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Aufgabe

Ladungs- und Stromverteilung im Dipol

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

Ein Schwingkreis regt einen Dipol der Länge \(l\) in der Grundschwingung mit der Periodendauer \(T\) an. Die auftretende Dipolstrahlung hat die Wellenlänge \(\lambda = 70\,\rm{cm}\).

a) Bestimmen Sie die Dipollänge \(l\) und berechnen Sie die Frequenz \(f\) des anregenden Schwingkreises sowie dessen Induktivität \(L\), wenn seine Kapazität \(C = 1{,}0\,\rm{pF}\) beträgt.

b) Veranschaulichen Sie jeweils in einem Bild die Stromstärke- bzw. die Ladungsverteilung längs des Dipols zu den Zeiten \(t = 0, \, \frac{1}{4} T ,\, \frac{1}{2} T\) und \(\frac{3}{4} T\) wobei zur Zeit \(t = 0\) kein Strom fließt.

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a) Für die Anregung in der Grundschwingung gilt\[ l = \frac{\lambda}{2}\Rightarrow l=\frac{70\,\rm{cm}}{2}= 35\,\rm{cm}\]\[\text{mit} \quad c = f \cdot \lambda \quad \Rightarrow \quad f = \frac{c}{\lambda} \quad \Rightarrow \quad f = \frac{3{,}0 \cdot 10^8}{0{,}70} \mathrm{Hz} = 4{,}3 \cdot 10^8 \mathrm{Hz} \]Nach der Thomson-Formel gilt\[\omega = \frac{1}{ \sqrt{L \cdot C}} \quad \Rightarrow \quad 4 \cdot \pi^2 \cdot f^2 = \frac{1}{L \cdot C} \quad \Rightarrow \quad L = \frac{1}{4 \cdot \pi^2 \cdot f^2 \cdot C}\]\[\Rightarrow L = \frac{1}{4 \cdot \pi^2 \cdot \left( 4{,}3 \cdot 10^8 \right)^2 \cdot 1{,}0 \cdot 10^{-12}} \mathrm{H} = 0{,}14\,\mathrm{\mu H}\]

b) 

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Elektrizitätslehre

Elektromagnetische Wellen