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Auf dieser Seite ergab eine Abschätzung, dass die Wellenlänge der verwendeten Mikrowellen im Bereich von einigen Zentimetern liegt. Mit dem folgenden Versuchsaufbau kann die Wellenlänge mit Hilfe stehender Wellen relativ exakt bestimmt werden. Wie auf dieser Seite gezeigt wurde, werden Mikrowellen an einer Metallplatte reflektiert. Hier nun trifft die Welle senkrecht auf die Metallplatte (Einfallswinkel 0°). Die reflektierte Welle überlagert sich mit der einfallenden Welle, und es entsteht eine stehende Welle. Die ortsabhängige Intensität der stehenden Welle wird mit einer verschiebbaren Empfangsdiode ausgemessen.
Stehende Wellen mit Mikrowellen
Wie bereits auf der vorangegangenen Seite beschrieben, muss zunächst das Betriebsgerät des Mikrowellensenders und der Verstärker des Empfängers eingeschaltet werden, die Position der Schalter kann durch Anklicken des orangen Plus-Buttons angezeigt werden.
Die Empfangsdiode kann durch Anklicken und Ziehen verschoben werden (die genaue Position zum Klicken ist nach Anklicken des orangen "Plus-Button" markiert). Die Position der Empfangsdiode lässt sich auf der Schiene ablesen, die Skala wird durch Anklicken in vergrößerter Darstellung sichtbar. Hier findet man rechts oben Pfeiltasten zur genauen Positionierung der Empfangsdiode in kleinen Schritten.
Erläutern Sie, wie eine stehende Welle entsteht.
Die Simulation unten könnte Ihnen bei der Erklärung helfen.
Tipp
Bestimmen Sie mit Hilfe des IBE die Wellenlänge der ausgesandten Mikrowellen.
Beachten Sie, dass der Abstand von Minimum zu Minimum nur der halben Wellenlänge entspricht.
Tipp
Ordnen Sie die Mikrowellen im elektromagnetischen Spektrum ein. Geben Sie dazu an, welchen Ihnen bekannten elektromagnetischen Wellen eine größere Wellenlänge als Mikrowellen besitzen und welche eine kleinere.
Unter dem Suchbegriff "elektromagnetisches Spektrum" finden Sie im Internet zahlreiche gute Graphiken, die das vollständige Spektrum übersichtlich darstellen.
Begründen Sie, warum es sinnvoll ist, die Abstände von möglichst vielen, und nicht nur den zweier benachbarter, Minima auszumessen.
Auch im Innenraum einer Haushaltsmikrowelle bilden sich durch Reflexion an den metallischen Wänden stehende Wellen. Diese können durch einen einfachen Heimversuch nachgewiesen und ausgemessen werden.
Entfernen Sie zunächst den Drehteller der Mikrowelle. Legen Sie dann eine sehr große Scheibe oder mehrere kleine, nahtlos aneinanderpassende Scheiben Käse auf eine flache, mikrowellengeeigneten Unterlage (z. B. Porzellan, kein Holz o. ä.). Stellen sie diese etwas erhöht in den Innenraum des Mikrowellenherds. Starten Sie nun den Mikrowellenherd für wenige Sekunden, und prüfen Sie dann das Ergebnis. Wenn noch nichts zu erkennen ist, verlängern Sie die Zeit ein wenig.
- Beschreiben und erklären Sie das Muster, welches auf dem Käse zu erkennen ist.
- Bestimmen Sie die Wellenlänge der Mikrowellen Ihrer Haushaltsmikrowelle.
- Bestimmen Sie die Frequenz der Mikrowellen und vergleichen Sie diese mit der Herstellerangabe, die Sie in der Regel in der Bedienungsanleitung oder auf dem Typenschild finden.
(Bei den meisten Haushaltsmikrowellen beträgt die Frequenz 2450 MHz).
Falls es Ihnen nicht gelingen sollte, eine brauchbare Probe zu produzieren, finden Sie hier eine Ersatzlösung.
Laut Herstellerangaben beträgt die Frequenz der ausgesendeten Mikrowellen f = 9450 MHz.
Berechnen Sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowellen und überprüfen Sie, wie gut die von Ihnen bestimmte Geschwindigkeit mit der erwarteten übereinstimmt..
Erläutern Sie, welche Funktion der Drehteller in Mikrowellen hat und welches Problem ohne Drehteller entstehen würde.
Empfangsdiode, verschiebbar
Metallplatte
Multimeter
Verstärker
Klystron-Betriebsgerät
↔
Sender
Anklicken der kleinen Schiene blendet eine Vergrößerung ein.
