Dezimeterwellen Sender - Mikrowellen
Der Dezimeterwellensender sendet mit eine Frequenz von 433,92 MHz. Das entspricht im elektromagnetischen Spektrum dem UHF-Bereich.
Wenn wir davon ausgehen, dass die Lichtgeschwindigkeit in der Luft sich nicht signifikant von der im Vakuum unterscheidet, dann ergibt sich eine Wellenlänge von ca. 69 cm.
Da der Sendedipol am Dezimeterwellengenerator eine Länge von 31,5 cm und wird mit der Länge von λ/2 angegeben. Damit hätten wir eine Wellenlänge von 63,0 cm.
Die Differenz aus der berechneten Wellenlänge und der Länge der λ/2 – Antennen, hat bauliche Ursachen. Die Resonanzbedingung für den Hertzschen Dipol gilt nur für ideale Dipole mit einem Durchmesser von 0. Für reale Dipole (d>0 mm) verkürzt sich die Länge des Dipols. Der Sendedipol hat einen Durchmesser von 4 mm. Neben der Verkürzung des Dipols ergibt sich weiter eine Veränderung der Resonanzkurve. Diese wird flacher, aber auch breiter, so dass ein breiteres Frequenzspektrum empfangen werden kann.
Am Empfangsdipol wir die Resonanzbedingung zusätzlich durch die eingebaute Glühlampe beeinflusst.
Versuch 1 - Empfangsdipol mit Lampe
Wenn vor dem Dezimeterwellensender ein Empfangsdipol mit Lampe positioniert wird, dann sehen wir, dass die Lampe leuchtet. Wenn wir den Empfangsdipol drehen, dann leuchtet die Lampe schwächer.
Versuch 2 - Empfangsdipol mit Messgerät
Mit Hilfe des Messgerätes können wir genaue Werte in Abhängigkeit vom Winkel aufnehmen.
Feldindikatorlampe
Die Feldindikatorlampe zeigt die Stärke des elektrischen Feldes. An den Enden des Dipols leuchtet die Lampe auf. Dort sind die Schwingungsbäuche der stehenden Welle (Spannung), die sich längs des Dipols ausbreitet. An den Enden kommt es zu einer Reflexion (offenes Ende).
Versuch 4 – Reflexion – Reflektor und Direktor
Versuch 5 – Dipolwassertank
Der leere Tank wird im Abstand von 30 cm bis 50 cm vor dem Sender positioniert. Im Tank befinden sich zwei Dipole, mit einer Lampe als Indikator. Der untere Dipol hat eine Länge von 31,5 cm, der obere Diopol hat eine Länge von 6 cm.
Wenn der Sender eingeschaltet wird, dann leuchtet die untere Lampe (Bild 1). Das ist bis dahin nicht erstaunlich. Jetzt wird langsam destilliertes Wasser in den Tank gegossen. Sobald das Wasser den unteren Dipol erreicht hat, leuchtet diese nicht mehr (Bild 2). Was ist passiert? Ein Kurzschluss kann ausgeschlossen werden, da wir destilliertes Wasser genutzt haben.
Wir füllen den Tank weiter auf, bis auch der obere Dipol erreicht ist. Sobald der obere Dipol unter der Wasserlinie ist, beginnt die obere Lampe zu leuchten (Bild 3).
Wir wissen, dass eine Welle beim Übergang in ein anderes Medium gebrochen wird. Ursache dafür sind die verschiedenen Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den Medien. Da sich die Frequenz der Welle nicht ändert, muss sich die Wellenlänge ändern.
λ=c/f Wenn f konstant ist, dann sind Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit proportional zueinander. λmedium ~ cmedium
5,2·107 m/s sind weniger als 20% der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. In der Formelsammlung finden wir für die Lichtgeschwindigkeit im Wasser den Wert cH2O = 2,25 · 108 m/s. Das sind ca. 75% der Vakuumlichtgeschwindigkeit. Wie kommt es zu dieser Differenz?
Die Angaben der Lichtgeschwindigkeit beziehen sich in den meisten Formelsammlungen auf „Licht“, also den Bereich des sichtbaren Spektrums. Aber auch hier sind die Lichtgeschwindigkeiten schon unterschiedlich, wie wir bei der spektralen Aufspaltung des Lichtes sehen können.
Im Vakuum gilt: {c_{0}=\frac{1}{\sqrt{\mu_{0}\epsilon_{0}}}}
µ0 und ε0 sind Konstanten. So ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum für alle Wellenlängen bzw. Frequenzen gleich.
Im Medium gilt: {c_{Medium}=\frac{1}{\sqrt{\mu_{0}\cdot \mu_{r}\cdot \epsilon_{0}\cdot \epsilon_{r}}}}
Dabei ist εr nicht nur vom Medium, sondern auch von der Frequenz abhängig.
Während sich die Werte für εr im Bereich des sichtbaren Spektrums nur geringfügig unterscheiden, ist εr im betrachteten Versuch deutlich größer. Daher ist auch die Lichtgeschwindigkeit im Wasser für Dezimeterwellen deutlich kleiner als die von sichtbarem Licht.