• Die beiden Teile existieren nicht einzeln, sondern treten immer im Zusammenhang auf; sie breiten sich in Form von elektromagnetischen Wellen im Raum aus, und das sowohl im mit Materie gefüllten, als auch im luftleeren Raum.
  Im luftleeren Raum breiten sie sich mit Lichtgeschwindigkeit aus: c = 299.792.458 m/s (~ 3 ∗ 10⁸ m/s).

• Er sagte diese Wellen voraus, die erst etwa 25 Jahre später durch Heinrich Hertz nachgewiesen werden konnte!

• Und er ordnete das sichtbare Licht und die Wärme ebenfalls hier ein, sie sind ebenfalls elektromagnetische Wellen!

• Er formulierte den mathematischen Zusammenhang in einem Formelsystem, den Maxwellschen Gleichungen (1861-64)

Die Grafik zeigt diesen Zusammenhang (erstaunlich, denn Rundfunkwellen, geschweige Handy, kannte er noch nicht, die Röntgen-Strahlung wurde ebenfalls später entdeckt).

Es ist eigenartig, dass die Menschen von den elektromagnetischen Wellen nur das Licht und die Wärme wahrnehmen können. Wir interpretieren die Wellen mit einer Länge von: 380nm - 780nm als Licht!

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Licht ist der kleine sichtbare Teil der elektromagnetischen Strahlung. Diese elektromagnetische Strahlung besteht aus schwingenden Energieeinheiten (Quanten) und wird in Wellen von einer Lichtquelle gesendet. Sie braucht eine bestimmte Zeit vom Ort ihrer Entstehung bis zum Auge des Betrachters.

Jede Wellenlänge gibt einen Farbeindruck. Das Spektrum des Sonnenlichtes weist einen kontinuierlichen Übergang auf: vom kurzwelligen Violett über Blau, Grün, Orange bis zum langwelligen Rot. Außerhalb dieses Bereichs kann das menschliche Auge keine Strahlung „sehen"; Gamma-, Röntgen-, UV- und Infrarotstrahlen sind nicht sichtbar.
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Eine Farbe ist ein durch das Auge und Gehirn vermittelter Sinneseindruck, der durch Licht hervorgerufen wird, genauer durch die Wahrnehmung elektromagnetischer Strahlung der Wellenlänge zwischen 380 und 760 Nanometer. Es ist der Sinneseindruck, durch den sich zwei aneinandergrenzende, strukturlose Teile des Gesichtsfeldes bei einäugiger Beobachtung mit unbewegtem Auge allein unterscheiden lassen.
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Man muss auch heute noch davon ausgehen, dass es schwer ist, sich vorzustellen, dass Licht und Rundfunk das Gleiche ist! Den Zusammenhang kann man in der Darstellung nicht finden.

Elektrik (1) (2) (3)		Magnetismus (1) (2) (3)
Licht (4) (5)		Wärme (5)

Man sieht, dass im Magnetismus und der Elektrizität einige Übereinstimmungen existieren, die jedoch nur in der Wirkung, als gemeinsame Welle wurde das noch nicht erkannt.
Zur Optik und Wärme gibt es so gut wie keine Verbindung, diese jedoch untereinander.
Heinrich Hertz hat auch erst 1886 eine Verbindung zur Optik hergestellt, als er zum Nachweis der elektromagnetischen Wellen stehende Wellen als Überlagereung mittels Reflexion an einer Blechplatte erzeugte und damit nachweisen konnte. Elektromagnetische Wellen lassen sich also wie Licht(wellen) reflektieren.
Heute weiß man, dass weitere Eigenschaften, die an den Lichtwellen erkannt wurden, auch für alle anderen Wellen im gesamten Spektrum gelten.

