Re: Nah- und Fernfeld von Dipolstrahlung -> Phasenverschiebung?

Ehm, hast Du meinen FAQ-Artikel gelesen? Da steht genau drin, in welchem Sinne das Nahfeld "instantan" ist, nämlich im Sinne einer Näherung:

Gln. (45)

Das entspricht der quasistationären Näherung, die stets dann erlaubt ist, wenn die Abmessungen der Anordnung klein sind gegen die Wellenlänge. Wie die Näherung gemacht wird, steht genau in diesem Text.

Die exakten Lösungen sind *überall* retardiert, wie es sein muß. Das findet sich eine Seite vorher als Gln. (41)-(42):

Du wirst also bei einer Messung des Nahfeldes, also bei Abständen unterhalb der Wellenlänge von den felderregenden Anordnungen die Retardierung nur sehr schwer messen können, weil eben die Retardierungszeiten, also die Lichtlaufzeiten, wegen der kurzen Entfernung sehr klein werden (relativ zu typischen Zeitskalen, auf denen sich das Feld merklich ändert!).

Freilich kann man diese Messungen ausführen und unabhängig prüfen. Allerdings glaube ich nicht, daß die Maxwellsche Elektrodynamik sich als unrichtig erweisen wird, denn ihr Quanten-Pendant, die QED, ist mit solch überwältigender Präzision bestätigt, daß das ein mittleres Weltwunder wäre, wenn sie nicht stimmte.

Machen wir uns klar, was Impulserhaltung bedeutet, sind wir schnell bei Newtons Lex Tertia (actio eq. reactio). Im Rahmen der Newtonschen Mechanik gilt dieses Prinzip auf beliebige Entfernungen genau zwischen klassischen Punktteilchen.

Deshalb braucht man im Rahmen der Newtonschen Theorie auch keine Felder. Die Newtonsche Gravitationstheorie geht von einer instantan wirkenden Gravitatationskraftwirkung zwischen massiven Körpern aus, d.h. das Gravitationsfeld, wenn man denn von einem sprechen will, hat keine Dynamik, es breitet sich nicht aus, man kann es von vornherein eliminieren.

Im Rahmen der Relativitätstheorie haben wir es mit endlichen Signalausbreitungsgeschwindigkeiten zwischen entfernten Objekten zu tun. Hier kann actio=reactio nicht einfach zwischen diesen Körpern gelten und somit sieht es auf den ersten Blick so aus, als müßte der Impulssatz aufgegeben werden. Das erweist sich aber als falsch, denn wir können die Kraftwirkung auf "echte" Felder zurückführen, d.h. bewegt sich eine Ladung, so ändert sich das elektromagnetische Feld bei einer anderen Ladung retardiert, und die Kraftwirkung der einen Ladung auf die andere Ladung folgt entsprechend retardiert nach dem Lorentzschen Kraftgesetz. Zwischendurch ist aber der Impulserhaltungssatz keineswegs zu irgendeinem Zeitpunkt verletzt, denn die em. Welle, die bei der beschleunigten Bewegung der Ladung ausgestrahlt wird besitzt genau den Impuls, damit die Impulsbilanz wieder richtig wird.

Man kann den Spieß übrigens umkehren, und so wird heutzutage die E-Dynamik auch am einfachsten behandelt: Man bastelt sie sich aus Symmetrieprinzipien und der Beobachtung zusammen, daß das em. Feld ein masseloses Feld der Helizität 1 ist (beides äußerst präzise gemessen), so daß es ein Eichfeld ist. Das Prinzip der minimalen Kopplung angewandt, ergibt die Welchselwirkung mit der Materie.

Du willst ja die Retardierung auf kurze Abstände messen, und das ist halt naturgemäß sehr schwierig. Das Experiment muß ja signifikante Abweichungen von der Retardierung zeigen, wenn Du die Maxwelltheorie widerlegen willst.

Das Experiment wurde und wird tausendfach durchgefuehrt, wenn es darum geht, Antennen zu designen. Und die verhalten sich alle so, wie berechnet. Zufall?

Georg

Georg Kreyerhoff in news: snipped-for-privacy@kreyerhoff.de :

Willst du demonstrieren, dass du nicht verstehst, um was es hier geht?

Oder kannst du erläutern, wie solche Exerimente zum "designen" von Antennen durchgeführt werden und inwiefern sie deiner Meinung nach instantane "Ausbreitung der elektrostatischen Kraft" widerlegen?

