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Elektromagnetische Frequenzen
copyright 2002: Claude Jacobs
HTML-Dokumente Elektronik


Frequenz bedeutet Häufigkeit, also wie oft sich ein Vorgang während einer bestimmten Zeit wiederholt. Wenn eine Schreibkraft jede Minute etwa 400 Buchstaben zu tippen vermag, dann beträgt ihre Anschlag-Frequenz rund 400 Anschläge pro Minute. Allerdings ist diese Frequenz nicht konstant (gleichbleibend), da wohl niemand in der Lage ist, die einzelnen Buchstaben in gleichmäßigen zeitlichen Abständen zu tippen.

Nach den Regeln der Physik ist die Sekunde die Einheit der Zeit und dementsprechend die Frequenz als "Schwingungen pro Sekunde" definiert. Die Einheit der Frequenz ist das Hz, benannt nach dem deutschen Physiker Heinrich HERTZ (1857-1895). Im vorigen Beispiel ergäben das dann etwa 6.6 Anschläge pro Sekunde, also 6.6 Hz. Wenn das Pendel einer Standuhr seine Bewegung nach zwei Sekunden erst wiederholt, dann beträgt die Pendelfrequenz ein halbes Hertz (0.5 Hz). Der Quarzkristall einiger Quarzuhren verformt sich in einer Sekunde eine Million mal, seine Schwing-Frequenz beträgt demnach eine Million Hertz.

Bei der Hin- und Herbewegung eines Elektrons entsteht abwechselnd ein magnetisches und ein elektrisches Feld. Unter dem Begriff "Feld" versteht man die räumliche Umgebung, die dabei eine Veränderung erfährt. Je nachdem, ob das vibrierende Elektron gerade in Bewegung ist, oder ob es gerade ruhend an einem der Wendepunkte angelangt ist, erzeugt es entweder ein magnetisches, oder eben ein elektrisches Feld. Sowohl Hin-, wie auch Herbewegung bilden beide ein magnetisches Feld (jedoch in entgegengesetzter Richtung, "Nord-" und "Südpol" sind jeweils vertauscht), und auch die beiden Wendepunkte erzeugen voneinander verschiedene elektrische Felder, und so ist -wie beim Pendel- ein einzelner Schwingvorgang erst dann vollständig abgeschlossen, wenn das Elektron tatsächlich wieder an der gleichen Stelle angelangt ist. Die Feldveränderungen im umliegenden Raum bewirken ihrerseits selbst erneute Feldveränderungen, sie "pflanzen" sich fort. In einiger Entfernung zur Quelle verlaufen daher beide -elektrische und magnetische- Änderungen synchron.

Auf diese Weise durchdringen die elektromagnetischen Schwankungen den Raum mit Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum: 299792458 Meter pro Sekunde !) und wirken auch noch in großer Entfernung. Ein anderes Elektron, das nun solchen elektromagnetischen Wechselfeldern ausgesetzt ist, wird durch diese beeinflußt und in Bewegungen mit der gleichen Frequenz versetzt, je nach Entfernung in entsprechend abgeschwächter Amplitude. Jede Art der Funkübertragung (Radio, Fernsehen, Satellitenkommunikation, Handy usw.) beruht auf diesem Prinzip.

Um sich nun die Fortbewegung der eigenartigen Schwingungen in irgendeiner Weise bildlich vorstellen zu können, benutzen die Wissenschaftler häufig den Vergleich mit Wellen. Daher werden derart sich fortpflanzende Schwingungen auch als elektromagnetische Wellen bezeichnet. Die elektromagnetischen Frequenzen (wie häufig also das magnetische bzw. elektrische Feld den ursprünglichen Zustand erlangt) können extrem hoch sein und erfordern meist sprachliche Abkürzungen (Vorsilben, Präfixe), um die enormen Zahlenwerte überhaupt bezeichnen zu können.

