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Mikrowellen

Mikrowellen

Der Begriff Mikrowellen fasst die Dezi-, Zenti- und Millimeterwellen zusammen. Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen, deren Wellenlänge zwischen 1 mm und 1 m liegt, was einem Frequenzbereich von 0,3 GHz bis 300 GHz entspricht. Mikrowellen kommen in der Radartechnik, im Mikrowellenherd sowie in vielen technischen Anwendungen wie Plasmaanlagen, drahtlosen Kommunikationssystemen (Mobilfunk, Bluetooth, Satelliten-Fernsehen, WLan) oder Sensorsystemen zum Einsatz. Für andere technische Anwendungen sind die Frequenzen ca. 800 MHz, 2,45 GHz und etwa 13 GHz freigegeben; der bekannte Mikrowellenofen arbeitet bei 2,45 GHz. Aufgrund ihres Frequenzspektrums sind Mikrowellen besonders zum Anregen von Dipol- und Multipolschwingungen geeignet. Besonders anschaulich ist dieser Effekt bei der Schwingungsanregung von Wassermolekülen im Mikrowellenherd. Obwohl die Resonanzfrequenz des Wassermoleküls bei 18 GHz liegt, kann es mit einem üblichen Mikrowellenofen (2,45 GHz) gut angeregt werden, was eine hohe Absorption der Mikrowellenstrahlung durch das Wassermolekül zur Folge hat. Die absorbierte Energie wird in Form von Wärme abgegeben. Die Dielektrizitätskonstante beschreibt die frequenzabhängigen Absorptionseigenschaften von Stoffen, und somit deren Erwärmung. Da es sich bei der Mikrowellenstrahlung um elektromagnetische Strahlung handelt, gehorcht sie wie das Licht den Maxwellgleichungen. Dies hat zur Folge, das sie ebenfalls reflektiert und gebrochen wird und interferieren kann. Sie wird von Metallen und elektrischen Leitern reflektiert und nur wenig absorbiert. Geeignete Isolatoren (z. B. einige Thermoplaste, insbesondere PTFE (Teflon), Glas, viele Keramiken, Glimmer) sind jedoch durchlässig für diese Strahlung und absorbieren sie nur wenig - daher können z. B. optisch undurchsichtige Kunststofflinsen zur Bündelung von Mikrowellen eingesetzt werden. Oberhalb von etwa 1 GHz können Mikrowellen nicht bzw. kaum in einem elektrischem Leiter transportiert werden, da hier die Reflexionseigenschaften des Metalls zu stark werden. Stattdessen kommen hier Hohlleiter zum Einsatz. Mikrowellen sehr hoher Leistung können durch Laufzeit-Röhren Klystrons oder Magnetrons erzeugt werden; letztere werden auch in Mikrowellenherden verwendet. Sehr gut absorbiert werden Mikrowellen durch Ferrite. Manche militärische Flugzeuge schützen sich mit einer entsprechenden Beschichtung auf diese Weise vor dem Aufspüren durch Radar (Stealth-Technologie).

Literatur


- Klaus-Peter Möllmann, Michael Vollmer: Kochen mit Zentimeterwellen: Die Physik der Haushaltsmikrowelle. Physik in unserer Zeit 35(1), S. 38 – 44 (2004), ISSN 0031-9252 Kategorie:Funktechnik Kategorie:Elektrodynamik ja:マイクロ波

Dezimeterwellen

Dezimeterwellen sind Mikrowellen, deren Wellenlänge im Dezimeterbereich, also zwischen 10 dm und 1 dm liegt, was einem Frequenzband von 0,3 GHz bis 3 GHz entspricht. Dieses Frequenzband wird auch als UHF-Band bezeichnet, wobei UHF für Ultra High Frequency steht. Dezimeterwellen werden für die Übertragung von Fernsehprogrammen, den Mobilfunk und in Mikrowellenherden genutzt. Die Frequenzbereiche, die für das terrestrische Fernsehen verwendet werden, sind aufgeteilt in die Frequenzbänder UHF IV (470 MHz bis 606 MHz) (Kanäle 21 bis 37) und UHF V (606 MHz bis 862 MHz) (Kanäle 38 bis 69). Außerdem liegt das Hyperband des Kabelfernsehens mit den Sonderkanälen S21 bis S41 im Dezimeterwellenbereich zwischen 300 MHz und 450 MHz. Die übrigen Fernsehfrequenzen (VHF I und III, untere und mittlere Sonderkanäle) sind dagegen der Ultrakurzwelle zugehörig. Kategorie:Funktechnik Kategorie:Elektromagnetisches Spektrum ja:極超短波 ko:UHF

Millimeterwellen

Millimeterwellen sind Mikrowellen, deren Wellenlänge im Millimeterbereich, also zwischen 1 mm und 10 mm liegt, was einem Frequenzband von 30 GHz bis 300 GHz entspricht. Dieses Frequenzband wird auch als EHF-Band bezeichnet, wobei EHF für Extremely High Frequency steht. Millimeterwellen werden beim Militär als Radarwellen (z.B. bei Hubschraubern und durch Wände sehenden Nachtsichtgeräten), im Gebäudeüberwachungsbereich (als versteckt montierte Bewegungsmelder) und für radarbasierte ACC-Systeme im Frequenzbereich zwischen 76 und 77 GHz eingesetzt.

Weblinks


- [http://www.wissenschaft.de/wissen/news/258298.html www.wissenschaft.de: Fledermaustechnik "Tadar" schaut Flugpassagieren in die Jackentasche] Kategorie:Funktechnik Kategorie:Elektromagnetisches Spektrum ja:ミリ波

Wellenlänge

Als Wellenlänge, Symbol λ (griech.: Lambda), wird der kleinste Abstand zweier Punkte gleicher Phase einer Welle bezeichnet. Dabei haben zwei Punkte die gleiche Phase, wenn sie sich in gleicher Weise begegnen, d.h. wenn sie im zeitlichen Ablauf die gleiche Auslenkung und die gleiche Bewegungsrichtung haben. Bei Wasserwellen entspricht die Wellenlänge zum Beispiel dem Abstand zweier benachbarter Wellenberge oder Wellentäler. Es gilt : \lambda=\frac , wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit oder die Phasengeschwindigkeit und f die Frequenz der Welle ist.

Typische Größen


- λ = Wellenlänge z. B. einer elektromagnetischen Welle oder einer Schallwelle

Wellenlängen sichtbaren Lichts: Farben

Das menschliche Auge ist in einem Wellenlängenbereich von etwa 760 nm (rot) bis 380 nm (violett) empfindlich. Bienen sehen zum Beispiel auch kurzwelligeres Licht, das sogenannte ultraviolette UV-Licht, können dafür aber kein rotes Licht wahrnehmen. Weitere Informationen zum Farbempfinden des Auges unter Farbe.

Wellenlänge elektromagnetischer Wellen im Medium

Wenn Lichtwellen oder andere elektromagnetische Wellen ein Medium durchqueren, wird ihre Wellenlänge entsprechend der Brechzahl n reduziert, die Frequenz jedoch bleibt unverändert. Die Wellenlänge im Medium \lambda^\prime beträgt : \lambda^\prime = \frac , wobei \lambda_0 die Vakuumwellenlänge der Welle ist. Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung werden üblicherweise als Vakuumwellenlänge angegeben, ohne dass das explizit ausgedrückt wird.

De-Broglie-Wellenlänge

Louis-Victor de Broglie entdeckte, dass alle Partikel mit einem Impuls p eine Wellenlänge haben, sie wird De-Broglie-Wellenlänge genannt. Für ein relativistisches Teilchen kann die Wellenlänge mit folgender Gleichung bestimmt werden: : \lambda = \frac = \frac \sqrt Dabei ist h das Plancksche Wirkungsquantum, m die Masse und v die Geschwindigkeit des Teilchens.

Siehe auch


- | Amplitude | Dielektrizitätskonstante | Frequenz | Lichtgeschwindigkeit | Periode (Physik) | Schallgeschwindigkeit |

Weblinks


- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-wellenlaenge.htm Berechnung von Wellenlänge, Frequenz und Schallgeschwindigkeit oder Lichtgeschwindigkeit]
- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-wellen.htm Berechnung der Wellenlänge einer Schallwelle in Luft bei gegebener Frequenz und Temperatur]
- [http://www.bbs-winsen.de/GoBlack/Astronom/Theorie/t_wellen.htm Tabelle der Wellen mit zugehöriger Wellenlänge, Energie und Frequenz] Kategorie:Wellenlehre Kategorie:Theoretische Elektrotechnik ja:波長 ko:파장 th:ความยาวคลื่น

Hertz (Einheit)

Hertz (Kurzzeichen Hz) ist die SI-Einheit für die Frequenz. Die Einheit wurde nach dem deutschen Physiker Heinrich Rudolf Hertz benannt. Das Hertz gibt die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde an, allgemeiner auch die Anzahl von beliebigen sich wiederholenden Vorgängen pro Sekunde. 1 Hz = s-1 = 1/s In der Schwingungsmesstechnik wird die Drehzahl einer Maschine oft in Hertz angegeben. Man spricht dann von Drehfrequenz. 1 Hz = 1 U/s = 60 U/min Häufig verwendete größere Einheiten sind
- das Kilohertz, kHz, tausend Schwingungen/Vorgänge pro Sekunde
- das Megahertz, MHz, eine Million Schwingungen/Vorgänge pro Sekunde
- das Gigahertz, GHz, eine Milliarde Schwingungen/Vorgänge pro Sekunde
- das Terahertz, THz, eine Billion Schwingungen/Vorgänge pro Sekunde Der Name "Hertz" wurde 1960 von der CGPM (Conférence Générale des Poids et Mesures) von englischsprachigen Ländern übernommen und ersetzte den dort üblichen Namen für diese Einheit cycles per second = cps (Zyklen pro Sekunde). Darum findet man in älterer englischsprachiger Literatur statt Hertz noch immer cps.

Beispiele

Gegeben sei ein Seil, das an einer Seite festgemacht ist. Dieses Seil schwingt – mit etwas Geschick – als stehende Welle. Die Länge dieser Welle hängt von 2 Faktoren ab, der Geschwindigkeit der Wellenausbreitung, sowie der Frequenz, mit dem das Seil bewegt wird. Bei einer Flöte oder Pfeife schwingt nun Luft. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist hier deutlich höher und liegt etwa bei 330 Meter (Schallgeschwindigkeit) pro Sekunde. Hier ist eine Schwingung mit einer hörbaren Tonfrequenz wenige Zentimeter bis einige Meter lang. Elektromagnetische Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Beispielsweise hat dort eine Welle, mit einer Frequenz von einem Megahertz etwa die Wellenlänge von 300 Metern. Das bedeutet, wenn man beispielsweise eine Lampe eine Million Mal pro Sekunde ein- und ausschalten würde, so würde ein Betrachter in 150 Meter Entfernung die Lampe immer dann eingeschaltet sehen, wenn sie eigentlich ausgeschaltet ist. Bei Frequenzen im Gigahertz-Bereich ist die Wellenlänge (λ) viel kleiner, zum Beispiel: Wellenlänge im Mikrowellenofen ca. 12 cm, Wellenlänge beim heimischen Satellitenfernsehempfang ca. 2,5 cm.

Eselsbrücke

Das Herz eines Erwachsenen schlägt zwischen 50 und 80 mal pro Minute. Also mit einer Frequenz von ungefähr 1 Hz. Außerdem gilt für die Umrechnung der Wellenlänge in die Frequenz: Gelbes Licht von etwa 600 nm entsprechen einer Frequenz von 500 THz, was wiederum einer Energie von 2,5 eV (Elektronenvolt) entspricht.