Und wie schon gesagt, Experimente lassen sich natürlich so durchführen, dass nicht gemessen wird, was theoretisch nicht sein darf.

Ein idealer Versuchaufbau zum Messen der "Ausbreitungs- geschwindigkeit der elektrostatischen Kraft" dürfte so ausschauen:

aufladbare Stab- Leiter Scheibe antenne

|+ __________________|+ _______ |+ - + |+

Darüber, dass das Aufladen der ungeladenen Scheibe zu einem Stromstoss in der Antenne führt, dürften wir uns einig sein (die Frage ist nur: wann?).

Auch darüber, dass eine mit Lichtgeschwindigkeit sich ausbreitendene elektromagnetische Welle eine bestimmte Frequenz impliziert und hier keine Frequenz vorkommt, sollten wir uns einig sein.

Der wahre Schiedsrichter in dieser Frage kann nur das Experiment sein, nicht aber eine als wahr vorausgesetzte Theorie.

Gruss, Wolfgang

Antennen werden mit Hilfe von Computerprogrammen entworfen. Diese Programme koennen dann die Antenne mit Hilfe der Maxwellgleichungen simulieren. Das kann man dann mit der realen Antenne vergleichen. Die Experten in de.sci.ing.elektrotechnik, in die der Quatsch auch gecrossposted wird, wissen da sicher mehr. Vorhin habe ich hier postings von Oliver Bartels gesehen, Der ist auch Experte fuer so was. Der hat bestimmt so ein Programm.

Weil es das in den Maxwellgleichungen eben nicht gibt. Wenn es da so etwas gaebe, muesste man Antennen anders bauen als man es heute macht.

das ist aber hier nicht der Fall.

aehm? Hast Du schon mal was von der Fouriertransformation gehoert?

Das ist ja hier auch nicht der Fall.

Georg

Hier! ;-)

Am einfachsten sind FDTD (Finite Difference Time Domain) Feldsimulatoren zu verstehen, die Ableitung aus den Maxwell Gleichungen ist *offensichtlich*.

Siehe:

Da wird schlicht der rot-Operator diskret nachgebildet und bei der Zeitableitung der Spiess durch Multiplikation mit dem (kleinen) Zeitschritt umgedreht. Klarer und verständlicher geht es nicht und es funktioniert.

In der Praxis wird sowohl dieses Verfahren (Anregung mit geeignetem Impuls und Fouriertransformation des Ergebnisses in die Frequenzebene) wie auch die Finite Momenten Methode eingesetzt (geht ähnlich FEM, gerechnet werden die Ströme in den Metallanteilen, die a'la Galerkin mit Testfunktionen auf ein riesiges lineares Gleichungssystem abgebildet werden, jeweils spezifisch für eine Frequenz und üblicherweise layered Dielektrikum, weil dann einfacher zu rechnen).

Siehe z.B.:

- diverse FDTD Programme:

FDTD und FMM (IE3D) :

Unsere funktionieren aber so ganz gut, und die Berechnungen passen schon auch sehr genau im Detail ...

Gruß Oliver

"Wolfgang G. Gasser" schrieb:

Hallo Wolfagng,

worin liegt hier der Bezug zur 'Philosophie'?

[..................]

Hallo Wolfgang,

worin liegt hier der Bezug zur 'Philosophie'?

BG Frank

[Korrektur-Posting] [..................]

Hallo Wolfgang,

worin liegt hier der Bezug zur 'Philosophie'?

BG Frank

[...]

*statische* Felder breiten sich gar nicht aus, sie waren schon immer da, sie sind, und sie werden immer sein. Sobald sie sich irgenwann mal aendern sind sie nicht statisch.

"Frank Kalder" schrieb:

[Instantane L?!adungsübertragung]

Ob die experimentelle Antwort auf diese Frage so wie vorgeschlagen sinnvoll ist, mögen die Physiker beurteilen.

Wäre die Antwort ja, die Übertragung erfolgt instantan, hätte dies freilich philosophische Relevanz, würde die Frage nach dem Ontischen in einem neuen Licht erscheinen lassen.

In dem Zusammenhang kann ich mir nicht verkneifen zu fragen, wieso du "lifestyle", diesen Modebegriff der fun-generation und der Hochglanzmagazine, für ein genuin philosophisches Problem hälst?!

Freundlichen Gruß

Otto

Sinnvoll sind Experimente immer. Sie sollten auch die letzten "Anti-Einsteinianer" eigentlich überzeugen.