Da elektromagnetische Wellen sich mit Lichtgeschwindigkeit von ihrer Quelle fortpflanzen, hat jede einzelne Schwingung bereits eine bestimmte Distanz zurückgelegt, bevor die nächste ihre Reise antritt. Diese Entfernung zwischen zwei aufeinanderfolgende Wellen bezeichnet man als Wellenlänge. Je schneller die Schwingungen sich wiederholen (je höher die Frequenz ist), desto kürzer sind die Abstände zwischen den einzelnen Wellen, desto kleiner ist also die Wellenlänge.

Rechnerisch erhält man die Wellenlänge, indem man die Lichtgeschwindigkeit durch die Frequenz teilt. Und umgekehrt kann man die Frequenz bestimmen, indem man die Lichtgeschwindigkeit durch die Wellenlänge teilt. Ein kleiner Teilbereich der heute bekannten Frequenzpalette bildet das sichtbare Licht, das wir mit unseren Augen wahrnehmen können. Der für uns sichtbare Frequenzbereich liegt etwa zwischen 384 TeraHertz und 789 TeraHertz. Sehen wir beispielsweise die Farbe Gelb, dann treffen jede Sekunde rund 500.000.000.000.000 elektromagnetische Schwingungen auf unsere Netzhaut! Wenn gleichzeitig mehrere verschiedene Frequenzen aus diesem sichtbaren Bereich in unsere Augen dringen, dann unterscheiden wir nicht die verschiedenen Farben, sondern unser Gehirn vermittelt uns eine Farbmischung. Blau und Rot besipielsweise nehmen wir als Magenta wahr, alle Farben zusammen empfinden wir als Weiß.

Bis heute ist aber nicht wirklich bekannt, was tatsächlich Elektrizität, Magnetismus oder elektromagnetische Wellen sind. Und auch die wissenschaftlichen Vorstellungen sind mehr oder weniger Eselsbrücken, um diese sonderbaren Vorgänge unserem doch recht beschränkten menschlichen Verständnis etwas näher zu bringen. Um so erstaunlicher ist demgegenüber aber die beeindruckende Präzision, mit der sich diese Ereignisse berechnen, voraussagen und vor allem nach unseren Wünschen beeinflussen lassen. Es scheint offensichtlich, daß das Universum wohl wie ein äußerst perfektes Uhrwerk nach unumstößlichen strengen Regeln funktioniert. Allein die Vorstellung, daß in einem Computer jede Sekunde mehrere Milliarden elektrischer Ereignisse nach einem bestimmten -von Menschenhand vorgegebenen- Muster fehlerlos ablaufen, und das häufig jahrelang, läßt die ungeheure Genauigkeit nur erahnen. Nicht einmal "Abstürze" oder andere Defekte sind auf Unregelmäßigkeiten zurückzuführen, sondern verlaufen (zumindest nach den bisherigen Erkenntnissen) alle nach ganau den selben Regeln, auch wenn die wirklichen Ursachen uns oft verborgen bleiben.

Das Licht einer kurz aufleuchtenden Lampe breitet sich nach allen Richtungen aus. Es bildet um die Lichtquelle herum eine sich ungeheuer schnell aufblähende Sphäre, die bereits nach einer Sekunde einen Radius von 299792 km erreicht hat! Nach der zweiten abgelaufenen Sekunde hat sich der Sphären-Radius verdoppelt und die Oberfläche bereits vervierfacht. Die Lichtmenge, die auf unsere Netzhaut trifft, besteht also nur mehr aus einem -der Entfernung entsprechenden- Teil aller ursprünglich ausgesandten Strahlen. Überraschend zeigten allerdings einige Experimente, daß eine Mindestmenge (ein Mindest-Quantum) Energie notwendig ist, um überhaupt als elektromagnetische Strahlung zu gelten. Diese kleinsten Lichtquanten (Photonen) vermittelten also statt einem Wellen-, eher einen Teilchencharakter der Strahlung.


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Lexikon der Fernerkundung Umfangreiches Lexikon (alphabetisch geordnet)

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