Siehe auch


- Energiedosis
  - Becquerel (Bq, ebenfalls 1/s)
  - Curie (Ci, 3,7·1010/s)
  - Rutherford (Rd, 106/s)

Weblinks

Kategorie:SI-Einheit Kategorie:Theoretische Elektrotechnik ja:ヘルツ (単位) ko:헤르츠

Radar

Radar (RAdio Detection And Ranging oder Radio Angle Detection And Ranging) ist die Bezeichnung für ein Ortungsverfahren sowie ein dafür verwendetes Gerät, das elektromagnetische Wellen (üblicherweise Mikrowellen im MHz- und GHz-Bereich) gebündelt als Primärsignal aussendet, danach von Objekten reflektierte "Echos" als Sekundärsignal empfängt und nach verschiedenen Kriterien ortet und auswertet. So können Informationen über weit entfernte Objekte gewonnen werden. Es gibt unterschiedliche Radarprinzipien, siehe auch Harmonisches Radar und Überhorizontradar. Verschiedene Informationen können aus den empfangenen Wellen herausgelesen werden:
- aus dem Winkel gegenüber Norden ergibt sich die relative Richtung des angepeilten Objektes
- aus der Zeit zwischen Absenden und Empfangen kann die Entfernung berechnet werden (siehe Lichtgeschwindigkeit)
- aus der reflektierten Frequenz kann berechnet werden, ob und wie sich das Objekt relativ zum Beobachter nähert oder entfernt (siehe Doppler-Effekt)
- aus dem Verfolgen der einzelnen Messvorgänge ergibt sich die bereits zurückgelegte Bahn bzw. Strecke des Objektes
- bei guter Auflösung des Radars können sogar Bilder des Objekts erzeugt werden. Das verwendete Wort Radar ist ein englisches Akronym aus "radio detection and ranging" (etwa: Auffinden und Entfernungsmessung mit Radiowellen). Die aus dem Deutschen kommende ursprüngliche Bezeichnung Funkmeßtechnik wurde nach dem Zweiten Weltkrieg in der Bundesrepublik Deutschland durch den Begriff Radar ersetzt. In der DDR wurde in der Fachsprache weiterhin von Funkmeßtechnik gesprochen.

Geschichte

DDR Heinrich Hertz stellte 1886 beim experimentellen Nachweis von elektromagnetischen Wellen fest, dass Radiowellen von metallischen Gegenständen reflektiert werden. Elf Jahre später wiederholte der Inder Jagadis Chandra Bose die Hertzschen Versuche in Kalkutta, diesmal jedoch mit einer kürzeren Wellenlänge als Hertz. Auf Grund dieser Versuche entwickelte Bose unter anderem Wellenleiter. Die ersten Versuche der Ortung mittels Radiowellen führte 1904 der deutsche Hochfrequenztechniker Christian Hülsmeyer durch. Sein Telemobiloskop konnte die Laufzeit von Wellen, die von einem Schiff zurückgeworfen wurden, messen und wurde am 30. April 1904 zum Patent angemeldet. Der Titel der Patentschrift Nr. 165546 lautete: :„Verfahren, um entfernte metallische Gegenstände mittels elektrischer Wellen einem Beobachter zu melden.
Vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zum Gegenstand, durch welche die Annäherung beziehungsweise Bewegung entfernter metallischer Gegenstände (Schiffe, Züge oder dergleichen) mittels elektrischer Wellen einem Beobachter durch hör- oder sichtbare Signale gemeldet wird [...]“ Der 23-jährige Christian Hülsmeyer wollte eigentlich Lehrer werden. Bei Experimenten im Physiksaal des Bremer Lehrerseminars kam er auf eine - für die Entwicklung der Radartechnik - bahnbrechende Idee. Beim Experimentieren mit den Hertz'schen Spiegelversuchen stellte Hülsmeyer fest, dass von einem Sender ausgesandte und von Metallflächen zurückgeworfene elektrische Wellen zur Ermittlung entfernter metallischer Objekte verwendet werden können - sein besonderes Interesse galt Schiffen. Wahrscheinlich unbeeinflusst von Hülsmeyers Patent wurden 1911 in den USA die Grundprinzipien des Radars vom Science Fiction-Autor und Erfinder Hugo Gernsback in einem seiner Romane skizziert.

Geschichte der Radarentwicklung in Deutschland

Der Durchbruch zur breiten Anwendung kam für die Radartechnik erst im Zweiten Weltkrieg. Dr. Rudolf Kühnhold, der wissenschaftliche Direktor der Nachrichten-Versuchsabteilung der deutschen Marine, trieb die Entwicklung entscheidend voran. 1934 gelingen Dr. Rudolf Kühnhold im Kieler Hafen die ersten Versuche mit einem von ihm entwickelten Apparat, dem sogenannten Dezimeter-Telegraphie-Gerät bzw. DeTe-Gerät. Bei seinen Versuchen konnte er nicht nur wie geplant Schiffe, sondern auch über den Hafen fliegende Flugzeuge orten. Noch war die Entfernung, in der das Radar arbeitete, für die militärische Nutzung nicht geeignet, doch in den folgenden Monaten ging die Entwicklung schnell voran. Bereits im Oktober gelangen Entfernungsmessungen über rund 40 Kilometer. Im Zweiten Weltkrieg erlangte die Radartechnik in der Seekriegs-, vor allem aber auch in der Luftkriegsführung große Bedeutung und wurde meist in Verbindung mit Flakstellungen eingesetzt. Der erste militärisch erfolgreiche radargeleitete Abfangeinsatz der Geschichte erfolgte am 18. Dezember 1939, als britische Bomber zum Angriff auf deutsche Kriegsschiffe in der Deutschen Bucht anflogen. Die nach der Ortung der Bomber aufsteigenden Abfangjäger fügten den Bombern schwere Verluste zu. Einen ungewollten und verhängnisvollen Nebeneffekt hatte das übereilte Ausrüsten deutscher U-Boote mit noch nicht ausgereiften Radar-Warnempfängern. Sie wurden eingesetzt, um herannahende, feindliche Aufklärungsflugzeuge mit aktiviertem Radar frühzeitig zu erkennen. Diese Radar-Überwachungsempfänger strahlten jedoch eine intern erzeugte Oszillatorfrequenz praktisch ungehindert ab. Dies machte sie ortbar: Die unabsichtlich abgestrahlte Oszillatorfrequenz gestattete nicht nur die Bestimmung der Richtung, in der sich ein U-Boot befand, sondern bedeutete auch, dass dieses aufgetaucht war und mit feindlicher Radaraufklärung rechnete. Die U-Boote wurden damit zu einem leicht zu findenden Ziel. Der vermeintliche Vorteil kehrte sich ins Gegenteil um. Hersteller war die sog. GEMA. Die GEMA hatte auch eine Zweigstelle in Wahlstatt/Schlesien (bei Liegnitz). Nach dem Einmarsch der Roten Armee war mein Vater(damals 11 Jahre) im Objekt,einem ehemaligen Kloster.Die Radargeräte waren noch vorhanden,ebenso die schriftlichen Unterlagen und Zeichnungen.Die Russen hatten scheinbar kein interesse (keine sofortigen Requirirungen).

Geschichte der Radarentwicklung in England

Oszillator Während sich die Radarentwicklung in Deutschland am Anfang mit dem Erkennen von Schiffszielen beschäftigte, war in England die Erkennung von Flugzeugen der Ausgangspunkt der Entwicklung. Bereits in der Ionosphären-Forschung hatte man Funkimpulse verwendet und aus der Laufzeit bis zum Eintreffen des reflektierten Signals die Höhe der Ionosphäre bestimmt. Diese Methode wurde nun für die Funkortung weiterentwickelt. Der Leiter der Radioversuchsstation in Slough Robert Watson-Watt und sein Mitarbeiter der Physiker Arnold Wilkins legten am 12. Februar 1935 ihren Bericht Erkennen und Orte von Flugzeugen durch Funk vor, in dem sie bereits alle wesentlichen Grundzüge des Radars beschrieben. Bereits am 26. Februar 1935 wurde der erste Feldversuch durchgeführt. Der BBC-Sender in Daventry sendete ein Signal mit 49 m Wellenlänge. Dies war auf die Flügelspannweite üblicher Bomber-Flugzeuge abgestimmt, die bei ungefähr der Hälfte dieser Länge lagen und somit Halbwellendipole darstellten. Hiervon wurden gute Reflektionseigenschaften erwartet. Eine mobile Empfangsstation, ausgerüstet mit einem für damalige Zeit sehr modernen Kathodenstrahl-Oszilloskop, befand sich in ca. 1 Meile Entfernung. Das über diesem Gebiet fliegende Testflugzeug erzeugte tatsächlich durch die an seinem Rumpf reflektierten Funkwellen einen zusätzlichen Leuchtpunkt auf dem Schirm des Oszilloskops. Das Flugzeug konnte bereits bei diesem ersten Test bis zu einer Entfernung von 13 km verfolgt werden. Nach diesen erfolgreichen Testergebnissen wurde die englische Radarentwicklung mit hohem Aufwand begonnen. Bereits im Januar 1936 waren für alle Aspekte der Radarortung (Entfernung, Höhenwinkel und Ortungsrichtung) Lösungen gefunden worden. Sogar das Prinzip eines Zielfolgeradars konnte am 20. Juni 1939 Winston Churchill praktisch demonstriert werden. Im Jahre 1937 begann man, an der Ostküste der britischen Insel ein Kette von 20 Küsten-Radar-Stellungen, die sogenannte Chain Home zu installieren. Sie arbeitete bei 10 bis 13,5 m Wellenlänge (22-30 MHz), sendete 25 Pulse pro Sekunde mit 200 kW Leistung und hatte eine Reichweite von 200 km. Ab Karfreitag 1939 war diese Radarkette im 24-Stunden Dauerbetrieb. Den Deutschen blieb die Installation der hohen Masten natürlich nicht verborgen. Anfang Mai und im August 1939 unternahmen sie deshalb zwei elektronische Aufklärungsflüge mit dem Luftschiff LZ 130 Graf Zeppelin II über dem Ärmelkanal, um den Stand der englischen Radartechnik zu erkunden. Sie haben jedoch keine Radarsignale gefunden. Dies lag daran, dass die deutsche Radarentwicklung im Bereich von 1,5 bis 0,5 m Wellenlänge stattfand, die Radarstationen an der englischen Kanalküste, die seit Karfreitag 1939 im Einsatz waren, den für die deutschen Ingenieure völlig abwegigen Bereich von 10 m Wellenlänge benutzten. Chain Home hatte zwar ein hohe Reichweite, konnte aber keine Tiefflieger entdecken. Deshalb wurde zusätzlich Chain Home Low, eine Tiefflug-Radarkette mit 80 km Reichweite bei 1,5 m Wellenlänge (200 MHz) installiert. Die Radarkette erwies sich als wichtiger Vorteil in der Luftschlacht um England, da die Angriffe rechtzeitig erkannt und die Verteidigung besser koordiniert werden konnte. Es wurden alsbald auch Radargeräte für den Einsatz in Flugzeugen entwickelt. Nachdem die ersten Geräte aufgrund ihrer Wellenlänge von minimal 50 cm nur mäßig brauchbar waren, gelang zwei britischen Forschern am 21. Februar 1940 der Aufbau des ersten Laborgerätes eines Magnetrons zur Erzeugung von 10 cm Wellen. Hieraus wurde das H2S-Gerät entwickelt, ein Bordradar für Flugzeuge, mit dem die Konturen der Landschaft wie auf einer Karte dargestellt wurden. Der erstmalige Einsatz erfolgte am 30.-31. Januar 1943 bei einem Bombenangriff auf Hamburg. Es gab ein einfaches Mittel, um die Nutzung von Radar zu stören. Beide Seiten, Deutschland und England, hatten dieses Mittel unabhängig voneinander entdeckt und hielten diese Entdeckung dann streng geheim, um damit nicht der Gegenseite die Methode zu verraten, wie wiederum das eigene Radar gestört werden könnte. Es handelte sich hierbei um Stanniolstreifen, die auf die halbe Wellenlänge der verwendeten Radargeräte zugeschnitten und von Flugzeugen in großer Menge abgeworfen wurden. Es waren dann die Engländer, die diese Methode dann noch bei der Operation Gomorrha, dem Bombenangriff auf Hamburg am 24. Juli 1943, einsetzten. Es wurden 92 Mio Streifen, das entspricht 40 Tonnen, abgeworfen. Die Entwicklung eines geeigneten Gegenmittels hatte auf deutscher Seite dann Erfolg. Das Würzlaus-Gerät konnte die Geschwindigkeit des Radarziels anhand des Dopplereffekts bestimmen. Langsam fliegende oder stillstehende Objekte, wie die Staniolstreifen, wurden dann einfach ausgeblendet.