Wozu wir dazu allerdings Philosophie brauchen, will mir nicht klar werden. Wozu wir überhaupt Philosophie brauchen, ... naja lassen wir das lieber ;-)).

Ich glaube nicht, daß es philosophische Relevanz hat, ob Herr Newton oder Herr Einstein die korrekte Raum-Zeitbeschreibung geliefert haben. Für die Physik ist es freilich interessant. Es steht 1000:0 für Einstein ;-).

Was hat das mit "lifestyle" zu tun? Meinst Du, daß man ohne EM-Wellen schwerlich popige Fernsehsendungen übertragen kann? Dann hast Du freilich recht ;-).

"Wolfgang G. Gasser" schrie:

Ist euch eigentlich mal der Begriff "Followup-To" begegnet?

Also "electrostatisches Feld"? (Ich finde, mit "k" statt "c" sieht es besser aus.)

Dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der *Änderung* eines "electrostatischen Feldes" mit Lichtgeschwindigkeit fortpflanzt, kannst du feststellen, wenn du einen kleinen Permanentmagneten zentrifugierst.

/Hannes

Helmut Wabnig in news: snipped-for-privacy@4ax.com :

Orman's Berufung auf Walker dürfte ungerechtfertigt sein, denn Leiterwellen verhalten sich anders als das worüber Walker spricht. Zudem ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Leiterwellen normalerweise kleiner als die Licht- geschwindigkeit.

Wenn man so klar und direkt darauf hinweist (und es sich zudem nur um einen am ässersten Ende eingefügten Punkt handelt), ist dagegen gar nichts einzuwenden. Ich möchte nicht wissen, auf welche Weise viele der zum Teil unglaublich exakten experimentellen "Bestätigungen" der z.Z. vorherrschenden Theorien immer so zustande kommen.

Zum selben experimentellen Ergebnis ist Heinrich Hertz schon im 19. Jh. gekommen.

Walker schreibt u.a.: "Upon creation, the transverse waves travel with infinite speed. The outgoing transverse waves reduce to the speed of light after they propagate about one wavelength away from the source."

Zum Vergleich Heinrich Hertz:

"Zweitens bemerken wir, dass die Verschiebung der Phase schneller erfolgt in der Nähe des Ursprungs, als in der Entfernung von demselben. Alle Zeilen zeigen dies übereinstimmend. Eine Veränderlichkeit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist nicht wahrscheinlich. Wir schieben vielmehr mit gutem Grunde diese Erscheinung auf den Umstand, dass wir die Gesamtkraft benutzen, welche sich in elektrostatische und elektrodynamische Kraft trennen lässt. Schon die Theorie hat wahrscheinlich gemacht, dass erstere, welche in der Nähe der primären Schwingung überwiegt, sich schneller ausbreitet als letztere, welche in der Entfernung fast allein zur Geltung kommt." Siehe:

$6o7$ snipped-for-privacy@rex.ip-plus.net

Zur Veranschaulichung von Hertz's "Schon die Theorie ...":

Wenn ein Stein ins Wasser fällt, wird Wasser verdrängt. Diese ("wasser-statische") Wirkung breitet sich schneller aus als die entstehende Oberflächenwelle (die "wasser- dynamische" Wirkung), nimmt aber sehr stark ab in Funktion vom Abstand zum sich bewegenden Stein.

Zumindest im Falle der zwei parallel nebeneinander gestellten Antennen ist das Bestimmen des Phasen- unterschieds zwischen Sender und Empfänger in Funktion des Abstands so einfach, dass (ausser bei Mutwilligkeit) grössere Fehler auszuschliessen sind.

Ich muss aber zugeben, dass mir Walker's Fortsetzung obigen Zitats etwas seltsam erscheint: "The inward propagating transverse fields rapidly reduce to the speed of light and then rapidly increase to infinite speed as they travel into the source." Die Phase zu messen ist das eine, aber solch weitreichende, m.E. nicht transparent gemachte Schlüsse zu ziehen, etwas anderes.

Walker's Behauptung jedoch, die Transversalwellen würden ausserhalb des Senders (im Abstand von etwa

1/4 Wellenlänge) entstehen, lässt sich als Indiz für meine Vorstellung von el.mag. Transversalstrahlung interpretieren:

"Auch bei Emission und Absorption e.m. Strahlung handelt es um Fernwirkung, d.h. es gibt eine e.m. Wechselwirkung zwischen dem Dipol und den entstehenden bzw. verschwindenden Photonen, bei welcher Gesamt- energie und Gesamtimpuls unverändert bleiben."

