Schwingt ein Teilchen wirklich um dessen Wellenlänge?

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5 Antworten

Stell dir vor dass du mit dem Rad unterwegs bist. Um nicht zu stürzen musst du ständig etwas links und rechts pendeln. Bist geschickt dann reicht eine links rechts Bewegung auf 20 Meter und du weichst dann aber nur 20cm von der Mitte ab. Nun sind die 20 cm die Amplitude und die 20 Meter die Wellenlänge. Natürlich schwingen die Radiowellen gleichmäßiger.

RalfRoeller hat ja gut alles erklärt, mein Beitrag soll nur die Wellenlänge vereinfachen.

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weckmannu 20.03.2013, 12:12

Das Beispiel hinkt leider ein bisschen, weil sich bei der Radiowelle nicht irgend ein schwerer Gegenstand, wie hier der Radfahrer bewegt, sondern nur etwas Energie.

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kuku27 20.03.2013, 17:07
@weckmannu

Darum habe ich ja auf eine gute Antwort hingewiesen. Aber für die Vorstellung was ist Wellenlänge und was ist Amplitude im Raum reicht es doch aus, oder?

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Radiowellen sind Schwingungen der elektrischen und magnetischen Feldstärke, die sich durch den Raum mit Lichtgeschwindigkeit fortpflanzen. Dabei werden keine Teilchen bewegt, sondern es schwankt an bestimmten Stellen im Raum die Intensität/Feldstärke des elektromagnetischen Feldes. Die Angabe der Wellenlänge von 10 km besagt, dass sich das Schwingungsmuster alle 10 km wiederholt, nämlich gibt es auf dieser Strecke je zweimal ein Schwingungsmaximum, bzw. -Minimum. An diesen Stellen ist also die Stärke der Schwingung -- (übrigens vertikal zur Ausbreitungsrichtung - daher auch Transversalschwingung genannt) -- besonders gross bzw. =0.

Es gibt seit der Untersuchung des photoelektr. Effekts durch Einstein und später Dirac auch die Beschreibung von Licht- bzw. Radiowellen mit Photonen. Dabei ist zu beachten, dass diese Teilchen keine Ruhemasse haben und deshalb nur eine entfernte Ähnlichkeit mit Teilchen aus unserem Alltag haben. Deshalb sind bei diesem Thema sehr leicht Missverständnisse möglich, wenn man einfach den "gesunden Menschenverstand" anwendet - damit hat man auf dem Gebiet der Teilchenphysik Schwierigkeiten.

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FredQ 20.03.2013, 18:02

Um es so schön und treffend darzustellen, fehlen mir leider die Grundlagen. Oft weiß man nicht, ob noch, und welche Antworten dann kommen. Hätte ich diese Deine vorausgeahnt, oder wäre sie schon dagestanden, hätte ich mir meine etwas laienhaften Versuche, dem Fragesteller den Zusammenhang zu vermitteln, gespart, da in Deiner Antwort all das, und noch viel mehr und besser, schon enthalten ist. Naja - ich hab´s halt mal versucht! ^^

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Hallo,

da wirfst Da aber einiges Durcheinander!

Radiowellen:

Gemeint ist hier die Elektromagnetische Strahlung, die sich im Raum ausbreitet. Das musst Du Dir so vorstellen, dass, wenn ein Ladungsträger von Punkt x aus bewegt wird, der Raum ja erfahren muss, wohin sich andere Ladungsträger bewegen sollen. Denn es gibt ja die elektrische Kraft. Die Information dazu wohin sich ein geladenes Teilchen jetzt bewegen soll, nennt man elektrisches Feld. Dieses breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Außerdem können sich FElder überlagern und damit auch gegenseitig aufheben oder verstärken. Das ist genauso, wie bei Wellen, welshalb man von Radiowellen spricht. Charakteristisch für die Strahlung ist die Wellenlänge.

Wellenlänge:

Deine Vorstellung ist nicht richtig. Bis hierhin haben wir noch keine Teilchen (und schon gar keine Nukleonen....das hat hier gar nichts zu suchen!!). Die Wellenlänge ist lediglich die Länge, die das elektrische Feld schon zurückgelegt hat, während der Ladungsträger sich einmal hoch und runter bewegt hat. Geschieht diese Bewegung sehr schnell, wurde natürlich MEHR Energie benötigt, weil in der kurzen Zeit das Feld nur eine kleine Strecke "geschafft hat". Also sind KLEINE Wellenlängen energiereich.

Photonen:

Das Informationsfeld ist nicht so aufgebaut, dass stetig aus dem Ursprungsteilchen Informationen gesendet wird, sondern die Infos werden in "Päckchen" versendet. Diese Päckchen nennten die Physiker Quanten. Und ein elektrisches Feldquant wird dann Photon genannt.

Materiewellen:

Auch Materie hat Welleneigenschaft (siehe De-Broglie-Wellenlänge). Das heißt, dass auch "echte" Teilchen (die von Physikern Fermionen genannt werden) sich überlagern und auslöschen können. Man kann einem Teilchen daher nur eine Wahrscheinlichkeitsamplitude zuordnen. Das heißt, dass man ein Teilchen an gewissen Stellen eher vorfindet, als an anderen gewissen Stellen. Da aber die Wellenlänge und die Energie hier Hand in Hand gehen (nämlich je kleiner desto größer...siehe Erklärung Wellenlänge), haben Fermionen auf Grund ihrer Ruhemasse (E=mc²) eine super kleine Wellenlänge, was ein auslöschen und verstärken unbeobachtbar macht.