Einsatzgebiete

1943 1943 Radargeräte wurden für verschiedene Verwendungszwecke entwickelt:
- Frühwarnstationen, die vor anfliegenden Flugzeugen warnen, wie das Freya-Radar
- Radargeräte zur Zielverfolgung, als "Schüsseln"; siehe Würzburg-Riese
- Bomber bekamen Bordradar, um auch bei Nacht am Boden Einzelheiten erkennen zu können
- Nachtjäger bekamen Radar, um bei Nacht gegnerische Flugzeuge angreifen zu können
- Schiffsradar, um feindliche Schiffe und Flugzeuge zu entdecken oder um Kollisionen zu vermeiden.
- Wetterradar, Erkennung und Ortung von Schlechtwetterfronten
- Radargeräte zur Messung der Geschwindigkeit im Straßenverkehr mit Geräten u.a. der Fa. Multanova und Traffipax.
- Kfz-Technik. Seit Ende der 1990er Jahre sind für Fahrzeuge der gehobenen Mittelklasse und der Oberklasse radarbasierte Abstandshalter erhältlich. Allerdings ist die Marktdurchdringung noch relativ dünn (ca. 300.000 bis 700.000 Systeme weltweit im Jahr 2003). Der Generationenwechsel in Richtung kostengünstiger Systeme hat 2003/2004 begonnen. Analysten sehen durch die gekoppelte Nutzung solcher Systeme mit sog. "Notbrems"-Funktionalitäten ein enormes Wachstumpotenzial von >500.000 Systemen / Jahr bis 2012. Ein weiteres Anwendungsgebiet stellen Nahbereichsfunktionen dar. Die entsprechende Frequenzzulassung für die "hoffnungsvollste" Technologie (24GHz, Kurzpuls) wurde Ende 2004 erteilt. Allerdings ist diese Zulassung an etliche Auflagen gekoppelt, weswegen die Markführer (Raytheon, Siemens, etc.) an Technologien für das 77-79 GHz-Band arbeiten.
- Miniatur-Radargeräte als Bewegungs- oder Füllstandsmelder
- Wissenschaftliche Forschung: Kartierung von Himmelskörpern mit undurchsichtiger Atmosphäre wie dem Planeten Venus, Vermessung des Sonnensystems Nach dem Zweiten Weltkrieg kam auch die Lenkung radargesteuerter Waffen wie Flugabwehrraketen dazu. Außerdem wurde das Radar auch für die zivile Schiff- und Luftfahrt eingesetzt. Die heutige Passagierluftfahrt wäre ohne Luftraumüberwachung durch Radar nicht denkbar. Auch Satelliten und Weltraumschrott werden heute durch Radar überwacht. Als die Radargeräte leistungsfähiger wurden, entdeckte auch die Wissenschaft diese Technologie. Wetterradargeräte helfen in der Meteorologie oder an Bord von Flugzeugen bei der Wettervorhersage. Mittels großer Stationen können vom Boden aus Radarbilder vom Mond, der Sonne sowie einigen Planeten erzeugt werden. Umgekehrt kann auch die Erde vom Weltraum aus durch satellitengestütze Radargeräte vermessen und erforscht werden.

Technische Funktion

Bei Radargeräten unterscheidet man prinzipiell zwischen Puls- und CW-Radargeräten. Ein Pulsradargerät sendet Impulse mit einer typischen Länge im unteren Mikrosekundenbereich und wartet dann auf Echos. Die Entfernung wird durch die Formel : r= r = Entfernung
c0 = Lichtgeschwindigkeit
t = Zeit ermittelt. Je nach Reichweite des Radargerätes wird nun einige Mikro- bis Millisekunden empfangen, bevor der nächste Impuls ausgesendet wird. Bekannteste Anwendungsgebiete sind Luftraumüberwachung und Wetterradar. Dreht sich die Antenne, kann mit einer entsprechenden Anzeige eine Karte reflektierender Objekte erzeugt werden. Durch Verfahrenstechnik (Festzeichenunterdrückung, MTI) können elektronisch dabei feststehende Objekte ausgeblendet werden. Transponder an Flugzeugen können zur Identifikation beitragen, indem sie dem auftreffenden Radarsignal beim Reflektieren aktiv ein charakteristisches Digital-Muster hinzufügen, das die vom Operator zugewiesene Flugzeug-Kennung, die Höhe über Grund und die Geschwindigkeit über Grund, die vom Flugzeug gemessen sind, kodieren. Mit einer entsprechenden Auswerte-Elektronik lässt sich auch die relative Geschwindigkeit der georteten Objekte, deren Höhe und auch die Größe ermitteln. Auswertungen von Oberwellen für die Luftraumüberwachung erlauben Rückschlüsse auf den Flugzeugtyp, der das Echo generiert hat. Stationäre Pulsradargeräte erreichen Leistungen bis zu 100 MW als Spitzenimpulsleistung. Ein Anflugradar an Flughäfen sendet zwei senkrecht aufeinander stehende Fächer aus, diese dienen der Kontrolle von Anflugrichtung und -winkel und gestattet Piloten bei schlechter Sicht eine sog. Instrumentenlandung. Dabei wird ihnen jede Abweichung vom idealen Landekurs an Bord angezeigt (sog. Instrument Landing System, ILS). Das Bodengestützte STCA (Short Term Collision Avoidance) System zur Kollisionsvermeidung verwendet das Luftraumüberwachungsradar. Es berechnet aus Geschwindigkeit, Position und Orientierung von Flugobjekten die Wahrscheinlichkeit eines nahen Vorbeifluges (near miss) oder gar Zusammenstoßes von Flugzeugen und warnt optisch und akustisch den Fluglotsen. Um in Impulsradar-Geräten die hohen Sendeleistungen zu erzeugen, welche zur Ortung z.B. über einige 100 km nötig sind, werden Magnetrons verwendet. Dazu wird ein Magnetron z.B. mittels Hochspannungs-Schaltröhren gepulst betrieben. Da in diesen Schaltröhren dabei auch Röntgenstrahlung entstand, führte dies öfter zu Strahlenschäden an früher unzureichend abgeschirmtem Bedien- und Wartungs-Personal militärischer Radar-Geräte. Ein CW-Radar (CW = Continuous Wave, Dauersender) kann z.B. auch zur Geschwindigkeitsmessung genutzt werden. Dabei wird über eine Antenne eine konstante Frequenz abgestrahlt, die vom Ziel (beispielsweise einem Auto) reflektiert wird und mit einer gewissen Dopplerverschiebung zurückkommt. Durch einen Vergleich der gesendeten mit der empfangenen Frequenz kann die Geschwindigkeit bestimmt werden. Diese CW-Radargeräte können keine Entfernungen messen. Die erforderlichen Sendeleistungen sind sehr gering. Die Radargeräte der Verkehrs-Polizei ("Radar-Fallen") sind solche CW-Radargeräte. Eine weitere Art sind die "Modulated CW-Radar" oder FM-Radar-Geräte. Sie senden mit einer sich ständig ändernden Frequenz. Die Frequenz steigt entweder linear an, um bei einer bestimmten Frequenz abrupt auf den Anfangswert wieder abzufallen (Sägezahnmuster), oder sie steigt und fällt abwechselnd mit konstanter Änderungsgeschwindigkeit. Durch die lineare Änderung der Frequenz und das stetige Senden ist es möglich, neben der Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Objekt auch gleichzeitig deren absolute Entfernung voneinander zu ermitteln. Radar-Höhenmesser von Flugzeugen und Abstandswarngeräte /-radare in Autos arbeiten nach diesem Prinzip.

Siehe auch


- | passives Radar | Sekundärradar | Radarkuppel | Stealth | Synthetic Aperture Radar | Überhorizont-Radar | Niederschlagsradar | Radargeräte als Verkehrsüberwachung | Harmonisches Radar | Radarschirm | Ground Controlled Approach | Ionosonde | Lidar | Active Electronically Scanned Array |

Literatur


- Robert Buderi: The invention that changed the world. Simon & Schuster, New York 1996, ISBN 0-684-81021-2
- Fritz Trenkle: Die deutschen Funkmessverfahren bis 1945. Hüthig, Heidelberg 1986, ISBN 3-7785-1400-8
- Brian Johnson: Streng geheim: Wissenschaft und Technik im Zweiten Weltkrieg. Wiener Verlag, Wien 1978, ISBN 3-89350-818-X
- Ulrich Kern: Die Entstehung des Radarverfahrens. Zur Geschichte der Radartechnik bis 1945. Dissertation, Stuttgart 1984
- David Pritchard: Durch Raum und Zeit: Radarentwicklung und -einsatz 1904–1945. Stuttgart 1992
- Frank Reuter: Funkmeß. Die Entwicklung und der Einsatz des RADAR-Verfahrens in Deutschland bis zum Ende des Zweiten Weltkriegs. Opladen 1971

Weblinks


- [http://www.itnu.de/radargrundlagen/top.html Radargrundlagen]
- [http://www.forgottenplaces.de/rsboostedt04c.htm SRE-LL und SRT-4 Radaranlage]
- [http://www.radarpages.co.uk/mob/ch/chainhome.htm Website über die Chain Home (englisch)] ! Kategorie:Militärtechnik ja:レーダー ms:Radar

Mikrowellenherd

Ein Mikrowellenherd ist ein Küchengerät zum raschen Erhitzen von Speisen. Er wurde 1947 von Percy Spencer bei der Firma Raytheon erfunden.

Funktionsweise

Der Mikrowellenherd verwendet Mikrowellen einer Frequenz, bei der die in Lebensmitteln enthaltenen Wassermoleküle angeregt werden können. Auch spezielles, sogenanntes Bräunungsgeschirr sowie andere verlustbehaftete dielektrische, elektrisch mittelmäßig leitfähige Stoffe sowie ferromagnetische Keramik werden erwärmt. Mikrowellenherde benutzen elektromagnetische Strahlung von typischerweise rund 2,455 GHz. Bei dieser Frequenz werden die Wassermoleküle (da sie ein Dipolmoment besitzen) zur Schwingung angeregt. Diese Rotationswärme der Wassermoleküle überträgt sich nun auf die gesamte Speise. Gefrorenes Wasser (Eis) kann übrigens nur schlecht im Mikrowellenherd erwärmt werden, da die Wassermoleküle im Eiskristall fixiert sind, also schlecht beweglich sind. Daher werden die Mikrowellenstrahlen im Eis nur wenig absorbiert. Wasser hat jedoch bei 2,455 GHz keine ausgesprochene Resonanzfrequenz; die niedrigste Resonanzfrequenz von freien Wassermolekülen liegt bei 22,23508 GHz. Die Frequenzwahl ist vielmehr das Ergebnis des verfügbaren freien ISM-Frequenzbandes und einer ausreichend hohen Eindringtiefe in Speisen. Dennoch ist die verbleibende Absorption von Wasser bei 2.45 GHz sehr hoch. (vgl. Dielektrizitätszahl) Um eine möglichst gleichmäßige Erwärmung der Speisen zu erreichen, müssen ortsfeste Moden in ihnen verhindert werden. Zu diesem Zweck kommt oft ein sogenannter Stirrer zum Einsatz. Dabei handelt es sich um ein rotierendes, kompliziert geformtes Metallrad im Inneren des Garraumes (meist an der Decke unter einer geeigneten Abdeckung), welches wie ein elektromagnetischer "Quirl" funktioniert, indem er die Schwingungsmoden des wie ein Hohlraumresonator wirkenden Garraumes ständig ändert. Als zusätzliche Maßnahme werden die Speisen meist auf einem Drehteller gedreht. Aufgrund des unterschiedlichen Wassergehalts verschiedener Speisen (oder Teilen davon) kann es trotzdem zur inhomogenen Erwärmung kommen - so erwärmen sich beispielsweise Knochen relativ gering im Vergleich zum Fleisch. Moderne Mikrowellenherde verfügen über eine sog. Auftaufunktion. Hierbei wird in kurzen Abständen zuerst durch Mikrowellen bereits geschmolzenes Wasser erwärmt, dann einige Zeit gewartet, bis durch die zugeführte Wärme noch gefrorenes Wasser aufgetaut wird, um dann wieder von vorne zu beginnen. Es wird allgemein empfohlen, die Speisen in mehreren Intervallen mit Zwischenzeiten zu erwärmen. Berüchtigt sind so genannte "hot spots" in den Speisen - diese können zu Verkohlungen und Schadstoffen führen. Auch der Effekt des Überhitzens von Wasser in glatten Gefäßen ist eine möglich Gefahrenquelle: Es kann passieren, dass Wasser über den eigentlichen Siedepunkt erhitzt wird, ohne zu sieden - diese Gefahr besteht vor allem bei mehrmaligem Erhitzen in der Mikrowelle. Das überhitzte (Siedeverzug) Wasser kann dann bei Bewegung plötzlich verdampfen. Das bedeutet, dass bei Entnahme ein Teil des Wassers explosionsartig zu Dampf wird und Wasser aus dem Gefäß schleudert. Abhilfe kann hier ein im Glas stehen gelassener Glasstab schaffen, an dem sich beim Sieden Dampfblasen bilden können. Metalle im Garraum erhitzen sich je nach ihren Abmessungen unterschiedlich stark: Dünne Metallschichten (z.B. Alufolie, Geschirr mit metallischen Verzierungen) werden schnell heiß; dickere (z.B. Besteck) eher mäßig schnell, besonders wenn man sie "kühlt": Man kann, entgegen dem verbreiteten Gerücht, Metall sei tabu in der Mikrowelle, beim Erhitzen einer Flüssigkeit z.B. einen Metall-Löffel hineinstellen, was auch dem Siedeverzug entgegenwirkt. Wenn man Metallstücke mit geeigneter Geometrie (z.B. Gabeln) in den Garraum einbringt, können Funkenüberschläge entstehen, wenn die erzeugte elektrische Feldstärke ausreichend ist (≥10^6 V/m). Die Mikrowellen werden mit Hilfe eines Magnetrons erzeugt. Zur Versorgung des Magnetrons ist eine hohe Anodenspannung erforderlich (bis zu 5 kV), die im Gerät mit Hilfe eines Hochspannungstrafos und einer Spannungsverdopplerschaltung erzeugt wird. Es ist darauf zu achten, dass das Magnetron immer ausreichend belastet wird, da es sonst Schaden nehmen kann. Deshalb sollte man kein Mikrowellengerät mit leerem Garraum einschalten. Die Leistungssteuerung erfolgt, indem das Magnetron im Rhythmus von einigen Sekunden ein- und ausgeschaltet wird.