Gruss, Wolfgang

Um es ganz kurz zu sagen (es gibt einige Gruppen dabei, bei denen das wohl nicht mehr ganz on topic ist) und dann zu beenden:

a) Wir messen ständig Signallaufzeiten mit High Speed Messtechnik, hier steht z.B. ein LeCroy Oszi rum, das problemlos 4 Milliarden Samples pro Sekunde mit einem Schuss pro Kanal (1 GHz) schafft. Das ist Tagesgeschäft. Daneben messen wir auch *Phasenverschiebungen* mit einem Netzwerkanalysator bis 6 GHz, das Teil ist saumäßig genau und stellt auf Wunsch aus vielen Messungen zusammengesetzt die Zeitachse da, das Zauberwort heißt schnelle Fouriertransformation.

b) Wenn Du Deine Platte schnell genug laden willst, dann ist das keine Platte mehr, sondern eine schlechte Antenne. Ein Feld heißt statisch, weil es statisch ist, statisch war und statisch bleibt, was wiederum heißt, dass da sich eben nix ändert und das es eben nicht dynamisch ist, denn sonst würde man es dynamisch nennen ...

c) Wir haben bisher bei allen Signalen, die unsere High Speed Messtechnik gut messen kann, egal ob als Puls oder als moduliertes Funksignal, eingeschränkt natürlich durch die Messgenauigkeit und dadurch, das unsere Messungen makroskopisch sind (d.h. wir haben reale Gegenstände mit sehr vielen Atomen) keine Abweichung der Signallaufzeit im freien Raum von der Lichtgeschwindigkeit messen können. Wenn Material im Spiel ist, dann wird das Signal üblicherweise um den Faktor sqrt(epsilon_r) langsamer. Schneller wurde es bisher noch nie.

d) Du solltest Dir mal an einer nahegelegenen Uni ein paar Experimente z.B. mit einem Netzwerkanalysator zeigen lassen, es ist sehr beeindruckend, wenn man ein *offenes* Koaxkabel dranhängt und der Time Domain Puls dann um die Länge wandert. Mit einem Pulsgenerator und einem schnellen Oszi kann man das auch sehr schön zeigen, sowohl mit Reflexion als auch mit Transmission. TDR-Messungen (gebrochene Kabel) laufen ähnlich. Auch beeindruckend sind Spiele mit Radarpulsen, da sieht man sehr schön, dass das Feld eine Art Eigenleben hat, d.h. der Puls läuft auch dann immer noch, wird reflektiert und kommt zurück, wenn die Quelle längst abgeschaltet ist. Das ist *das Argument* gegen jede Art der Fernwirkungstheorie ...

e) Es gibt einen Einfluß des Gravitationsfeldes auf jedwede Art der Zeitbestimmung, den kann man "relativ" preiswert mit Cäsium-Atomnormalen messen, mit den neueren Rubidium-Modulen müßte es eigentlich auch gehen, und die sind mit ca. 1500 Euro pro Modul garnicht soooo teuer. Allerdings reagieren sie u.a. auf Magnetfelder empfindlich und sind kein Primärstandard. Die Dinger laufen im Tal tatsächlich langsamer als auf dem Berg, eine Leitung und ein Phasenvergleicher sollten ausreichen, um das sichtbar zu machen. D.h. *alle* physikalischen Vorgänge werden durch ein starkes Gravitationsfeld verzögert. Man kann das sehr gut berechnen (ART) und modellieren (Raumverzerrung), es stimmt auch, was dabei rauskommt, aber *warum* das mikroskopisch betrachtet so ist, dass weiß der Geier, die beiden Theorien (Quantentheorie fürs Kleine und ART fürs Grobe) verweigern jede Art der Zusammenarbeit ...

Es gibt kein alleinstehendes sich änderndes statisches Feld. Das ist ein Widerspruch in sich. Wird das elektrische Feld geändert, dann bedingt das im freien Raum *automatisch* ein magnetisches Feld, und das kann man auf vielfältige Weise messen. Wäre das anders, dann würde z.B. das Radar nicht funktionieren.

Du kannst Dir das einfach klarmachen: Nimm einen Kondensator, der *gerade eben* über eine Batterie und einen Widerstand geladen wird. Dann fließt durch den Draht zum Kondensator ein Strom, und der erzeugt unstrittig ein Magnetfeld (Kompassnadel) um den Draht herum.

