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Physik – Physikalische Grundbegriffe von EMF

Frequenz und Wellenlänge

Frequenz

Tonfrequenzen. Quelle: www.mv-spoeck-wissenswert.de

Den Begriff kennt man in erster Linie aus der Akustik. Werden sinusförmige Schwingungen mit einer Lautsprechermembran hörbar gemacht, so bestimmt die Frequenz die Tonhöhe (die Amplitude ist für die Lautstärke verantwortlich). Das Spektrum der Töne ist in der Figur für die Klaviertastatur dargestellt. Die Anzahl Schwingungen pro Sekunde bezeichnet man als Frequenz (f). Man misst sie in Hertz (Hz). 440 Hz bedeutet, dass die Membran (beim Klavier die Saite) für diesen Ton (Kammerton) 440 Schwingungen pro Sekunde (hin und zurück) „benötigt“.

Der Begriff „Frequenz“ wird auf alle periodischen Veränderungen angewendet. So insbesondere auch in der Elektrotechnik und Elektronik wenn es um Wechselströme geht. Der Netzstrom verändert in zeitlich regelmässigem Rhythmus Spannung (Höhe und Polarität) und Strom (Stärke und Richtung). Seine Frequenz beträgt 50 Hz. Die Spannung wechselt 50 Mal pro Sekunde von +325 V (V = Volt) zu -325 V (und entsprechend auch wieder 50 Mal zurück), und dasselbe gilt für die Stärke und Richtung des Stroms. Wechselstrom, der weniger als 3'000 mal pro Sekunde seine Richtung ändert (Frequenz unter 3'000 Hz), bezeichnet man als niederfrequenten Strom. Wechselstrom, der mehr als 3'000 mal pro Sekunde seine Richtung ändert (Frequenz über 3'000 Hz), bezeichnet man als hochfrequenten Strom. Alle Funkanwendungen gehören in den Hochfrequenzbereich. Hochfrequenter Strom kann über Antennen als elektromagnetische Welle abgestrahlt werden. Man spricht deshalb auch von hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung (manchmal wird die Hochfrequenzschwelle auch bei 30'000 Hz [30 kHz] oder bei 100'000 Hz [100 kHz] angegeben).

Wellenlänge

Wellenlänge (oben) und Frequenz (unten). Quelle: FSM

Da sich elektrische und magnetische Felder mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, kann man die Distanz berechnen, die ein Feld zwischen zwei beliebigen Zeitpunkten "zurücklegt". Wenn die zwei Zeitpunkte gerade eine Frequenzperiode umfassen, entspricht der in dieser Zeit vom Feld zurückgelegte Weg einer Wellenlänge (Figur). Die Wellenlänge eines Feldes von 1 Hz ist also so lang wie die Strecke, die das Licht in einer Sekunde zurücklegt (ca. 300'000 km). Bei einer Frequenz von 50 Hz beträgt die Wellenlänge 50mal weniger, also etwa 6‘000 km. Die Wellenlänge einer Mobilfunkfrequenz von 1800 MHz misst demnach etwa 16 cm.

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