Es ist aber schon eigenartig, denn verbindet man eine Batterie mit vielen (1Mio) Glühbirnen, dann ist die Batterie schnell alle. Sendet ein Funksender seine Wellen, dann ist es dem Sender völlig egal ob ein Empfänger "zuhört" oder eine Miliion, er merkt es gar nicht! Es wird also keine Energie übertragen (wie bei der Batterie).
Und das Licht von unendlich vielen Sternen sehen wir zwar, da aber sich diese Welle im Raum bewegt, kann es sein, dass dieser Stern schon nicht mehr existiert, ➥ die Welle existiert weiter, wenn der Sender ausgeschaltet wird. Die Welle geht nicht verloren, sie "verschleißt" im Laufe der Zeit, z.B. durch Reflexion an kleinsten Partikeln im All, durch Wandlung in andere Wellenlängen z.B. Wärme oder andere Körper durchdringt. Oder durch Absorption: (nach Wikipedia):
"Die Energie (? die Wellen werden nicht oder nur teilweise reflektiert) des einfallenden Lichts wird von einem Körper "verschluckt". Dies kann dazu führen, dass ein Elektron auf ein höheres Energieniveau gehoben wird, dass sich der Körper erwärmt usw. Wenn die Strahlung unabhängig von ihrer Wellenlänge absorbiert wird, erscheint der Körper schwarz. Wird nur ein Teil des Spektrums absorbiert, so bestimmen die übrig gebliebenen Teile des Spektrums die Farbe des Körpers."
Die Anteile der abgesendeten Welle werden so klein, dass sie nicht mehr nachweisbar sind.

Die Frage ist nun, wie entstehen freie elektromagnetische Wellen?

Ausgangspunkt ist ein zu einer Antenne geöffneter Schwingkreis:

Bild 1

Bild 2

Bild 3

Bild 4

Bild 5a

Bild 5b

Bild 6a

Bild 6b

1. Warum und wie lösen sich die Wellen von der Antenne ab und breiten sich nun mit Lichtgeschwindigkeit aus?
2. Warum und wie wird die Phasenverschiebung zwischen den beiden Wellen 0?

"Ein vollständiges Verständnis des Prozesses besitzen selbst Experten kaum, bzw. es "beschränkt" sich meist auf die mathematische Ebene. Hilfreich für Laien ist die Vorstellung von drei Zonen.
In der Nahzone (das ist die Zone die sich bis etwa 1/10 der Wellenlänge um die Antenne erstreckt) dominieren die Felder der Ladungsströme und der Ladungsverteilungen auf der Antenne. Die elektrischen und magnetischen Felder sind nicht in Phase sondern um 90° verschoben: wenn das elektrische Feld maximal ist, ist das magnetische Feld Null, und umgekehrt (siehe Figur). Ausserhalb der Nahzone beginnt eine Zwischenzone, in der sich die durch die Ströme und Spannungen induzierten Wirbelfelder überlagern. Die Wechselwirkungen sind komplex und der Intuition und dem Vorstellungsvermögen kaum zugänglich. In dieser Zone nähern sich die Phasen von elektrischem und magnetischem Feld einander an
Im Fernfeld, d.h. in ein paar Wellenlängen Abstand von der Antenne liegt die abgestrahlte Leistung als phasengleiche elektromagnetische Welle vor. Im Fernfeld sind elektrisches und magnetisches Feld in Form einer Ebenen Welle fix und phasengleich miteinander induktiv verkoppelt."

Fakt ist, dass die Phasenverschiebung um λ/4 beseitigt werden muss. Das könnte funktionieren, indem die Wellenlänge der magnetischen oder elektrischen Welle um diesen Wert verändert wird, oder beide erfahren eine Änderung um λ/8. Die Aussage von "emf-info": ... Zwischenzone, in der sich die durch die Ströme und Spannungen induzierten Wirbelfelder überlagern ... könnte zu der links dargestellten Überlegung führen. Die Feldlinen des elektrischen Feldes an der Antenne und die erste(n) der von der Antenne abgelösten Feldlinien haben die gleiche Richtung, also werden sie sich abstoßen, d.h. es gibt symbolisch eine positve Halbwelle an der Antenne und eine um λ/4 negative Halbwelle an der Abgelösten - die müssen beide überlagert, also addiert werden (siehe im Bild links oben). Die magnetischen Wellen haben in diesem Bereich die gleichen Richtungen und werden ebenfalls addiert. Bei den elektrischen Wellen entsteht eine kürzere positive und negative Halbwelle, eine komplette Welle mit 3/4λ Länge, bei den magnetischen Wellen eine 3/4λ lange Halbwelle. Erstaunlicher Weise passen diese Teile genau in den Zwischenraum zwischen Nah- und Fernfeld. Auch in dieser bewegten Darstellung (links die Antenne, rechts das Fernfeld, in der Mitte der Übergangsbereich; dunkelrot - elektr. Welle, anderes blau - magn. Welle) scheint das zu funktionieren, es ist ein kontinuierlicher Übergang, die Geschwindigkeit der Ausbreitung bleibt gleich!

