Arten von Wellen und Elektromagnetische Induktion

Es gibt verschiedene Arten von Wellen und mögliche Klassifikationen. Nach dem Medium, in dem sich die Welle ausbreitet, benötigen wir keinen materiellen Träger , um sie zu verbreiten, und sie kann daher in einem Vakuum ausbreiten. Dies sind die elektromagnetischen und Gravitationswellen. Beispiele für elektromagnetische Wellen sind: Licht, Radiowellen, Fernsehen, Handys, Mikrowellen, UV-Strahlen, Gamma-Strahlen usw. Diejenigen, die einen materiellen Träger benötigen, um sich zu verbreiten, sind andere Phänomene, die wir kennen, wie z. B.: Tonwellen, Schwingungen einer Saite und so weiter. Solche Wellen sind das Ergebnis der ordnungsgemäßen Beförderung vieler Teilchen. Abhängig von der Richtung der Schwingungen - Transversalwellen: Vibrationen erfolgen in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Beispiele: Saiten- und elektromagnetische Wellen sowie Stoßwellen. Längswellen hingegen erfolgen in der Richtung der Fortpflanzung. Beispiel: Schallwellen. Abhängig von der Anzahl der Dimensionen des Raumes gibt es: eindimensionale (Schwingungen an einer Schnur), zweidimensionale (Wellen auf der Oberfläche einer Flüssigkeit oder Vibrationen in einer Membran) und drei dimensionale (Licht und Ton). Huygens-Prinzip ist ein einfaches Verfahren zum Bau von Wellenfronten aus früheren Fronten. Eine Wellenfront ist immer eine der Flächen, die durch die Punkte definiert ist, an denen eine Welle mit der gleichen Phase schwingt. Der Grundsatz lautet: Die Punkte in einer Wellenfront sind Quellen sekundärer Wellen, deren Hülle eine neue primäre Wellenfront bildet. Dies wird veranschaulicht, indem kleine Kreise mit einem Radius und Zentren an verschiedenen Punkten auf einer Wellenfront gezeichnet werden, und dann wird der Umschlag der Kreise gezeichnet, der die neue Wellenfront darstellt. Die Abbildung zeigt ein Beispiel für die Anwendung auf eine sphärische Wellenfront und ein weiteres Beispiel zur Erklärung der Beugung eines Flugzeugs gegen ein Hindernis. Eine Folge des Huygens-Prinzips ist, dass alle Strahlen die gleiche Zeit in Anspruch nehmen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenfronten. Strahlen sind Linien, die senkrecht zu den Wellenfronten stehen und der Linie der Wellenausbreitung entsprechen. Obwohl Huygens für Materiewellen formuliert wurde, die zu diesem Zeitpunkt bekannt waren, reicht der Grundsatz für alle Arten von Wellen. Kirchhoff erweiterte die Methode auf elektromagnetische Wellen, sobald sie entdeckt wurden. Elektrische Ladung und Coulombs Gesetz beschreiben die elektrische Ladung als eine Eigenschaft der Materie, die für die elektromagnetische Interaktion verantwortlich ist. Sie hat die folgenden Eigenschaften: - Sie kann positiv oder negativ sein. - Der Gesamtwert einer Gruppe von Teilchen ist die Summe ihrer individuellen Ladungen unter Berücksichtigung des Vorzeichens. - Die gesamte elektrische Ladung eines abgeschlossenen Systems bleibt erhalten. - Die Ladung ist quantisiert: Sie kommt nur in diskreten Mengen vor, die ein Vielfaches eines Grundbetrags sind: |E| = 1,6 · 10^-19 C. Die Ladung des Elektrons ist -|e| und die des Protons +|e|. Die Ladung in SI-Einheiten ist Coulomb. Das Coulomb-Gesetz beschreibt die Wechselwirkung zwischen elektrischen Ladungen in Ruhe. Das Gesetz besagt: Die Kraft, die von einem Punkt auf eine andere Ladung q₁ auf q₂ ausgeübt wird, ist proportional zum Produkt der Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung r, die sie trennt. Es handelt sich um eine zentrale Kraft, die entlang der Verbindungslinie der Ladungen gerichtet ist. Sie ist abstoßend, wenn die Ladungen das gleiche Vorzeichen haben, und anziehend, wenn sie entgegengesetzte Vorzeichen haben. Mathematisch ausgedrückt: F = k * (q₁ * q₂) / r², wobei k die Coulomb-Konstante ist und ihren Wert hat: k = 9,10⁹ N m² / C², wobei sie im Vakuum unterschiedliche Werte annehmen kann. Die Ladung q₂ übt eine Kraft auf q₁ aus, die gleich und entgegengesetzt ist, gemäß dem Prinzip der Überlagerung: Die resultierende Kraft, die von einer Reihe von Ladungen auf eine andere ausgeübt wird, ist die Vektorsumme aller Kräfte, die auf sie ausgeübt werden. Elektromagnetische Induktion ist ein Phänomen, bei dem unter bestimmten Bedingungen Strom durch Magnetismus erzeugt wird. Der erste Wissenschaftler, der dies beobachtete, war Faraday, zusammen mit Henry, der untersuchte, wie in einer Schaltung ein elektrischer Strom erzeugt wird in den folgenden Fällen: - Wenn ein Magnet auf die Schaltung zu- oder von ihr weg bewegt wird. - Wenn die Schaltung sich relativ zum Magneten bewegt. - Wenn es eine relative Bewegung zwischen der Schaltung und einer anderen Strecke gibt, die einen kontinuierlichen Strom erzeugt. - Wenn die Schaltung in einem Magnetfeld deformiert wird.
Alle oben genannten Tatsachen können durch das Gesetz von Faraday erklärt werden, das besagt, dass die zeitliche Änderung des magnetischen Feldes, das durch einen Stromkreis fließt, eine elektromotorische Kraft erzeugt:

Die EMK ist die Arbeit pro Ladung, die an der Strecke verrichtet wird. Sie wird in Volt in SI gemessen.