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Physik

Elektromagnetische Wellen und Funk

Funk nutzt elektromagnetische Wellen. Sie breiten sich ohne Medium mit Lichtgeschwindigkeit aus.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 9
  • Niveau: Standard

Das lernst du heute

  • Ich kann elektromagnetische Wellen beschreiben.
  • Ich kann Schall und elektromagnetische Wellen vergleichen.
  • Ich kann erklären, wie ein Signal per Amplitudenmodulation gefunkt wird.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Wie Schall sich ausbreitet, Analog und digital

Ein Sender erzeugt sehr schnell wechselnde Ströme in einer Antenne. Die Antenne sendet dann elektromagnetische Wellen aus. Sie breiten sich im Raum aus, auch im luftleeren Raum, mit Lichtgeschwindigkeit. Das sind etwa 300 000 km pro Sekunde. Schall braucht dagegen ein Medium wie Luft und ist mit etwa 340 m/s viel langsamer. Beim Gewitter siehst du den Blitz sofort, den Donner hörst du später. Für Frequenz f und Wellenlänge λ gilt c = λ · f. Beispiel: Ein UKW-Sender mit 100 MHz hat die Wellenlänge 300 000 000 m/s : 100 000 000 Hz = 3 m. WLAN mit 2,4 GHz hat eine Wellenlänge von etwa 12,5 cm. Um ein Signal wie Musik zu übertragen, nutzt man eine Trägerwelle mit hoher Frequenz. Bei der Amplitudenmodulation (AM) folgt die Amplitude der Trägerwelle dem Signal. Der Empfänger wählt die Frequenz des Senders aus und trennt das Signal wieder ab. Bei der Frequenzmodulation ändert sich die Frequenz. Wellen können reflektiert, gebrochen oder absorbiert werden. Metall reflektiert Funkwellen stark. Darum ist der Empfang in einem Aufzug schlecht. Das Funksignal zum Mond braucht etwa 1,3 s.

Schall und elektromagnetische Wellen im Vergleich.
Schallelektromagnetische Welle
Medium nötig?ja (Luft, Wasser, Stoffe)nein
Geschwindigkeitetwa 340 m/s in Luftetwa 300 000 km/s
BeispieleSprache, MusikLicht, Funk, WLAN

Wellenlänge berechnen

  1. Gegeben: f = 100 MHz = 100 000 000 Hz, c = 300 000 000 m/s.
  2. Formel: λ = c : f.
  3. λ = 300 000 000 m/s : 100 000 000 Hz.
  4. λ = 3 m.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Wellen tragen Information durch den Raum.

Die Trägerwelle schwingt schnell.

Das Signal verändert die Trägerwelle.

Ein Beispiel

Beispiel

Auf dem Mond hört man keinen Schall, weil keine Luft da ist. Funkgeräte funktionieren dort trotzdem.

Schritt für Schritt

Du rechnest mit Wellenlänge und Frequenz.

  1. Notiere f in Hz.
  2. Nimm c = 300 000 000 m/s.
  3. Rechne λ = c : f.
  4. Gib die Einheit m an.

Mit einem Bild erklärt

DienstFrequenzWellenlänge
UKW-Radio100 MHz3 m
Mobilfunk (Beispiel)900 MHzetwa 33 cm
WLAN2,4 GHzetwa 12,5 cm

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Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Braucht eine elektromagnetische Welle ein Medium zur Ausbreitung?
Zeig mir den ersten Schritt

Denke an Licht von der Sonne.

Lösung ansehen

Lösung: Nein, sie breitet sich auch im Vakuum aus.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Wie lang ist die Wellenlänge bei 100 MHz in m? (c = 300 000 000 m/s)

Zeig mir den ersten Schritt

λ = c : f.

Lösung ansehen

Lösung: 3

300 000 000 : 100 000 000 = 3 m.

Tipp: Rechne die Frequenz in Hz um: 1 MHz = 1 000 000 Hz und 1 GHz = 1 000 000 000 Hz.

Merksatz: Elektromagnetische Wellen: kein Medium nötig, c ≈ 300 000 km/s, c = λ · f. AM: Amplitude folgt dem Signal.

Typischer Fehler: Viele denken, Funkwellen seien Schallwellen. Sie sind elektromagnetische Wellen und brauchen keine Luft. Schall braucht ein Medium.

Prüfen

Mini-Quiz

5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Wie schnell breiten sich elektromagnetische Wellen im Vakuum aus?
Lösung ansehen

Lösung: mit etwa 300 000 km/s

Frage 2 Bei der Amplitudenmodulation folgt die Amplitude der Trägerwelle dem Signal.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt

Frage 3 Warum hört man Donner später als man den Blitz sieht?
Lösung ansehen

Lösung: Schall ist viel langsamer als Licht.

Frage 4 Warum ist der Funkempfang im Aufzug schlecht?
Lösung ansehen

Lösung: Metall reflektiert die Wellen.

Frage 5 Ein Funksignal ist zum Mond etwa 384 000 km unterwegs. Wie lange dauert das ungefähr in s? Runde auf eine Stelle nach dem Komma.

Zeig mir den ersten Schritt

Strecke durch 300 000 km/s.

Lösung ansehen

Lösung: 1,3

384 000 : 300 000 = 1,28, gerundet 1,3 s.

Geschafft

Funk nutzt elektromagnetische Wellen. Sie breiten sich ohne Medium aus. Man überträgt ein Signal, indem man eine Trägerwelle moduliert, also verändert.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Sensoren, Signale und Funk

Kurz erklärt, 52 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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