäben. Warum ist das umgekehrt wie beim Seil im Lattenzaun?
Stelle den Empfänger auf 90°: Es kommt nichts an. Setze nun das Gitter mit θ = 45° dazwischen. Das Signal kehrt zurück, obwohl ein zusätzliches Hindernis im Strahl steht! Erkläre mit den Komponenten des Feldes und schätze, welcher Bruchteil der Spannung von 0° ankommt.

Theorie: Elektrizitätslehre-Skript, Abschnitte „Der Hertzsche Dipol“ und „Eigenschaften elektromagnetischer Wellen“; Wellen-Skript, „Mit stehenden Wellen messen“ und „Nur Transversalwellen lassen sich polarisieren“; Wellenoptik-Skript, Aufgabe „Lichtgeschwindigkeit mit stehenden Mikrowellen“.