Das passiert nun an der Antenne in allen Richtungen.

Das stimmt nicht, denn in Richtung der Antenne (Dipol-Achse) gibt es keine Wellen, es gibt eine Charakteristik von 0 bis max. Die einzelnen Wellen überlagern sich zu einer geschlossenen räumlichen Wellenfront, wobei eine Schale ähnlich einem Apfel aussieht. Das ist die Basis von Berechnungen.

Nach: "K. Küpfmüller: Einführung in die theoretische Elektrotechnik; Springer-Verlag; Berlin/Heidelberg/New York 1965" werden Berechnungen zum Nah- und Fernfeld elektromagnetischer Wellen vorgenommen. Ziel ist die Berechnung der elektrischen und magnetischen Feldstärke. Ausgangspunkt dafür ist das Bild links einer schwingenden Ladung. Die Ladung bewegt sich zwichen den Kondensatorplatten bzw. zwischen den Enden der Antenne. Für jeden geometrischen Ort im Feld kann man die links gezeigten Werte definieren. Bemerkenswert ist, dass nicht von schwingenden Elektronen (die könnten Energie haben), sondern von Schwingenden Ladungen gesprochen wird!

Unter Nutzung der Gleichungen (37) bis (39b) erarbeitet Herr Küpfmüller die Gleichungen für die elektrische und magnetische Feldstärke.    (37)    (38)    (39a)      (39b)

(40)      (41)      (42)

Dazu wird festgelegt:

Aus den Gleichungen (40) - (42) folgt damit die Beschreibung der Feldstärken im Nahfeld.

(43)      (44)      (45)

(nach Küpfmüller): "Der Faktor j im Nenner der elektrischen Feldstärkr zeigt an, dass die elektrische Feldstärke gegen die magnetische und damit gegen den Strom I um 90° Phasenverschoben ist. Dies erklärt sich daraus, dass sich der Strom I im Luftraum als Verschiebungsstrom fortsetzt, der in Phase mit dem Strom schwingt; die elektrische Feldstärke eilt daher dem Strom um 90° nach."

Das Fernfeld ist nach Küpfmüller dadurch gekennzeichnet, dass in der Beschreibung nur Glieder mit den höchsten Potenzen von r vorkmmen, damit ändern sich die Gleichungen (40) - (42) wie folgt:

(46)      (47)      (48)

(nach Küpfmüller): "Magnetische und elektrische Feldstärke stehen räumlich senkrecht aufeinander und senkrecht zum Radius r (siehe Bild oben (Abb. 44.2)). Die beiden Felder breiten sich mit der Geschwindigkeit c in radialer Richtung aus." Wellenlänge: "Die Gleichungen (47) und (48) sagen ferner aus, dass die elektrische und magnetische Feldstärke im Fernfeld zeitlich in Phase liegen. Dies erklärt sich aus der hier überwiegenden Induktionswirkung des magnetischen Feldes. Jede Veränderung des magnetischen Feldes hat einen Auf- und Abbau des elektrischen Feldes zur Voraussetzung." Das Wort "Voraussetzung" stört mich jedoch etwas, denn das bedeutet einen zeitlichen Versatz, die Formel sagt aber die Gleichzeitigkeit, Phasengleichheit aus!

