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Aufgabe

Polarisation elektromagnetischer Wellen (Abitur BY 1997 LK A2-3)

Schwierigkeitsgrad: schwere Aufgabe

Mit einem Zentimeterwellensender und einem geeigneten Empfangsgerät sollen Experimente zur Polarisation durchgeführt werden.

a)Erläutere, wie man im Schulversuch untersuchen kann, ob diese Wellen linear polarisiert sind. (4 BE)

Sender und Empfänger sind etwa \(50\rm{cm}\) voneinander entfernt und so orientiert, dass maximaler Empfang gegeben ist.

b)Erläutere, wie man einen geeigneten Gitterrahmen mit parallelen Drähten dazwischenhalten muss, damit der Empfang praktisch Null ist.

Beschreibe in dieser Situation die Überlagerung elektrischer Felder vor dem Gitter. (5 BE)

c)Das Gitter wird nun so zwischen Sender und Empfänger gehalten, dass die Gitterebene auf dem Strahlenbündel senkrecht steht und die Gitterstäbe mit dem Sendedipol einen Winkel von \(35^\circ \) bilden.

Berechne den Anteil der Amplitude der jetzt herrschenden Empfangsfeldstärke an der Amplitude der Empfangsfeldstärke ohne Gitter.

Gib auch an, um welchen Prozentsatz die Empfangsintensität im Vergleich zur Intensität ohne Gitter abnimmt. (8 BE)

d)Aufgabenteil d) behandelt die Polarisation von Licht.

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Hinweis: Bei dieser Lösung von LEIFIphysik handelt es sich nicht um den amtlichen Lösungsvorschlag des bayr. Kultusministeriums.

a)Man dreht den Empfänger um eine Achse Sender-Empfänger. Wenn bei einem bestimmten Winkel (senkrecht zum Sendedipol, sofern man diesen erkennen kann) kein Empfang mehr ist, so ist die Welle linear polarisiert. Senkrecht zu diesem Winkel muss der Empfang maximal sein. 

 

b)Man muss den Gitterrahmen wie gezeichnet dazwischen halten und so lange um die Achse Sender Empfänger drehen, bis die Drähte parallel zum E-Vektor (Dipol, sofern man dessen Richtung erkennen kann) des Senders stehen. Vor dem Gitter bilden sich dann stehende Wellen aus.

 

c)Durch das Gitter wird die zu den Stäben senkrechte Komponente der Feldstärke durchgelassen: \[{E_ \bot } = {E_0} \cdot \sin \left( {35^\circ } \right)\] Von dieser wird wiederum nur die zum Empfänger parallele Komponente empfangen: \[{E_{\rm{Empfang}}} = {E_0} \cdot \sin \left( {35^\circ } \right) \cdot \sin \left( {35^\circ } \right) = 0,33 \cdot {E_0}\] Die Empfangsamplitude mit Gitter ist \(33\%\) der Empfangsamplitude ohne Gitter. Da die Intensität proportional zum Quadrat der Amplitude ist, folgt: Die Empfangsintensität mit Gitter ist \[{I_{\rm{Empfang}}} = {0,33^2} \cdot {I_0} = 0,11 \cdot {I_0}\] Die Intensität beim Empfänger beträgt also \(11\% \) der Empfangsintensität ohne Gitter. Sie hat um \(89\% \) abgenommen.