Wirkungsgrad

Ein Elektroherd hat einen Wirkungsgrad von fast 100 %. Ein Mikrowellenherd kommt nur auf 50 bis 60 %, der Rest der aufgenommenen elektrischen Energie wird in Abwärme umgesetzt. Andererseits heizt ein Mikrowellenherd gezielt das Kochgut, nicht aber die Umgebung. Als Richtgröße nimmt man ca. 250 ml Wasser an: Es ist günstiger, 250 ml Wasser in der Mikrowelle zu erhitzen, als einen Topf zusammen mit der Wassermenge auf einem Elektroherd. Bei größeren Flüssigkeitsmengen ist der Elektroherd sparsamer, da die Aufheizung des Topfs weniger ins Gewicht fällt.

Literatur


- Klaus-Peter Möllmann, Michael Vollmer: Kochen mit Zentimeterwellen: Die Physik der Haushaltsmikrowelle. Physik in unserer Zeit 35(1), S. 38 – 44 (2004), ISSN 0031-9252

Siehe auch

Gasherd, Elektroherd, Induktionsherd, Hohlleiter, Hohlraumresonator

Weblinks


- [http://apache.airnet.com.au/~fastinfo/microwave/videos/H2O-2-divx5.avi Video von überhitztem Wasser in einem Mikrowellenherd mit anschließendem Siedeverzug.]
- [http://papers.ssrn.com/sol3/Delivery.cfm/SSRN_ID470321_code355448.pdf?abstractid=470321&mirid=2 Die Katze in der Mikrowelle?] (pdf)
- [http://www.wissen.de/xt/default.do?MENUID=40,156,538&MENUNAME=InfoContainer&OCCURRENCEID=SL0011764677.WLV0115_sp_0027.TM01-FullContent&WissenID=Q2TJGvXP1yd2T2aKbzuTYXIerYg2sygKvojbuaJKEoRa1DyDA3ve|2058059664663110946/182718474/6/7063/7063/7003/7003/7063/-1|-5085202905868484604/182718475/6/7063/7063/7003/7003/7063/-1|1130678554035 Mikrowellenherd auf wissen.de] (Multimedia)
- [http://www.pflaum.de/dh.dir/dh/archiv/2005/01/mikrowelle.pdf Was sucht die Lampe in der Mikrowelle? Artikel aus de Hausgeräte 1/2005] Kategorie:Elektrogerät Kategorie:Küchenmaschine ja:電子レンジ th:เตาอบไมโครเวฟ

Mobilfunk

Mobilfunk ist die Sammelbezeichnung für den Betrieb von beweglichen Funkgeräten. Darunter fallen vor allem tragbare Telefone, (Mobiltelefone, siehe auch: Mobilfunknetz) und in Fahrzeuge eingebaute Wechselsprechgeräte (z.B. Taxifunk). Es existieren jedoch viele weitere Anwendungsbereiche, wie zum Beispiel mobile Datenerfassung, Funkrufdienste, Telemetrie, See- und Binnenschifffahrtfunkdienste, CB- und Amateurfunk, die nicht ortsgebunden sind.

Mobilfunk als gesellschaftliches Phänomen

Der Mobilfunk fand vor allem durch die GSM-Netze für Handys Mitte der 1990er Jahre starke Verbreitung. Dadurch ist er aber auch zu einem gesellschaftlichen Phänomen (Handy-Etikette, "Lästigkeitsfaktor" bei öffentlichen und privaten Feiern und Veranstaltungen) geworden. Auch im Straßenverkehrsrecht hat die Nutzung des Mobilfunks ihre Spuren hinterlassen. Über eine Regelung wird festgelegt, unter welchen Voraussetzungen das Handy während der Autofahrt benutzt werden darf, um so die Sicherheit des Straßenverkehrs zu gewährleisten. Im Bereich der Medizin wird über mögliche Gesundheitsschäden durch die elektromagnetischen Wellen der Mobiltelefone und Mobilfunksender diskutiert. Bedingt durch diesen Diskurs über Elektrosmog und das immer dichter geknüpfte Netz des Mobilfunk nehmen auch die politischen Auseinandersetzungen über Mobilfunkmasten zu. Nicht zuletzt haben Mobilfunkmasten, die oft aus technischen Gründen an exponierten Lagen aufgestellt werden, Einfluß auf das Landschaftsbild und werfen so neue Fragen für Politik und Raumplanung auf.

Mobilfunk als wirtschaftlicher Faktor

Das drahtlose Fernsprechen wurde spätestens in den 1990er Jahren mit dem Aufkommen des GSM-Netzes, durch Mobilfunkgesellschaften günstigeren Gesprächstarifen und der massenhaften Verbreitung in der Bevölkerung zu einem bedeutenden und profitablen wirtschaftlichen Faktor. Größtenteils private Mobilfunkgesellschaften konkurrieren seither um Marktanteile in einem stark boomenden Sektor. Die Mobilfunktechnologie spielte eine besondere Rolle in der Entwicklung der New Economy und bei der Schaffung zahlreicher neuer Arbeitsplätze. Geplante Steuern auf Handymasten lösen in Österreich Kontroversen aus.

Mobilfunkantennen

Durch das Vermieten von Flächen an geeigneten Objekten für die Montage von Mobilfunkantennen können Einnahmen erzielt werden, die unter anderem zum Unterhalt des Bauwerks herangezogen werden können. Auf diese Weise können zum Beispiel historisch bedeutende Sendetürme sehr wirtschaftlich als technisches Denkmal erhalten werden. So wird zum Beispiel der Sendeturm des Senders Gleiwitz, des letzten noch bestehenden aus Holz gebauten Sendeturms durch Vermietung von Montagemöglichkeiten für Antennen für Mobilfunk gedeckt. Gleiches gilt für den Sendemast in Dobl (Steiermark).

Systematiken

Technische Systematiken

Grob unterschieden werden Einwegesystem (Simplex) und Mehrwegesysteme (Halb-Duplex und Duplex). Bei Einwegesystemen ist nur der Empfang (Funkruf) oder seltener nur das Senden (Rundfunk, autonome Pegelstandsmelder der Wasserwirtschaft, Wetterstationen oder auch "Abhörwanzen") möglich. Bei Mehrwegesystemen kann das Endgerät sowohl senden als auch empfangen. Ist dies gleichzeitig möglich (wie bei Mobiltelefonen), so spricht man von Vollduplex.

Nicht-öffentliche und öffentliche Mobilfunknetze

Mobilfunk unterteilt sich in einen öffentlichen und einen nicht öffentlichen Teil. Unter den nicht öffentlichen Mobilfunk fällt zum Beispiel der Flugfunk, der CB-Funk und der Betriebsfunk (diese überraschende Zuordnung des CB-Funks entstammt der offiziellen DBP-/Telekom-Systematik). Das Spektrum der Nutzer des Betriebsfunks reicht von der Polizei (Polizeifunk), der Feuerwehr (BOS-Funk) über Verkehrsbetriebe (zum Beispiel Flugfunk) und Taxi-Unternehmen bis zu privaten Unternehmen, beispielsweise des Baugewerbes. Als CB-Funk (Citizens Band Radio, "Bürgerfrequenzband", Jedermann-Funk, Bürgerfunk) bezeichnet man einen Funk im 11-Meter-Band auf insgesamt 80 Kanälen 26,565 MHz bis 27,405 MHz. Die Reichweite liegt bei etwa 10 - 15 km bei der höchstzulässigen Ausgangsleistung. Der Betrieb von mobilen Anlagen (insbesondere in Kfz) ist in Deutschland seit 1975 genehmigungs- und gebührenfrei. Der Amateurfunk ist privater Funkverkehr, der das erfolgreiche Ablegen einer Prüfung voraussetzt, die zu einer staatlichen Genehmigung (Amateurfunk-Lizenz) führt. Jedem Funkamateur ist ein Rufzeichen zugeteilt, das aus einer 3-6-stelligen Buchstaben-Ziffern-Kombination besteht und dessen erste Stellen den jeweiligen Staat angeben. Die Frequenzen für Funkamateure sind international vereinbart. Entsprechend der benutzten Frequenz kann jeder Punkt der Erde erreicht werden, zum Teil unter Verwendung von Amateurfunksatelliten. Die Nutzung ist jedoch nur für rein private Zwecke erlaubt; das Austauschen von politischen Informationen ist zum Beispiel verboten. In den USA waren die ersten Funkamateure bereits 1911 aktiv, heute weltweit über eine Million, davon 78.000 in Deutschland (Stand 12/2003). Die öffentlichen Mobilfunknetze werden unter anderem von der Telekom AG, vormals Deutsche Bundespost TELEKOM, zur Verfügung gestellt. Sie können von jedermann benutzt werden. Die öffentlichen Mobilfunknetze sind die Funktelefonnetze, die Funkrufnetze, das Rheinfunknetz und das [http://www.seefunknetz.de] Seefunknetz. Die Funktelefonie (drahtloses Fernsprechen, Funkfernsprechen) basiert auf dem Prinzip des Fernsprechens, welches folgende drei Schritte umfasst: # Signalumwandlung der vom Sprecher erzeugten Schallwellen über die Membranbewegungen in einem Mikrophon in ein elektrisches Signal; # elektrische Übertragung dieses Signals über eine Vermittlungseinrichtung zum zweiten Teilnehmer; # Rückwandlung des elektrischen Signals durch die Membranbewegungen in der Hörkapsel in Schallwellen. Die Übertragung des Fernsprechsignals kann oberirdisch als Freilandleitung, unterirdisch als Kabel, im Inlandsverkehr drahtlos über Richtfunkstrecken oder im Überseeverkehr drahtlos über Kommunikationssatelliten (Nachrichtensatelliten) erfolgen. In Berlin standen 1989 2.700 analoge Telefonkanäle über Kupferkabel, 28.800 digitale Telefonkanäle über Glasfaserkabel, 18.240 analoge und 2.160 digitale Telefonkanäle über Richtfunkstrecken zum Fernnetz des Bundesgebietes zur Verfügung.

