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Nah- bzw. Fernfeld
 
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The Terminator



Anmeldungsdatum: 10.05.2007
Beiträge: 16

Beitrag The Terminator Verfasst am: 06. März 2010 16:35    Titel: Nah- bzw. Fernfeld Antworten mit Zitat

Hallihallo Wink

Wie ich in einem anderen Thread schon geschrieben habe, halte ich demnächst einen Vortrag über den Hertzschen Dipol. Das meiste hab ich auch schon ungefähr verstanden (meine ich zumindest Big Laugh ).
Jetzt habe ich aber noch eine Frage:
Warum sind die elektr. und magnet. Felder im Nahfeld phasenverschoben und im Fernfeld in Phase? Müsste das nicht heißen, dass ein Feld dann schneller als die Lichtgeschwindigkeit wäre (was nicht geht unglücklich ) und das andere dann einholt?
Und wann wird das Nahfeld zum Fernfeld? grübelnd

Vielen Dank schon im Voraus! Prost

MfG

TT
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583

Beitrag franz Verfasst am: 06. März 2010 23:23    Titel: Antworten mit Zitat

Fernfeld von Ladungshaufen meint die Gegend [;x\gg\lambda\gg x_q;] bzw. [;c\gg v_{q};]. Damit wird das Problem Multipolstrahlung handhabbar.
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 07. März 2010 02:30    Titel: Re: Nah- bzw. Fernfeld Antworten mit Zitat

The Terminator hat Folgendes geschrieben:

Warum sind die elektr. und magnet. Felder im Nahfeld phasenverschoben und im Fernfeld in Phase?


Hast du vielleicht schon mal eines dieser kunstvoll gezeichneten Bilder (oft in Büchern zum Thema zu finden) gesehen, die zeigen, an welchen Stellen E-Feld und Magnetfeld jeweils welche Phase haben, während sich so eine elektromagnetische Welle von einem Hertzschen Dipol ablöst?
So ein Wert und so eine Phase des E-Feldes an einer Stelle ergibt sich dabei aus den Werten des E-Feldes an verschiedenen Orten zu verschiedenen Zeiten, die davorliegen (je nachdem, wie lange die Laufzeit vom jeweiligen Punkt auf dem Hertzschen Dipol zum betrchteten Raumpunkt ist).

Kannst du dir damit das mit den Phasen leichter vorstellen, zum Beispiel eher als eine Überlagerung der E-Felder von den verschiedenen Stellen der Antenne, die in der Nähe der Antenne sich zu einer anderen Gesamtphase überlagern als in der Ferne, zum Beispiel auch weil sich die zugehörigen Strahlen unter anderen Winkeln miteinander überlagern?
The Terminator



Anmeldungsdatum: 10.05.2007
Beiträge: 16

Beitrag The Terminator Verfasst am: 09. März 2010 17:03    Titel: Antworten mit Zitat

Meinst Du in etwa so ein Bild:

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://iva.uni-ulm.de/PHYSIK/VORLESUNG/ELEHRE/img757.gif&imgrefurl=http://iva.uni-ulm.de/PHYSIK/VORLESUNG/ELEHRE/node135.html&usg=__uX6AFPXbavlALGo6lQUnRM2h05U=&h=408&w=314&sz=14&hl=de&start=2&itbs=1&tbnid=qqGy1TSU4zPO0M:&tbnh=125&tbnw=96&prev=/images%3Fq%3Dhertzscher%2Bdipol%26hl%3Dde%26safe%3Doff%26sa%3DG%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1
???
(ui was für ein megalink geschockt )

Das mit dem Leichter-Vorstellen bzw. Besser-Verstehen klappt momentan noch nicht wirklich grübelnd
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 09. März 2010 20:54    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, an solche Bilder hatte ich gedacht.

Wenn du dir so etwas in Ruhe überlegen oder anhand solcher Bilder nachvollziehen möchtest, könntest du also überlegen, zu welchen Zeitpunkten welche positiven oder negativen Ladungen wo im Dipol sitzen, und was das jeweils für elektrische Feldlinien macht, und was das demnach für die Werte des elektrischen Feldes an den verschiedenen Stellen in Abhängigkeit der Zeit bedeutet.

Und entsprechende Bilder auch für Magnetfelder anschauen und versuchen, nachzuvollziehen. Denn die Magnetfelder werden ja nicht direkt von den Ladungen, sondern von den Strömen in der Antene erzeugt.

Wenn du allerdings einfach nur ein grobes allgemeines Gefühl dafür entwickeln möchtest, reicht dir vielleicht fürs erste auch ein Gedanke wie der, dass sich die Werte der elektrischen Felder an den jeweiligen Orten zu den jeweiligen Zeitpunkten aus dem ergeben, was an den verschiedenen Orten der Antenne jeweils passiert. Und dass solche Formen natürlich in der Nähe des Dipols noch anders aussehen als weiter weg.
The Terminator



Anmeldungsdatum: 10.05.2007
Beiträge: 16

Beitrag The Terminator Verfasst am: 10. März 2010 18:26    Titel: Antworten mit Zitat

Na es ist ja so, dass wenn der obere Teil des Dipols positiv geladen ist, die Feldlinien dann nach unten gehen; (wenn sie sich ablösen dann gehen die Feldlinien im Prinzip "außen" nach unten und "innen" nach oben (ellipsenförmig)).
Wenn die Elektronen dann zum anderen Ende des Dipols "wandern" entsteht das magnetische Feld, das auch sich auch immer andersherum "dreht", je nachdem aus welcher Richtung die Elektronen kommen.
Also überschneiden sich hier magn. und elektr. Feld, da sich das magn. Feld aufbaut und sich das elektr. noch nicht abgelöst hat.
Soweit schonmal richtig?

Aber was bringt mir das jetzt??
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 12. März 2010 15:06    Titel: Antworten mit Zitat

Ich glaube, wenn man das im Detail betrachten möchte, dann muss man noch ein bisschen detaillierter hinschauen.

Zu dem Zeitpunkt, wenn sich die elektromagnetischen Wellen "ablösen", wird zum Beispiel der obere Teil des Dipols schon nicht mehr positiv geladen sein, denke ich.
The Terminator



Anmeldungsdatum: 10.05.2007
Beiträge: 16

Beitrag The Terminator Verfasst am: 18. März 2010 15:21    Titel: Antworten mit Zitat

Aber wie hängt das jetzt mit den Phasenverschiebungen zusammen und wie gehts jetzt weiter grübelnd ?
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 18. März 2010 18:50    Titel: Antworten mit Zitat

Wie detailliert möchtest du das gerne betrachten? Ich bin mir nicht so recht sicher, ob es Sinn machen würde, wenn dir hier einer versuchen würde, das ganze in Form einer Komplettgeschichte "zu erzählen". Denn zum einen gibt es viele Quellen wie zum Beispiel Bücher, in denen solche Erklärungen bereits in ausgereifter Form zu finden sind, und zum anderen gehört zum Verstehen immer auch ein gutes Stück Selberhineindenken mit dazu, was stark davon abhängt, wie zum Beispiel dein derzeitiger Wissenstand ist oder wie viel Zeit oder Aufwand du investieren kannst oder magst, um das bis in welchen Detailgrad zu durchdringen.

* Wenn es dir genügt, einen anschaulichen Grund dafür zu haben, warum die Phasenverschiebungen im Nahfeld anders sind als im Fernfeld, dann genügt es dir vielleicht schon, dir zu überlegen, dass das ganze ja nicht immer nur eine Ausbreitung entlang einer einzigen Richtung ist, sondern zum Beispiel manches von den Enden des Dipols oben und unten ausgeht, (also schräg wandert, wenn du dich für einen Punkt auf einer Geraden in der Mitte interessierst) und manches von der Mitte des Dipols ausgeht und auf der Geraden in der Mitte schnurgerade vom Dipol wegwandert. Je näher man am Dipol dran ist, desto mehr wird die Schrägheit des einen Weges für die Phasendifferenz eine Rolle spielen, also unterscheidet sich die Phasendifferenz im Nahfeld von der im Fernfeld.

* Wenn du das ganze gerne von Hand nachvollziehen möchtest, dann brauchst du viel Fleißarbeit und Sorgfalt, um dir selbst solche Bilder wie oben angesprochen für die verschiedenen aufeinanderfolgenden Zeitpunkte aufzumalen. Auch wenn du dabei Hilfe hast aus Büchern, in denen bereits manche solcher Skizzen und einiger Erklärungstext zu finden sind, wird das Selberzeichnen und Selbernachvollziehen sicher einiges an Aufwand sein.

* Wenn du das ganze genau nachrechnen lassen möchtest und dir das zum Beispiel mit einer Software wie zum Beispiel Matlab zu simulieren gelingt (oder wenn du eine solche Simulation findest und ebenso durchführst, ...), dann ist das zwar einiges an Programmieraufwand und setzt Formeln voraus, die du beim Programmieren fertig reinsteckst, dafür werden die grafisch darstellbaren Ergebnisse unter Umständen noch genauer und anschaulicher dabei.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17900

Beitrag TomS Verfasst am: 18. März 2010 23:20    Titel: Antworten mit Zitat

Der Übergang vom Nahfeld zum Fernfeld ist sicher recht kompliziert.

Generell: Das Nahfeld wird dominiert durch el.-mag. Felder, die durch zeitlich veränderliche Ladungsverteilungen und Ströme entstehen. Das Fernfeld wird dominiert durch Felder, wobei sich elektrisches und magnetisches Feld gegenseitig erzeugen, d.h. vollständig ohne Ladungen und Ströme.