Maxwell stellte sich nun die Frage, wie das eigentlich

*im Moment des Aufladens* zwischen den Platten ist, und die sowohl logisch konsequente wie auch experimentell bestätigte Antwort ist, dass sich dort ebenfalls ein Magnetfeld bildet. Ist ein Dielektrikum dazwischen, dann kann man sich das über die Verschiebung von Ladungen im Dielektrikum beim Aufladen und den daraus resultierenden Strom (der dann das Magnetfeld erzeugt) vorstellen, aber im Vakuum funktioniert es ebenfalls.

Ansonsten ist die Laufzeitmessung wie gesagt Tagesgeschäft, wüßte ich, wie es schneller als Licht geht, dann tät ich sofort für die Gamer die "Faster_than_Light Networks" (tm) aufmachen und den üblichen Verdächtigen die DSL Teilnehmer mit Fastpath abluchsen ;-)

Gruß Oliver

Wenn das Feld elektrostatisch ist, ist es statisch und breitet sich nicht aus, sondern ist ausgebreitet ;-)

Nehmen wir an, man lädt eine Kugel instantan von 0 auf 1000V auf. Das enspricht einer Sprungfunktion, deren Fourierspektrum alle Frequenzen von 0Hz bis unendlich Hz enthält.

Die Grundwelle von 0 Hz hat eine Wellenlänge von unendlich und breitet sich daher instantan in unendliche Entfernung aus (theoretisch).

Damit die Grundwelle von 0 Hz auch existiert, muss man allerdings die Spannung für unendliche Zeit eingeschaltet lassen ;-)

Daher ist es ziemlich schwierig, die Ausbreitungsgeschwindigkeit statischer Felder genau zu messen.

Davon leben die FTL Theorien.

Rechne das mal durch ;-)

peter

Ein eleztrostatisches (kann man das noch seltsamer schreiben?) Feld *hat* keine Änderung, wie schon jemand schrub.

Das ist dann weder elektro noch statisch. Und zum Messen ist der radiative Anteil vermutlich zu schwach (kann das mal schnell jemand überschlagen, der nicht so faul ist wie ich?).

Ralf

Solche Mystik braucht man dazu nicht. Im *eingeschwungenen*[1] Nahfeld mag das Feld überall fast phasengleich schwingen, das macht aber nichts, da die meiste Energie nur auf der Stelle wabert (zum Ausgleich sind dann elektrisches und magnetisches Feld um fast 90° phasenverschoben, d.h. man hat lokalisierte Energieumwandlung, aber keine Ausbreitung. Dieser Anteil fällt mit 1/r^2 ab, und weiter draußen sieht man nur noch den 1/r-Anteil. Dieser bewegt sich mit c und hat elektrisches und magnetisches Feld im Gleichtakt.

Bis das Nahfeld eingeschwungen ist, hat man auch dort Ausbreitung mit c. Danach braucht man sie nicht mehr (bis auf den Anteil der Energie, der wirklich abgestrahlt wird).

[1] das kann eine Weile dauern, wenn die Antenne schmalbandig ist. Irgendwo im WWW liegen animierte Bilder des numerisch berechneten Feldes um Supergainantennen herum herum, da sieht man den Übergang vom Nah- zum Fernfeld besonders schön (eiförmige Wolke mit riesigen Feldstärken um die Antennenelemente, aus dem vorderen Rand der Wolke weit ab von der Antenne kommt ein schmaler Strahl raus).

Ralf

Mal abgesehen davon, dass der Phasenunterschied nur die Phasengeschwindigkeit misst und die SRT beliebig grosse Phasengeschwindigkeiten erlaubt, bilden Yagi-Antennnen solch eine Anordnung: ein aktiv strahlender Dipol und davon angeregte sekundaere Strahler, deren Felder sich so ueberlagern, dass die Abstrahlung in einer Vorzugsrichtung erfolgt. Frage an Oliver: Gibt es bei Yagi-Antennen einen Phasenverschiebung zwischen den Elementen?

Georg

Euer Texte haben mich inspiriert. Auf

ist das Ergebnis zu lesen. Endlich habe ich einigermaßen verstanden, warum Skalarwellen etwas mit Phasenverschiebung Pi zu tun haben. Aber ich weiß noch nicht, WO sie sind. Sicherlich dort, wo auch das Fernfeld ist. Aber sie sind nicht mit elektromagnetische Mitteln zu detektieren, weil es mehr eine Anti-Fernfeldwelle ist (die 'WürstchenKette' mit Inhalt, aber ohne Haut - siehe Text im Link).

MfG Gabi Müller

jetzt reichts mir aber.

w.