Geschichte der Mobiltelefonie in Deutschland

In der Geschichte des Telefons seit 1950 gibt es in der BR Deutschland öffentliche Funktelefonnetze, doch dienten sie in der Regel nur speziellen Zwecken. Das A-Netz (ab 1958) und das B-Netz (1972 bis 1994) sowie C-Netz werden nicht mehr angeboten. Derzeit sind die Funktelefonnetze im GSM-Standard und UMTS-Standard D-Netz 900 MHZ (Anbieter: T-Mobile Deutschland und Vodafone D2) und E-Netz1800 MHZ (Anbieter: E-Plus, O2 (Germany), ehem. Viag Interkom, T-Mobile Deutschland und Vodafone D2) auf dem Markt. Das Öffentliche bewegliche Landfunknetz (Autotelefon, öffentlicher beweglicher Landfunkdienst, öbL) ist ein "öffentliches Funknetz für Nachrichtenverbindungen von beweglichen Funkstellen untereinander und mit Endstellen des öffentlichen Fernsprechnetzes". Die in einem solchen Netz gebotenen Dienste heißen "öffentliche bewegliche Landfunkdienste". Mit dem Landfunknetz ist es möglich, über ein Autotelefon In- und Auslandsgespräche über das öffentliche Fernsprechnetz herzustellen: "Der Verbindungsaufbau von einem Teilnehmer des Fernsprechnetzes zum PKW-Teilnehmer erfolgt über die gewöhnlichen Vermittlungseinrichtungen, eine Überleitvermittlung (die in das Funknetz überleitet) sowie über diejenige Landfunkstelle, die dem PKW-Teilnehmer geographisch am nächsten liegt". Die Fahrzeuge müssen mit einer Sprechfunkanlage ausgerüstet sein und sich im Versorgungsbereich einer festen Landfunkstelle befinden.

Satellitenkommunikation

Daneben existieren und existierten auch noch satellitengestützte Mobilfunknetze. Der Nutzen dieser Systeme, obwohl sie weltweit funktionieren, ist wegen unhandlicher und teurer Endgeräte und hoher Gesprächskosten nur in speziellen Bereichen sinnvoll. Es etabliert sich aber immer mehr durch bessere Technik und günstigerer Preise dort wo kein Festnetz oder terristrisches Mobilfunknetz vorhanden ist, so z.B. im Nahen Osten

Funkrufnetze

Aktive Systeme

Cityruf

Cityruf ist ein Funkrufdienst der DeTeMobil GmbH, Bonn, vormals Deutsche Bundespost TELEKOM, mit zellularer Struktur, bei dem Mitteilungen per Funk von der Cityruf-Sendestelle zum tragbaren Cityruf-Empfänger übertragen werden. Der öffentliche Cityruf-Probebetrieb wurde im November 1988 in Berlin und Frankfurt/Main aufgenommen, im März 1989 wurde Cityruf offiziell als Dienstleistung der Deutschen Bundespost TELEKOM eingeführt. Am 31. Dezember 1988 gab es 333 Teilnehmer in Berlin und 603 Teilnehmer in Frankfurt am Main. Cityruf wird nicht bundesweit flächendeckend, sondern in so genannten Rufzonen ausgestrahlt. Der Einzugsbereich einer Rufzone entspricht etwa einer Großstadt. Im Cityruf gibt es drei Typen von Cityruf-Empfängern: Nur-Ton-Empfänger, Numerik-Empfänger und Alphanumerik-Empfänger. Die Eingabe erfolgt abhängig von der Rufklasse des Empfängers mit verschiedenen Zugangs-Rufnummern über das normale Telefon mit einem besonderen Eingabegerät (zum Beispiel Mehrfrequenztonsender), über Telex, Teletex oder Internet ([http://www.emessage.de e
- Cityruf]). Für die Eingabe von numerischen oder alphanumerischen Mitteilungen steht auch eine Handvermittlung zur Verfügung. Die Rufabsendung erfolgt über die Vorwahl 0164 plus . Bis Ende 1989 sollten alle Landeshauptstädte und alle Städte über 100.000 Einwohner an das Cityruf-Netz angeschlossen sein. Der Chaos Computer Club (CCC) und die holländische Computer-Zeitung »Hacktik« wiesen 1991 nach, dass Cityruf-Meldungen mit geringem Aufwand von beliebigen Dritten im Klartext gelesen werden können.

Inmarsat-Paging

Inmarsat-Paging ist ein weltweiter Rufdienst via Satellit.

Nicht mehr aktive Systeme

Chekker

Chekker ist ein öffentlicher Mobilfunkdienst der Telekom, bei dem Kunden mit Funkgeräten über eine Entfernung von bis zu 100 km miteinander kommunizieren können. Chekker wird insbesondere von Unternehmen mit Außenstellen genutzt und soll den herkömmlichen Betriebsfunk ersetzen, der mit Reichweiten von 10 bis 15 km nur für innerbetriebliche Kommunikation zur Verfügung steht. Die Funkdienste der seit 1992 in Konkurrenz zur Telekom anbietenden 28 privaten Unternehmen dürfen seit April 1993 zwischen den Funkstationen eigene Übertragungswege aufbauen, die bis dahin von der Telekom gemietet werden mussten. Private Funkdienste erlauben Anrufe von Funkgerät zu Telefon und umgekehrt. Chekker ermöglicht lediglich Anrufe von Funkgerät zu Telefon. Chekker weist gegenüber dem privaten Betriebsfunk einige Vorteile auf: Der Teilnehmer nutzt das öffentliche Funknetz, ihm entstehen keine Kosten für den Aufbau einer eigenen Infrastruktur (zum Beispiel für Einrichtung und Wartung eines Sendemastes). Die Gespräche werden gleichmäßig auf die verfügbaren Kanäle verteilt (sog. Bündelfunktechnik); freiwerdende oder vorübergehend nicht genutzte Frequenzen werden sofort anderweitig vergeben, so dass Wartezeiten auf eine der nur begrenzt vorhandenen Frequenzen entfallen. Durch Umverteilung der Kanäle während des Gesprächs ist ein gewisser Schutz vor Mithören gewährleistet. Anfang 1993 waren in Deutschland insgesamt 27 Chekker-Funknetze eingerichtet, davon zehn in Ostdeutschland. Bei der Telekom waren 32.000 Chekker-Geräte angemeldet, 19.000 davon in den neuen Ländern. Mitte 1993 kostete das Gerät für die Chekker-Zentrale knapp 4.000 DM, ein Funkgerät rund 2.500-3.500 DM. Die monatliche Gebühr pro Funkgerät, mit der auch alle Gespächskosten abgegolten waren, betrug 59,80 DM. Datenfernübertragung (DFÜ) unabhängig von Leitungen wird ermöglicht durch Modacom (= Mobile Data Communication), einem zellularen Mobilfunkdienst mit Handover und Roaming. Die Informationen werden vom Sender über ein Funkmodem an eine Post-Antenne übermittelt und von dort über Datenleitungen an Firmen weitergegeben, die an das Datex-P-Netz angeschlossen sind. Nach Aufnahme des Regelbetriebes (1993) plant die Betreiberin DeTeMobil, im Endausbau eine Versorgung von etwa 80% des Bundesgebietes zu versorgen.

Birdie

Birdie war ein Mobilfunkdienst der Telekom, der mit einem schnurlosen Handgerät im Umkreis von 50 - 300 m um eine speziell gekennzeichnete Vermittlungsstation (primär Telefonzellen) abgehende Telefonate ermöglichte. Mit dem selben Handgerät konnte man zu Hause darüber hinaus wie gewohnt mit einer entsprechenden Heimstation sowohl abgehende wie ankommende Anrufe tätigen. Der bis Mitte 1993 im Rahmen eines Feldversuches in Münster (Analog) und München (Digital CT2) erprobte Dienst hatte der Telekom zufolge insbesondere vor dem Hintergrund des in den Startlöchern stehenden Mobilfunkservice D1 keine ausreichenden Marktchancen mehr in Deutschland; der Feldversuch wurde daher Mitte 1993 eingestellt. Der allgemeine Oberbegriff für diese Art von Mobilfunk war Telepoint. In anderen Staaten Europas und Asiens wurde dieser Dienst zum Teil mit Erfolg als Regelbetrieb durchgeführt.

Eurosignal

Eurosignal (Europäischer Funkrufdienst, "Europiep", "Euromessage") ist ein Funkrufdienst der DeTeMobil GmbH, Bonn, (vormals Deutschen Bundespost TELEKOM) mit zellularer Struktur im Nur-Ton-Verfahren, der seit 1974 in Betrieb ist. Nachrichten an Eurosignal-Empfänger werden über das Telefon abgesetzt. Der Empfänger erhält ein optisches oder akustisches Signal. Die Übermittlung von bis zu vier verschiedenen Signalen je Empfänger ist durch Wahl einer bestimmten Rufnummer möglich. Die Bedeutung der Signale muss vorher zwischen den Partnern verabredet werden. Empfangsbereitschaft besteht fast überall in Europa. Um dem Eurosignal-Teilnehmer eine Information zu übermitteln, muss der Anrufer wissen, in welchem Funkrufbereich sich der Eurosignal-Teilnehmer befindet. Die BR Deutschland war 1989 in drei Funkrufbereiche (Nord, Mitte und Süd) unterteilt. Eurosignal-Empfänger sind derzeit nur noch gebraucht erhältlich. Am 31. Dezember 1988 gab es im Bereich der Deutschen Bundespost TELEKOM 170.489, davon im Land Berlin 7.515 Eurosignal-Teilnehmer. "Gegenüber dem öffentlichen beweglichen Landfunkdienst (`Autotelefon´) hat der Europäische Funkrufdienst den Vorteil, erheblich kostengünstiger zu sein (Kostenrelation etwa 1 : 10). Außerdem kann der Funkruf-Empfänger wegen seiner geringen Abmessungen (etwa Notizbuch-Format) überall mitgeführt werden." Eurosignal dürfte vielen Radiohörern noch bekannt gewesen sein, denn das Signal von Eurosignal war früher für das am unteren Ende des UKW-Bandes hörbare Gedüdel verantwortlich.

Scall

Scall ist ein Funkrufdienst, der von der DeTeMobil GmbH, Bonn, 1994 in Betrieb genommen wurde. Zuletzt wurde es von e
- Message Wireless Information Services Deutschland GmbH betrieben und für Privatkunden zum 30. März 2002 abgeschaltet. Die Besonderheit von Scall war das Fehlen monatlicher Grundgebühren. Der Besitzer eines Scall-Empfängers war in seinem persönlichen Empfangsbereich - in einem Kreisdurchmesser von etwa 50 km um seine Postleitzahl - erreichbar. Scall konnte deutschlandweit genutzt werden; es wurden die Cityruf-Frequenzen genutzt. Die Rufabsendung erfolgte durch das Anwählen der Vorwahl 01681 plus Rufnummer; Kosten fielen für den Anrufenden an.

TeLMI

TeLMI war ein Funkrufdienst der Deutschen Funkruf GmbH (DFR); die DFR ist ein Zusammenschluss von Mannesmann, Motorola und anderen Firmen. Die Besonderheit von TeLMI ist - wie beim Funkrufdienst Scall - das Fehlen monatlicher Grundgebühren. Der Funkrufdienst ist seit Dezember 1995 in Betrieb. Der Betreiber plante keine flächendeckende Netzdeckung; bis Anfang 1997 ist TeLMI nur in Ballungszentren verfügbar gewesen; auf Autobahnen können TeLMI-Botschaften nicht empfangen werden. Die Rufabsendung erfolgt bei numerischen Daten durch das Anwählen der Vorwahl 0166-5 plus Rufnummer oder bei alphanumerischen Daten durch das Anwählen der Vorwahl 0166-1 plus Rufnummer; Kosten fallen jeweils für den Anrufenden an (1,3-Sekunden-Takt). Zusätzlich existiert eine Sprachbox, von der Nachrichten abgehört werden können. Aufgrund finanzieller Schwierigkeiten und einem Insolvenzverfahren wurde der Betrieb des Funknetzes zum 3. Januar 2002 eingestellt.