Fragen und Probleme

In der im Bild dargestellten Situation befindet sich an der Antenne oben die positive Ladung, entsprechend unten die negative. Das elektrische Feld hat somit die Richtung von oben nach unten.

Schwingende Ladung bedeutet, dass nun oben an der Antenne minus und unten plus werden kann. Fakt ist, dass nun ein neues elektrisches Feld entstanden sein mus, indem die Feldlinien eine andere Richtung haben müssen, von unten nach oben - was aber passiert mit dem bereits vorhandenem alten Feld? Nach vielen Literaturstellen und auch nach Herrn Küpfmüller kann es nicht wieder zur Antenne zurück, es wird selbständig! Symbolisch dargestellt durch die Feldlinien bilden sich nun geschlossene elektrische Feldlinien!. Das widerspricht jedoch der Aussagen, dass elktrische Felder zwischen Ladungsunterschieden existieren, nun "funktionieren" sie aber wie magnetische Felder. Symbolsch dargestellt, braucht man um eine geschlossene Feldlinie darzustellen, zwei Linien. Beide hatten zuvor die gleiche Richtung, welche Richtung hat nun die geschlossene Feldlinie?

Welche Umlaufrichtung nimmt die geschlossene elektrische Feldlinie nun an?

(64)

(65)

(66)

Eine weitere Betrachtung (nach Wikipedia): "Das huygenssche Prinzip bzw. Huygens-Prinzip, auch huygens-fresnelsches Prinzip genannt (nach Christiaan Huygens und Augustin Jean Fresnel), besagt, dass jeder Punkt einer Wellenfront als Ausgangspunkt einer neuen Welle, der so genannten Elementarwelle, betrachtet werden kann. Die neue Lage der Wellenfront ergibt sich durch Überlagerung (Superposition) sämtlicher Elementarwellen. Da die Elementarwelle eine Kugelform bzw. Kreisform hat, bildet sich auch eine rücklaufende Welle." Huygen leitet diese Aussagen an Wasserwellen her, Fresnel tut das in gleicher Weise, jedoch mit Lichtwellen. Wie wir Anfangs festgestellt haben, ist Licht auch eine elektromagnetische Welle, deshalb sollte das Prinzip auch für Funkwellen gelten!

Im Gegensatz zu Huygens, der in der Wellenfront von Massepunkten ausgeht, legen wir fest, dass auf der Feldlinie, die die (Wirkung) Ladung Q darstellt, lauter kleine Teil-Ladungen bestehen, dann kann man sagen, dass auf Grund der elektromagnetischen Kopplung, alle benachbarten Teil-Ladungen zum Schwingen angeregt werden, der Zustand weitergegeben wird. Die Teil-Ladung schwingt an der Stelle rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung der Information, es bewegt sich nicht in Ausbreitungsrichtung. (etwa Grimsehl; Lehrbuch der Physik): "Der Eindruck einer fortschreitenden Welle kommt dann zustande, wenn sich eine Reihe von (Ladungs-)Teilchen nach dem selben Schwingungsgesetz bewegen, wenn aber der Anfang der Bewegung zweier aufeinander folgender Punkte stets um denselben Zeitunterschied verschieden ist." So einfach wie es in den Bildern (64) - (66) dargestellt ist, ist es eben nicht. Auf Grund der vielen Überlagerungen der enstehenden Elementarwellen bleibt offensichtlich nur die einhüllende Wellenfront übrig.

Zur Realisierung dieser Annahmen muss es möglich sein, an jeder Stelle im Raum eine Ladung Q aufzubauen!

		Die beiden Bilder sind nahezu gleich, von einem Sender wird genau eine Sinus-Welle ausgesendet.
		Das passiert unten ebenfalls, aber oben handelt sich z.B. um eine schwingende Ladung, keine Teilladung verläßt ihre Positiom, es werden über die elektromagnetsche Kopplung die Nachbarn zum Schwingen angeregt. Im unteren Bild bewegen sich die Teilchen in Ausbreitngsrichtung (sieht man an den Zahlen unten), hier wird Energie übertragen!

Das Beispiel aus Wellen und Felder: