zum Directory-modus

Tutorial MenueTheorie der SpektroskopieLerneinheit 1 von 4

Elektromagnetische Strahlung

Die Felder in der Umgebung eines Dipols

Die Felder in der Umgebung des Dipols müssen nun genauer beschrieben werden, insbesondere der Abschnürvorgang der elektrischen Feldlinien.

Die elektrischen und magnetischen Feldlinien wurden anhand der Gleichungen für einen exakten mathematischen Dipol berechnet, die im Zentrum singulär werden. Die Felder eines "realen Dipols", also etwa eines Metallstabs, der als Antenne wirkt, weichen insbesondere in seiner Umgebung mehr oder weniger davon ab und wären nur mit einem erheblichen Mehraufwand berechenbar und zudem von seiner Geometrie abhängig. Solange seine Länge allerdings klein gegen die Wellenlänge der Strahlung bleibt, ist das Fernfeld praktisch identisch mit dem eines mathematischen Dipols.

In den folgenden Abbildungen sind die Vorgänge während einer halben Schwingungsperiode ( T 2 ) in der Nähe des Dipols dargestellt. Um die Magnetfeldlinien besser sehen zu können, wurde er um jeweils 15° gedreht und nach vorne gekippt. Durch Anklicken der Bilder erhält man eine vergrößerte Darstellung in einem eigenen Fenster.

In den Bildern ist das elektrische Nahfeld rot und grün die elektrischen Feldlinien von einem vorhergehenden Abschnürvorgang. Blau bzw. zyanfarben sind die Magnetfeldlinien.

Tab.1
Nahfeld des Dipols
BeschreibungFelderFelderFelderFelderFelder
In der Nahzone ist das elektrische Feld in dem Moment am größten, in dem auch das elektrische Dipolmoment am größten ist. Es ist praktisch dasselbe wie bei einem statischen elektrischen Dipol und proportional zum elektrischen Dipolmoment. Zu diesem Zeitpunkt fließt aber kein Strom und damit verschwindet das Magnetfeld in der unmittelbaren Umgebung des Dipols.
Abb.1

t = 0

Danach beginnen sich Dipolmoment und elektrisches Feld abzubauen und Strom zu fließen. Ein Magnetfeld baut sich auf. Mit fortschreitender Zeit baut sich das elektrische Feld des Dipols ab, die Feldlinien schnüren sich ein und beginnen sich schließlich abzunabeln. Eine genauere Betrachtung zeigt, dass dies bei knapp 0,13 T , also nach knapp 13 % der Schwingungsdauer, vom Zeitpunkt des größten elektrischen Dipolmoments an gerechnet, erstmals der Fall ist.
Abb.2

t = 0,05 T

Abb.3

t = 0,1 T

Abb.4

t = 0,15 T

Abb.5

t = 0,2 T

Nach T /4 ist die Abschnürung vollständig, und die Feldlinien wandern mit Lichtgeschwindigkeit in den Raum hinaus. Zu diesem Zeitpunkt fließt der größte Strom und demzufolge ist auch das Magnetfeld am größten, also gerade dann, wenn das Dipolmoment verschwindet und damit auch (annähernd) das elektrische Feld in der Umgebung des Dipols.
Abb.6

t = 0,25 T

Während sich nun die Feldlinien in ihrer charakteristischen nierenförmigen Gestalt mit Lichtgeschwindigkeit vom Sender entfernen, baut sich in Gegenrichtung ein neues elektrisches Feld auf, und das Spiel beginnt nach T 2 von Neuem, jetzt aber mit entgegengesetzten Vorzeichen.
Abb.7

t = 0,3 T

Abb.8

t = 0,35 T

Abb.9

t = 0,4 T

Abb.10

t = 0,45 T

Abb.11

t = 0,5 T

Die vergrößerten Bilder sind hier abrufbar. Auf der folgenden Seite folgt die dazugehörende Animation.

Dipol zur Zeit t = 0

Dipol zur Zeit t = 0,05 T

Dipol zur Zeit t = 0,1 T

Dipol zur Zeit t = 0,15 T

Dipol zur Zeit t = 0,2 T

Dipol zur Zeit t = 0,25 T

Dipol zur Zeit t = 0,3 T

Dipol zur Zeit t = 0,35 T

Dipol zur Zeit t = 0,4 T

Dipol zur Zeit t = 0,45 T

Dipol zur Zeit t = 0,5 T

Seite 7 von 10