Nukleonen:

...sind die Bausteine der Kerne. Die "fliegen" gar nicht im Raum herum. Im Kern gibt es nur sehr große Kräfte zwischen den Nukleonen. Dadurch sind Energieunterschiede groß, wenn sich dort etwas verändert (zB durch Zerfall). Da Energie aber nie verloren geht, gibt es etwas, was die Energie aufnimmt und das ist dann im Grunde der umgebene Raum in Form von Photonen. Weil, wie schon gesagt, die Energien im Kern groß sind, haben dadurch die Feldquanten (also Photonen) eine kleine Wellenlänge.

Ich hoffe, ich konnte ein wenig Klarheit bringen.

VG

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sagspad 19.03.2013, 19:31

Erstmal danke für deine Ausführliche Antwort.

Kurz nachdem ich auf Absenden geklickt habe, ist mir leider aufgefallen, dass ich dummerweise das Photon zu den Nukleonen also zu den Protonen und Neutronen gezählt habe. Was auch immer mich da geritten hat :-( Leider kann ich meine Frage auch nicht bearbeiten oder ergänzen.

Bringe ich dann noch etwas durch einander?

Radiowellen sind elektromagnetische Wellen zwischen 10cm und 100km. (Ja gut, diese bestehen aus Photonen :-D )

Nun ist deine Antwort zu "Wellenlänge" für mich leider genau so schwer zu verstehen. Der Ladungsträger bewegt sich hoch und runter, während das Feld sich vorwärts bewegt? Könntest du das irgendwie bitte genauer erklären?

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weckmannu 20.03.2013, 12:09
@sagspad

Die Radiowellen, die für Satellitenverbindungen verwendet werden, sind noch kürzer, nämlich ca. 3cm - die Grenze ist sowieso fliessend, da noch kürzere Wellen dann eben Microwellen ( - siehe Microwellenherd -) genannt werden, aber eigentlich immer noch Radiowellen sind, weil sie mit Senderöhren erzeugt werden und deshalb auch kohärent sind - Koheränz wird bei Wiki erklärt.

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RalfRoeller 22.03.2013, 17:51
@sagspad

In meinem Beispiel mit dem Ladungsträger wird der Ladungsträger nur nach oben und unten bewegt. Damit muss die Information wohin die elektromagnetische Kraft gehen muss dem Raum "mitgeteilt" werden. Diese Ausbreitung der Information ist im Vakuum 300000km/s schnell (Lichtgeschwindigkeit). Die Wellenlänge ist in nun die Länge, die die Information zurücklegt, während der Ladungsträger einmal hoch runter und wieder hoch bewegt wurde.

Bsp: Du bewegst ein Proton in einer Sekunde einmal hoch und runter. In Der Zeit hat das Feld dann 300 000km geschafft. Also ist die Wellenlänge 300000km. Um kurze Radiowellen zu erzeugen zB bewegst Du das Proton in 0,0000003 ms hoch und runter. In der Zeit hat das Licht nun 10cm geschafft.

Eine Sache noch:

weckmannu hat Recht, wenn er sagt, dass elektromagnetische Wellen auch entstehen können ohne schwingende Ladungsträger. Bei einer Kernreaktion werden ja auch Photonen erzeugt. Das liegt daran, dass Photonen (oder eben auch elektromagnetische Wellen) vor allem auch Träger von Energie sind. Geht einem System Energie verloren, muss sie irgendwo anders sein. Meist müssen dann die Photonen "dran glauben" :)

Du siehst also in gewisser Weise habe ich Dir etwas vorenthalten. So, wie ich es erklärt habe (das mit dem bewegten Ladungsträger) ist es aber meiner Ansicht nach am anschaulichsten und somit am leichtesten zu begreifen....

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weckmannu 20.03.2013, 11:59

Für die Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung werden keine Ladungsträger benötigt. Die Welle kann sich auch im Vakuum ausbreiten. Deshalb ist diese Antwort mit Vorsicht zu geniessen,

Näheres bitte in meiner Antwort von 11:55 Uhr nachlesen.

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RalfRoeller 22.03.2013, 10:31
@weckmannu

Doch natürlich hat die Ausbreitung der elektromegnetischen Strahlung mit Ladungsträgern zu tun!

Photonen sind die Feldquanten des elektrischen Felds. Wann immer ein Photon entsteht, aus welchem Grund auch immer, ändert sich auch das elektrische Feld!

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Dir ist sicher klar, daß die Dreieinigkeit Strahlung-Welle-Teilchen nur eine "Hilfsvorstellung" ist, um die Eigenschaften solcher Dinge irgendwie nachvollziehen zu können. DAS mal im Vorfeld.

Du kommst sicher auf diese Frage, weil Du denkst, je geradliger sich etwas fortbewegt, um so mehr "Aufprallenergie" müsse es haben.

DARUM aber geht es hier NICHT.

Die Wellenform elektromagnetischer Strahlung ist keineswegs mit dem Unterschied eines nahezu geradlig fliegenden schnellen Projektils zur Parabelkurve eines geworfenen Steins zu vergleichen. Die Welle wird vielmehr umso schneller hin und her schwingen, je mehr Energie transportiert wird. Die Energie ist praktisch nicht in der Geschwindigkeit enthalten (die ja sozusagen immer "gleich" ist), sondern "eingeschlossen", und äußert sich daher so.

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Du verwechselst Wellenlänge und Amplitude.

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