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
The Terminator



Anmeldungsdatum: 10.05.2007
Beiträge: 16

Beitrag The Terminator Verfasst am: 23. März 2010 16:43    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, dann habe ich es glaub ich so halbwegs verstanden.
Bis wohin reicht denn das elktromagnetische Feld, das durch zeitlich veränderliche Ladungsverteilungen und Ströme? Kann man das ungefähr sagen?
Und pruduziert z.B. das elektr. Feld, das direkt vom Dipol abgegeben wurde, sofort wieder ein magn. Feld um sich (nicht das, das auch vom Dipol direkt kommt)?
Du/Ihr habt mir bis hier wirklich schon mal geholfen das Ganze besser zu verstehen Thumbs up! :-D

MfG

TT
Stolperstein



Anmeldungsdatum: 15.04.2013
Beiträge: 70
Wohnort: Erfurt

Beitrag Stolperstein Verfasst am: 10. Nov 2014 13:11    Titel: Fernfeld Antworten mit Zitat

zunächst möchte ich mich entschultigen, dass ich ein Thread noch einmal belebe, der schon einige Jahre auf dem Buckel hat.

Es geht um die Phasenverschiebung zwischen elektrischem und magnetischem Feld.
In neueren Veröffentlichungen, so in Wiki, wird davon ausgegangen, dass im Fernfeld Phasengleichheit vorliegt und dies findet man leider in vielen weiteren Veröffentlichungen.
Nach Durchsicht der UNI Vorlesungen, soweit diese im Internet vorliegen, wird dort mit keinem Wort von Nah und Fernfeld gesprochen.
Deutlicher wird dies noch durch die Kontinuität der EM Welle, was durch den Ausbreitungsvektors charakterisiert wird.
Auch läßt sich der Beitrag von Toms nur als 90 Grad Phasenverschiebung auffassen !
Zitat:
Das Fernfeld wird dominiert durch Felder, wobei sich elektrisches und magnetisches Feld gegenseitig erzeugen, d.h. vollständig ohne Ladungen und Ströme.


Ich gehe diesen unbeliebten Weg, da mein Thraed ohne eine ausführliche Diskussion gelöscht wurde und hoffe auf diesem Wege eine Klärung herbeiführen zu können.
Gruß
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8571

Beitrag jh8979 Verfasst am: 10. Nov 2014 14:00    Titel: Re: Fernfeld Antworten mit Zitat

Stolperstein hat Folgendes geschrieben:

In neueren Veröffentlichungen, so in Wiki, wird davon ausgegangen, dass im Fernfeld Phasengleichheit vorliegt und dies findet man leider in vielen weiteren Veröffentlichungen.

Wieso leider? Das ist nun einmal ein mathematischer Fakt. Hier siehst Du explizit die Fernfelder und dass sie in Phase schwingen:
http://en.wikipedia.org/wiki/Dipole#Dipole_radiation

Das ist auch keine neuere "Erfindung", sondern seit der Entdeckung und Erklärung der Dipolstrahlung durch Heinrich Hertz 1888/89 bekannt:
http://www.nature.com/nature/journal/v39/n1008/pdf/039402a0.pdf
oder (Seite 7, Punkt 4):
http://zs.thulb.uni-jena.de/servlets/MCRFileNodeServlet/jportal_derivate_00146920/18882720102_ftp.pdf
schnudl
Moderator


Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien

Beitrag schnudl Verfasst am: 10. Nov 2014 15:01    Titel: Antworten mit Zitat

@Stolperstein:

Ja, ich habe deinen Thread gelöscht, da ich nicht das Gefühl hatte, es käme dir auf eine sachliche Diskussion an. Stattdessen hört man immer wieder, dass das alles nicht stimmen könne (siehe nur oben, wo du wiederholt etwas anzweifelst obwohl dir verschiedene Leute mehrmals gesagt haben, dass es einfach so ist) und beziehst dich auf Argumente, die haarsträubend sind (Konstanter Term bei Differentialgleichungen etc...).

Ich würde mir denken, dass wenn du ein Problem mit klassischen Herleitungen hast, diese Schritt für Schritt durchgehst, und dort, wo du nicht folgen kannst nachfragst. Stattdessen hören wir nur immer wieder, dass da irgendwo ein Fehler sein muss und vermittelst, dass alle außer dir in den letzten 150 Jahren Dummköpfe waren, Maxwell gleich mit eingeschlossen. Welche Alternative hat man da noch, als einen derart arroganten Thread zu entfernen?

Was mich auch sehr beunruhigt hat: Du sagtest du hättest Elektronik studiert. Hat man dir da keine Hochfrequenztechnik beigebracht? Du müsstest doch wissen, dass U und I einer hinlaufenden Welle auf einer abgeschlossenen verlustlosen Leitung in Phase sind. Wo ist denn dort U und I um 90° verschoben? Da würde ja die gesamte Nachrichtentechnik zusammenbrechen, wenn es so wäre...

Wir können das ganze ja abkürzen:

Ich sage nun, E und H sind bei einer EM-Welle im Fernfeld NATÜRLICH um 90° verschoben. Ich selbst kann das zwar nicht nachvollziehen, aber du musst es ja wissen, und das reicht ja... Ist es das was du hören magst und bist nun zufrieden?

_________________
Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe)
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