Quix

Quix war ein Funkrufdienst der Miniruf GmbH, Hannover, der 1995 in Betrieb ging. Es wurden bundesweit acht Regionen unterschieden; gegen Monatstarif war auch eine nationale Erreichbarkeit möglich. Eine Besonderheit von Quix lag in der Möglichkeit, dpa-Agenturmeldungen (Nachrichtenschlagzeilen) zu empfangen. Der Dienst wurde am 31. Dezember 2000 abgeschaltet, bedingt durch die weite Verbreitung der Mobiltelefone, war das System finanziell nicht mehr rentabel.

ERMES

ERMES ist ein Funkrufdiensten mit zellularer Struktur, der als europäischer Funkrufstandard konzipiert war. In Deutschland musste die Einführung unterbrochen werden, da das Kabelfernsehen erheblich gestört wurde.

Omniport

Omniport ist ein Funkrufdienst der Detex, Darmstadt, der seit 1994 in Betrieb ist. Der Funkrufdienst nutzt RDS und ist daher überall in Deutschland verfügbar, wo es Hörfunk gibt; aus diesem Grunde gibt es auch keine Rufzonen. Der Betrieb wurde zum 31. Dezember 1997 eingestellt.

Weitere Funknetze

Weitere Funknetze sind das Rheinfunknetz und das Seefunknetz.

Siehe auch


- Geschichte des Telefons
- Elektrosmog
- A-Netz
- B-Netz
- C-Netz
- D-Netz
- E-Netz

Weblinks


- [http://www.handymuseum.de/index2.htm Geschichte des Mobilfunks in Deutschland]
- [http://www.gsmworld.com Alle GSM/UMTS-Netze weltweit, Netzkarten und Roamingpartner]
- [http://www.seefunknetz.de Geschichte von 100 Jahren Seefunk - Spezifikationen und Ausblicke]
- [http://mobilfaq.in-ulm.de/ Mobilfunk FAQs] Kategorie:Mobilfunk Kategorie:Funktechnik

Satelliten-Fernsehen

Satellitenfernsehen ist die Übertragung von Fernsehprogrammen über Fernsehsatelliten direkt an den Zuschauer, ohne Umwege über Terrestrische Sender bzw. Kabelnetze. In Mitteleuropa empfangbare Satelliten-TV-Programme werden beispielsweise von den Astra- oder Eutelsat-Satelliten ausgestrahlt. Zum Empfang von Satellitenfernsehen wird eine Parabolantenne mit LNB sowie ein Satellitenreceiver benötigt Da offensichtlich der Träger-Rauschabstand (CNR) bei Satellitenübertragungen sehr niedrig ist – typisch sind 10 bis 18 dB – (das zu übertragende Nutz-Signal ist nur wenig über dem sowieso vorhandenen atmosphärischen "Rauschen" zwischen den Sendern), wird hier in der Regel bei analoger Übertragung das Signal mittels Frequenzmodulation störresistenter gemacht; bei digitaler Übertragung kommen nur Modulationsverfahren wie 2-PSK, 4-PSK und 8-PSK in Frage. Derzeitige Satelliten benutzen 4-PSK und können damit 2 bits pro Symbol (sogenannte Symbol-Rate) übertragen. Die spektrale Verteilung von FM-moduliertem FBAS-Signal ist allerdings etwas ungünstig, so dass bei schwachen Empfangsbedingungen zwar Bilder mit geringer Farbsättigung noch gut übertragen werden können, jedoch Bilder mit intensiven Rottönen zu sogenannten "Fischen" (schwarze und weiße Striche darin) neigen. Das in den 80igern entwickelte D2-MAC, das ohne Farbunterträger funktioniert, ist in dieser Beziehung deutlich robuster (auch wenn das nicht das primäre Entwicklungsziel war). Besonders in nördlichen Ländern fand das D2-MAC großen Zulauf, wo es auch heute noch vereinzelt verwendet wird. Die Empfangsprobleme die sich u.a. in o.g. "Fischen" äußern, konnten mit Fehlerkorrektur-Verfahren der volldigitalen Fernsehtechnik vollständig überwunden werden, siehe hierzu DVB-S.

Siehe auch


- Liste der Fernsehsender
- Liste asiatischer TV-Programme in Europa
- Satellitenradio
- Fernsehsatellit ja:衛星放送

WLan

Wireless LAN // (Wireless Local Area Network, WLAN, Kabelloses Lokales Netzwerk) bezeichnet ein „drahtloses“ lokales Funknetz, wobei meistens ein Standard der IEEE 802.11-Familie gemeint ist. Das Kürzel Wi-Fi wird oft fälschlich mit WLAN gleichgesetzt. Im Gegensatz zum Wireless Personal Area Network (WPAN) haben WLANs größere Sendeleistungen und Reichweiten und bieten im allgemeinen höhere Datenübertragungsraten. WLANs stellen Anpassungen der Schicht 1 und 2 des OSI-Referenzmodells dar, wohingegen in WPANs z.B. über eine im Protokoll vorgesehene Emulation der seriellen Schnittstelle und PPP bzw. SLIP eine Netzverbindung aufgebaut wird.

Betriebsarten

SLIP Ein WLAN kann auf zwei Arten (Modi) betrieben werden - im Infrastruktur-Modus oder im Ad-hoc-Modus. Im Infrastruktur-Modus wird eine Basisstation, häufig ein Wireless Access Point, speziell ausgezeichnet. Er koordiniert die einzelnen Netzknoten. Häufig ist diese Basis-Station dann auch Mittler in ein weiteres Netz, das sowohl Funknetz als auch ein klassisches Kabelnetz sein kann. Infrastrukturnetze erfordern, implementiert man sie sinnvoll, mehr Planung. OLSR ist ein spezielles Ad-hoc Protokoll. Im Ad-hoc-Modus ist keine Station besonders ausgezeichnet, sondern alle sind gleichwertig. Ad-Hoc-Netze lassen sich schnell und ohne großen Aufwand aufbauen. Es ist nicht vorgesehen, dass Pakete weitergereicht werden. Es kann also vorkommen, dass ein physikalisch zentral stehender Computer das gesamte Netz erreichen kann, ein Computer am Randbereich jedoch nur einen Teil. WLANs nach IEEE 802.11 und HIPERLAN unterstützen beide Betriebsmodi. Gerade in WPANs werden gerne Ad-Hoc-Verfahren eingesetzt.

Datensicherheit

Verschlüsselung

Teil des WLAN-Standards IEEE 802.11 ist Wired Equivalent Privacy (WEP), ein Sicherheitsstandard, der den RC4|RC4-Algorithmus enthält. Die enthaltene Verschlüsselung mit nur 40 Bit bzw. 104 Bit, bei einigen Herstellern auch 128 Bit oder 232 Bit, reicht jedoch selbst bei 232 Bit (256 Bit genannt) längst nicht aus. Durch das Sammeln von Schlüsselpaaren sind Known-Plaintext-Attacken möglich. Es gibt frei erhältliche Programme, die sogar ohne vollständigen Paketdurchlauf in der Lage sind, einen schnellen Rechner vorausgesetzt, das Passwort zu entschlüsseln, wobei das bei einem 232-Bit-Schlüssel etwas dauern kann, aber eben nicht unmöglich ist. Jeder Nutzer des Netzes kann den gesamten Verkehr zudem mitlesen. Die Kombination von RC4 und Zyklische Redundanzprüfung|CRC wird als mathematisch unsicher betrachtet. Aus diesen Gründen haben sich technische Ergänzungen entwickelt, etwa WEPplus, Wi-Fi Protected Access (WPA) als Vorgriff und Teilmenge zu 802.11i, Fast Packet Keying, Extensible Authentication Protocol (EAP), Kerberos oder High Security Solution, die alle mehr oder weniger gut das Sicherheitsproblem von WLAN verkleinern. Der Nachfolger des WEP ist der neue Sicherheitsstandard 802.11i. Er bietet eine erhöhte Sicherheit durch die Verwendung von TKIP bei WPA bzw. Advanced Encryption Standard (AES) bei WPA2 und gilt zur Zeit als nicht zu entschlüsseln, solange man bei der Einrichtung keine trivialen Passwörter verwendet, die über eine Wörterbuch-Attacke geknackt werden können. Als Empfehlung kann gelten, mit einem Passwortgenerator Passwörter zu erzeugen, die Buchstaben in Groß- und Kleinschreibung, Zahlen und Sonderzeichen enthalten und nicht kürzer als 32 Zeichen sind. WPA2 ist das Äquivalent der WiFi zu 802.11i das mit dem Verschlüsselungsalgorithmus AES (Advanced Encryption Standard mit Schlüssellängen von 256 Bit) arbeitet und in neueren Geräten meist unterstützt wird. Ein genaues Betrachten der technischen Daten um herauszufinden, ob WPA2 auch tatsächlich unterstützt wird, empfiehlt sich allerdings vor dem Kauf. Einige Geräte lassen sich durch Austausch der Firmware mit WPA2-Unterstützung nachrüsten. Jedoch erfolgt hier meist die Verschlüsselung ohne Hardwarebeschleunigung sodass diese Zugewinne an Sicherheit durch starke Einbußen bei der Geschwindigkeit erkauft werden. Eine alternative Herangehensweise besteht darin, die Verschlüsselung komplett auf IP-Ebene zu verlagern. Hierbei wird der Datenverkehr beispielsweise durch die Verwendung von IPsec oder auch durch einen VPN-Tunnel geschützt. Besonders in freien Funknetzen werden so die Inkompatibilitäten verschiedener Hardware umgangen, eine zentrale Benutzerverwaltung vermieden und der offene Charakter des Netzes gewahrt. Beim so genannten WarWalking werden mit einem WLAN-fähigen Notebook oder PDA offene WLAN-Netze gesucht. Diese werden dann mit Kreide markiert (WarChalking). Das Ziel ist hierbei entweder, Sicherheitslücken aufzudecken und dem Betreiber zu melden, oder aber einen kostenlosen Internetzugang zu erhalten oder gar Daten auszuspähen oder zu manipulieren. Fährt man bei der Suche eines WLAN-Netzes mit einem Auto, so spricht man von WarDriving.

Authentifizierung

Extensible Authentication Protocol ist ein Protokoll zur Authentifizierung von Clients. Es kann zur Nutzerverwaltung auf RADIUS-Server zurückgreifen. EAP wird hauptsächlich innerhalb von WPA für größere WLAN-Installationen eingesetzt.

Gesundheit

Die von WLAN-Geräten benutzten Funkfrequenzen liegen um 2,4 GHz, im Mikrowellenbereich. Es herrscht allgemein Unsicherheit darüber, ob die Strahlungsleistungen, die von Mobilfunk- oder WLAN-Geräten ausgehen, schädliche Auswirkungen auf Organismen haben. Bei den Leistungen innerhalb eines Mikrowellenherdes oder in der Nähe militärischer Radaranlagen sind schädliche Auswirkungen unbestritten. Im Unterschied zu GSM senden WLAN-Geräte jedoch mit einer deutlich niedrigeren Sendeleistung (0,1 Watt statt 1-10 Watt) und mittels Frequenzspreizung mit einer höheren Bandbreite. Die Energie pro Frequenzband ist also deutlich niedriger und teilweise kaum vom Hintergrundrauschen zu unterscheiden. Zu beachten ist allerdings, dass die 0,1 Watt (bei 802.11b/g) bzw. 1 Watt (bei 802.11a/h) nicht die Grenze des technisch Möglichen darstellen. Es handelt sich vielmehr um eine gesetzgeberische bzw. regulatorische Grenze. Viele WLAN-Komponenten sind technisch in der Lage höhere Sendeleistungen zu bieten. Hinzu kommt der Antennengewinn als zusätzliche Verstärkung. Besonders in Kombination mit leistungsstarken Antennen ist hier Vorsicht geboten. Die 0,1 bzw. 1 Watt Sendeleistung beziehen sich auf das Gespann Sender und Antenne.

Reichweite und Antennen

Die Antennen handelsüblicher 802.11 Endgeräte lassen 30 bis 100 Meter Reichweite auf freier Fläche erwarten. Mit neuester Technik lassen sich sogar 80 Meter in geschlossenen Räumen erreichen. Bessere WLAN-Hardware sollte den Anschluss einer externen Antenne erlauben. Mit externen Rundstrahlantennen lassen sich bei Sichtkontakt 100 bis 300 Meter im Freien überbrücken. Leichtbauwände mindern die Reichweite, sind aber einzeln kein Hindernis; dagegen werden Stahl und Beton nicht durchdrungen, können im Außenbereich aber experimentell als Reflektorwand dienen, um Funklöcher “auszuspiegeln”. Bäume, insbesondere dicht belaubte, sind ebenfalls Hindernisse für WLAN-Verbindungen. WLAN nach 802.11b (maximal 11 Mbit/s brutto) oder 802.11g (maximal 54 Mbit/s brutto) funkt im 2,4-GHz-Band (Wellenlänge von 12,5 cm). Damit werden alle Gegenstände ab einer Dicke von 12,5 cm zu echten Wellenbrechern. Je stärker die elektrische Leitfähigkeit des Materials, desto stärker der Effekt. Außerdem können leitende Gegenstände in der Nähe von Antennen deren Richtcharakteristik stark beeinflussen. WLAN nach 802.11a (maximal 54 Mbit/s brutto) funkt im 5-GHz-Band, in dem ein größerer Frequenzbereich (455 MHz) zur Verfügung steht und damit 19 nicht überlappende Frequenzen (in Deutschland) nutzbar sind. Auch dieser Frequenzbereich ist in Deutschland lizenzfrei nutzbar. Im Normalbetrieb nach 802.11a sind 30 mW Sendeleistung erlaubt. Unter strengeren Auflagen (TPC, Transmit Power Control und DFS, Dynamic Frequency Selection) sind höhere Sendeleistungen bis 1000 mW gestattet. TPC und DFS sollen sicherstellen, dass Satellitenverbindungen und Radargeräte nicht gestört werden (World Radio Conference 2003). Dies und die höheren Kosten der Hardware auf Grund der höheren Frequenz bewirken, dass sich 802.11a noch nicht gegen 802.11b oder g durchgesetzt hat. Mit speziellen Richtfunkantennen lassen sich bei Sichtkontakt mehrere Kilometer überbrücken. (Hier werden teilweise irrsinnige Rekorde mit Verbindungen über mehrere hundert Kilometer ohne aktiven Verstärker – abgesehen von den Antennen – erzielt. Allerdings funktioniert das nur zwischen hohen Bergen; auf dem Meer endet nach etwa 30 km durch die Erdkrümmung der Sichtkontakt.) Antennen bringen einen Sende- wie Empfangs-Gewinn (Antennengewinn, in dBi), indem sie elektromagnetische Wellen bündeln. Rechtlich darf die Sendeleistung aller Komponenten zusammengenommen in Deutschland 100mW (=20dBm) EIRP (bei 2,4 GHz) bzw. 1000 mW EIRP (bei 5,7 GHz mit TPC und DFS) nicht übersteigen. Es besteht keine Meldepflicht. Der Betreiber trägt die Verantwortung, dass seine Anlage die vorgeschriebenen Grenzwerte nicht überschreitet. Es dürfen in Deutschland uneingeschränkt auch selbstgebaute Antennen verwendet werden; hierfür ist keine Amateurfunklizenz notwendig, da die Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (RegTP, früher Bundespost, BAPT) und heute Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen, die entsprechenden Frequenzbereiche in einer Allgemeinzuteilung lizenzfrei gestellt hat. Berechnet wird die Sendeleistung (in dBm) eines WLAN-Gerätes aus: :+ Sendeleistung (dBm) :+ Gewinn Verstärker (dB) (falls vorhanden) :- Dämpfung Kabel (dB) :- Dämpfung Stecker (dB) :- Dämpfung Blitzschutz (dB) :+ Gewinn Antenne (dBi) :───────────────────────────────────── := Gesamtsendeleistung Berechnet wird lediglich der Sendeweg. Für den Empfangsweg wurden von Seiten des Gesetzgebers keine Beschränkungen erlassen. Einige WLAN-Geräte beherrschen auch Antenna Diversity-Modes, bei denen die durch Interferenzen verursachten Fehler verringert werden, indem zwei Antennen gleichzeitig zum Empfang bzw. abwechselnd zum Senden verwendet werden.

WDS Bridging und Repeating

Manche Access-Points (APs) bieten die Möglichkeit, in einen „Bridging-/Repeating-Modus“ zu wechseln. Hierbei können zwei oder mehrere APs zu einem Verbund zusammengeschaltet werden. Diese Verschaltung findet auf der Ebene der MAC-Adresse (Schicht 2 im OSI-Modell) statt. Im Betrieb als Bridge (Brücke), bei dem zwei APs zusammengeschlossen werden, ohne dass weitere Clients Zugang erhalten, dienen die APs sozusagen als Ersatz eines Kabels (Point-to-Point-Verbindung). Im Repeating-Modus (Point-to-Multi-Point) werden mehrere Access Points miteinander verbunden, und zusätzlich können sich Clients wie Laptops verbinden. Damit kann man die Reichweite eines einzelnen WLAN-Netzes erhöhen. Diese Funktionalität wird Wireless Distribution System (WDS) genannt. Es handelt sich jedoch nicht um eine Hersteller-übergreifende Norm, sodass es nicht gewährleistet ist, dass zwei Geräte unterschiedlicher Hersteller sich verständigen können. Nachteile: 1. Für jeden zusätzlichen AP im Bridging-Mode halbiert sich die Übertragungsleistung, da die Daten über den gleichen Kanal geschickt werden und für jeden AP erneut geschickt werden müssen. Bei Geräten, die mehrere Standards unterstützen (zum Beispiel IEEE 802.11b und g), kann die WDS-Bridge auf 802.11g laufen und die Clients auf IEEE 802.11b. Somit reduziert sich die Datenrate für die Clients an einem AP nicht und zwischen Clients von verschiedenen APs nur minimal. 2. Als Verschlüsselung ist nur WEP möglich, da keine dynamisch verteilten Schlüssel möglich sind. Seit kurzem ist auch WPA2 möglich, dies allerdings nur bei bei wenigen Herstellern (AVM) und auch dort nur mit der exakt selben Hardware. [http://www.ip-phone-forum.de/forum/viewtopic.php?t=26931 Forum] Bisher also eher ein Beta-Test.

Gesellschaftliches

Clients-Karte für Notebooks]] In bestehenden Netzen sind die Endverbraucher um große Provider versammelt, über die der Datenverkehr relativ zentral abgewickelt wird, was die großen Provider in eine mächtige Position bei der Kontrolle des Datenverkehrs erhebt. Der Benutzer tritt hier relativ konsumorientiert am Rande der Netzwerke auf. Durch Wegfall der Kosten einer teuren kabelgebundenen Infrastruktur können Bürgerschaften mit dieser Technik öffentliche Netze errichten. Bildlich wird gerne das Entstehen einer Datenwolke im Äther als frei verfügbares Allgemeingut über einer Gemeinde, geschildert. Ihr volles Potential entwickelt diese Idee durch Protokolle für Mesh-Netze (MANET, Mobiles Ad-hoc-Netzwerk). Es gibt seit wenigen Jahren weltweit lokale Initiativen in dieser Richtung. Eine deutsche Anlaufstelle ist zum Beispiel http://www.freifunk.net. Der österreichische Pedant dazu ist http://www.funkfeuer.at

Frequenzen

Überblick über die Frequenzbänder Es gibt mittlerweile mehrere WLAN-Frequenzbänder, die teilweise auf völlig unterschiedlichen Frequenzen arbeiten: Die Kanalbandbreite beträgt bei allen Standards zwischen 10 und 30 MHz.

Datenraten

Bei der Betrachtung der Datenraten ist allerdings zu berücksichtigen, dass sich alle Geräte im Netz die Bandbreite teilen. Weiterhin sind die angegebenen Datenraten Bruttowerte und selbst unter optimalen Bedingungen liegt die erreichbare Netto-Datenrate nur wenig über der Hälfte dieser Angaben. Die 802.11 WLAN Hardware nutzt einen breiten Frequenzbereich um einen Kanal herum für die Datenübertragung. Deshalb gibt es nur drei überlappungsfreie Frequenzbänder im zugelassenen Spektrum (ISM). Manche Netzwerkadapter nutzen mehrere Bänder gleichzeitig um die Datenrate zu steigern. Störungsfreier Betrieb mit voller Datenrate ist nur möglich, wenn der Abstand zwischen den benutzen Kanälen mindestens vier Kanäle beträgt. Solch eine mögliche Kanalbelegung ist in der Tabelle als „keine Überschneidung“ angegeben.

Literatur


- Martin Sauter, Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme, September 2004, ISBN 3-528-05886-2, http://www.cm-networks.de
- Jörg Roth: Mobile Computing. dpunkt, Berlin 2002, ISBN 3898641651
- Armin Medosch: Freie Netze – Geschichte, Politik und Kultur offener WLAN-Netze. Heise, Hannover 2004, ISBN 3936931100 (Das Buch steht unter einer Creative Commons-Lizenz und kann als [ftp://ftp.heise.de/pub/tp/buch_11.pdf PDF-Datei] heruntergeladen werden)
- Ulf Buermeyer: [http://www.hrr-strafrecht.de/hrr/archiv/04-08/index.php3?seite=7 Der strafrechtliche Schutz drahtloser Computernetzwerke (WLANs)]. In: HRRS. Heft 8/2004. S. 285
- Mike Radmacher: Sicherheits- und Schwachstellenanalyse entlang des Wireless-LAN-Protokollstacks (als [http://www.m-lehrstuhl.de/mcommerce/veranstaltung/WS_2004_AG/Diplomarbeit%20-%20Sicherheits-%20und%20Schwachstellenanalyse%20entlang%20des%20Wireless-LAN-Protokollstacks.pdf PDF])
- Thomas Otto: Netzwerkauthentifizierung im WLAN, TU Braunschweig, April 2004 (als [http://www.ibr.cs.tu-bs.de/arbeiten/schmidt/otto_eap/otto_eap.pdf PDF])
- Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik ([http://www.bsi.de/ BSI]) : [http://www.bsi.de/literat/doc/wlan/index.htm Sicherheit im Funk-LAN (WLAN, IEEE 802.11)] [http://www.bsi.de/literat/doc/wlan/wlan.pdf PDF]

Siehe auch


- IEEE 802.11 für technische Details zu Frequenzbändern, Übertragungsraten etc.
- HIPERLAN und HomeRF – Alternative Standards
- Wireless Access Point, Hotspot, Bluetooth, Wireless Adapter, Freie Funknetze, SSID, WLAN-Sniffer, Wardriving, WiMAX, WMAN, Wireless mesh network

Weblinks


- [http://wiki.uni-konstanz.de/wlan Umfangreiche Infos zu WLAN, Standards, FAQ und Chipsätzen]
- [http://www.wlan-skynet.de/ Große WLAN-Richtfunk-FAQ für 5 GHz-WLAN (802.11a)]
- [http://www.hellfish-rm.de/down/WLAN-FAQ.pdf kleine WLAN FAQ] (PDF)
- [http://www.wlan-router.net allgemeine WLAN-Router Infos]
- [http://www.lancom-systems.de/produkte/feature/index.php Techpaper: gut zu lesende Hintergrundinformationen zu den Verschlüsselungs- und Authentifizierungsmechanismen] (Zu empfehlen: TP-WLAN-80211i-DE.pdf)
- [http://www.netgear.de/Support/Basiswissen/wireless_lan_grundlagen.html Basiswissen - Wireless LAN Grundlagen] auf den Seiten von Netgear
- [http://wlan.eicar.org/ EICAR Task Force on Wireless LAN Security] Zusammenschluss unterschiedlichster Interessenvertretungen (englisch) Kategorie:WLAN Kategorie:Funktechnik ja:無線LAN

Wassermolekül

Das Molekül des Wassers besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Es ist die Grundlage zur Erklärung der Eigenschaften des Wassers. Geometrisch ist das Wassermolekül gewinkelt und entspricht in der VSEPR-Theorie dem AB2E2-Typ. Die zwei Wasserstoffatome und die zwei Elektronenpaare sind folglich in die Ecken eines gedachten Tetraeders gerichtet. Der Winkel, den die beiden O-H-Bindungen einschließen, beträgt 104,45°. Er weicht aufgrund des erhöhten Platzbedarfs der freien Elektronenpaare vom idealen Tetraederwinkel (~109,47°) ab. Die Bindungslänge der O-H-Bindungen beträgt jeweils 95,84 Picometer. Picometer Im Wassermolekül verbinden sich die 1s-Orbitale von zwei Wasserstoffatomen mit je einem sp3-Hybridorbital des Sauerstoff-Atoms zu zwei σ-Bindungen (Abb. 4). Die vier Orbitale der bindenden und nichtbindenden Elektronenpaare sind nach den Ecken eines Tetraeders ausgerichtet. Die in Abbildung 1 rot eingezeichneten Elektronenpaare befinden sich in den Atomorbitalen und die grauen Elektronenpaare in den Molekülorbitalen.

Dipolmoment

Sauerstoff hat in der Pauling-Skala mit 3,5 eine um 1,4 höhere Elektronegativität als Wasserstoff mit 2,1. Durch die gewinkelte Geometrie des Moleküls und die unterschiedlichen Partialladungen der Atome hat es auf der Seite des Sauerstoffs negative und auf der Seite der beiden Wasserstoffatome positive Polarität. Diese bewirkt das Dipolmoment, das in der Gasphase 1,84 Debye beträgt. Im Unterschied zum linear aufgebauten Kohlenstoffdioxid zeigt sich dabei, dass die winklige Anordnung der beiden Wasserstoffatome einen gegenseitigen Ausgleich der polaren Atombindungen verhindert, die Ladungsschwerpunkte also nicht zusammen fallen. Erst hierdurch besitzt Wasser ein permanentes elektrisches Dipolmoment und weist viele hierdurch bedingte Eigenschaften auf. Eine Erklärung für diese winklige Anordnung liefert die VSEPR-Theorie anhand der beiden einsamen Elektronenpaare des Sauerstoffatoms. Durch die unterschiedlichen Partialladungen kann das Molekül von bestimmten elektromagnetischen Wellen, den Mikrowellen, in Rotationen versetzt werden, welche zur Erwärmung des Wassers führen.

Wasserstoffbrückenbindung

Rotation Wassermoleküle wechselwirken miteinander über Wasserstoffbrückenbindungen und besitzen dadurch ausgeprägte zwischenmolekulare Anziehungskräfte. Es handelt sich dabei um keine beständige, feste Verkettung. Der Verbund der über Wasserstoffbrückenbindungen unbeständig verketteten Wassermoleküle besteht nur Bruchteile von Sekunden, wonach sich die einzelnen Moleküle wieder aus dem Verbund lösen und sich in einem ebenso kurzen Zeitraum erneut verketten. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig und führt letztendlich zur Ausbildung eines variablen Clusters, wie in der rechten Abbildung skizzenhaft dargestellt. Für die Ausbildung der Wasserstoffbrückenbindungen ist unter anderem der kleine Durchmesser des Wasserstoffatoms von Bedeutung, da es sich nur so in ausreichendem Maße dem Sauerstoffatom nähern kann. Die höheren Homologen des Wasser, zum Beispiel Schwefelwasserstoff H2S, bilden derartige Bindungen aufgrund der geringeren Elektronegativitätsdifferenz zwischen den Bindungspartnern nicht aus. Die Verkettung der Wassermoleküle durch Wasserstoffbrückenbindungen ist die Ursache für viele besondere Eigenschaften, zum Beispiel dafür, dass Wasser trotz der geringen molaren Masse von rund 18 g/mol unter Standardbedingungen flüssig ist. H2S liegt im Gegensatz dazu gasförmig vor. Auch, dass Wasser aufgrund seiner Dichteanomalie die größte Dichte bei rund vier Grad Celsius aufweist und somit beispielsweise Eis auf flüssigem Wasser schwimmen kann, ist auf die Wasserstoffbrückenbindungen zurückzuführen.

Schweres, halbschweres und überschweres Wasser

Neben dem „normalen“ Wasser gibt es noch das „schwere Wasser“ (Deuteriumoxid, D2O), das „halbschwere Wasser“ (HDO) und das „überschwere Wasser“ (Tritiumoxid, T2O). Bei diesen Wässern sind die normalen Wasserstoffatome (Protium, Symbol H) teilweise oder ganz durch ihre schwereren Isotope Deuterium (D) oder Tritium (T) ersetzt. Schwere Wasser unterscheiden sich bezüglich ihrer physikalischen wie chemischen Eigenschaften von gewöhnlichem Wasser. Sie besitzen einen höheren Schmelzpunkt, einen höheren Siedepunkt und eine größere Dichte. Aufgrund des besonders großen Massenunterschieds zwischen Protium und Tritium bzw. Deuterium ist hier der kinetische Isotopeneffekt besonders ausgeprägt. Folglich wird bei Ersatz des normalen Wassers mit schwererem Wasser bei chemischen Gleichgewichtsreaktionen die Gleichgewichtslage verändert, was zum Beispiel im menschlichen Körper zu gesundheitlichen Folgen führen kann. Deuteriertes Wasser wird aufgrund der anderen Spineigenschaften des Kernspins als Lösungsmittel für NMR-Analytik benutzt. Die Wasserstoffisotope des Wassermoleküls werden zusammen mit dem Sauerstoffisotop 18O als Tracer verwandt.

Weblinks

Kategorie:Wasser

Reflexion (Physik)

Von Reflexion (lat. reflectere: zurückbeugen, drehen) spricht man, wenn ein Lichtstrahl, eine elektromagnetische Welle, oder ganz allgemein, eine Welle (zum Beispiel Schall) von einer Oberfläche zurückgeworfen wird. Stellt man die Wellenausbreitung durch Strahlen senkrecht zur Wellenfront dar, so gehorchen diese Strahlen dabei dem Reflexionsgesetz, d. h. der Eintrittswinkel des einfallenden Strahls ist gleich dem Austrittswinkel und die Strahlen liegen in der gleichen Einfallsebene. Die beiden Winkel werden zum Einfallslot hin gemessen. Das ist eine Gerade, die im Auftreffpunkt des Strahls senkrecht auf der Oberfläche steht.

Allgemeines

Grenzschichten zwischen Medien Besitzen zwei Medien stark unterschiedliche Wellenwiderstände, so kommt es an der Grenzschicht zu Reflexionen:
- Parallel zur Grenzschicht kann sich die Welle ohne allzu große Beeinflussung durch die Grenzschicht ausbreiten.
- Senkrecht zur Grenzschicht kann nur ein Bruchteil der Leistung der Welle sich in das andere Medium ausbreiten, der Rest wird reflektiert. Der reflektierte Anteil hängt hierbei vom Verhältnis der Wellenwiderstände ab. Bei stark unterschiedlichen Wellenwiderständen (z.B. an der Grenzschicht Luft/Metall bei elektromagnetischen Wellen) wird nahezu die gesamte senkrecht einfallende Leistung senkrecht zur Grenzschicht zurück reflektiert. Da die Komponente des Wellenfeldes parallel zur Grenzschicht sich ungehindert ausbreitet, die Komponente senkrecht zur Grenzschicht aber ihre Richtung ändert, kommt es zum Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Ausfallswinkel Diffuse und gerichtete Reflexionen Ob eine Reflexion diffus oder gerichtet ist, hängt im wesentlichen von der Rauigkeit der Oberfläche ab. Ist die Grenzschicht so eben, dass die Unebenheiten klein gegen die Wellenlänge sind, ist die Reflexion gerichtet. Andernfalls ist die Reflexion diffus. Spiegelquellen Das Wellenfeld an einer gerichtet reflektierenden Fläche lässt sich durch "Spiegelquellen" beschreiben. Zu jeder Original-Quelle wird hierbei eine Spiegelquelle hinter der reflektierenden Fläche "angebracht", mit dem gleichen Abstand zur reflektierenden Fläche wie die Original-Quelle. Das Wellenfeld ergibt sich dann durch Überlagerung der Wellenfelder von Original- und Spiegel-Quellen.

Reflexion in der Optik

Reflexionsgesetz Man unterscheidet diffuse und gerichtete Reflexion. Bei diffuser Reflexion wird das einfallende Licht mehr oder weniger gleichmäßig in den Halbraum vor der reflektierenden Fläche zurückgeworfen (im Idealfall folgt die Winkelabhängigkeit der Lambert-Verteilung). Die diffuse (ungerichtete) Strahlung ist also eine allseitige Streuung der Strahlung (ähnlich wie bei einem Milchglas oder einer Fensterscheibe).Hierbei bildet sich eine Mischfarbe in Abhängigkeit von der Eigenfarbe der reflektierenden Fläche und der spektralen Verteilung des einfallenden Lichtes. Zur gerichteten Reflexion siehe den Hauptartikel Spiegel. Anwendungen nicht ebener Spiegel sind beispielsweise konkav gekrümmte Hohlspiegel als Rasierspiegel oder bei optischen Teleskopen bestimmter Bauart, den Spiegelteleskopen.
Konvex gekrümmte Spiegel dienen zum Beispiel als Außenspiegel an Fahrzeugen und zeigen größere Bereiche als gleich große Planspiegel.
Eine weitere Anwendung sind die so genannten Reflektoren, die im Straßenverkehr (Scheinwerfer, Rückleuchte; das auf dem Tripelspiegel-Konzept basierende Katzenauge), in der Fotografie (Blitzlicht), aber auch bei der Energiegewinnung (Sonnenkraftwerk) zum Einsatz kommen.

Reflexion in der Elektromechanik

Bei Antennen wird die Sendeleistung durch Spiegel gebündelt und eine Richtwirkung erreicht, zum Beispiel bei Parabolspiegeln für Satellitenantennen. Wird ein Teil elektromagnetischer Strahlung reflektiert bzw. transmittiert und ein Teil absorbiert, so spricht man von Remission (Optik).

Reflexion bei elektrischen Leitungen

Wenn eine elektrische Leitung mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen ist, dann wird ein an der Leitung entlang laufendes Signal vollständig am Abschlusswiderstand absorbiert, es kommt zu keiner Reflexion am Abschluss. Weicht die Impedanz des Abschlusses jedoch vom Wellenwiderstand der Leitung ab, so kommt es zu mehr oder weniger starker Reflexion der Welle. Die sich auf der Leitung befindenden vorlaufenden und reflektierten Wellen überlagern sich dabei zu stehenden Wellen.

Reflexion in der Akustik

Ebene, schallharte, nicht absorbierende Oberflächen reflektieren Schallwellen. Je nach Anordnung und Anzahl der reflektierenden Flächen und Art der Beschallung ergibt sich ein unterschiedlicher Höreindruck: :Echos (z.B. Felswand in größerem Abstand)
:Flatterecho (z.B. 2 parallele reflektierende Wände)
:Nachhall (z.B. große Räume mit harten Wänden, wie z.B. Kirchen)
:hohe Räumlichkeit (z.B. akustisches Raumempfinden in Konzertsälen)
:trockener Klang (z.B. in Räumen mit wenig reflektierenden Flächen) Räumlichkeit Für den akustischen Eindruck wichtig sind:
- Anteil des Direktschalls am Gesamt-Schallpegel
- Zeitverzögerung und Richtung von frühen Reflexionen, sowie deren Anteil am Gesamt-Schallpegel
- Einsatzverzögerung und räumliche Verteilung des Nachhalls, sowie dessen Anteil am Gesamt-Schallpegel und dessen zeitlicher Verlauf (Nachhallzeit) Bei Räumen sind je nach Nutzung andere raumakustische Eigenschaften und damit jeweils ein anderes Reflexionsverhalten der Wände sinnvoll:
- Möglichst reflexionsarme Räume bei Tonstudios, damit der akustische Charakter des Aufnahmeraums möglichst keinen Einfluss auf die Aufnahme bekommt.
- Räume mit mäßig reflektierenden Wänden für Unterrichtsräume. Einerseits soll die Stimme des Lehrers durch Reflexionen unterstützt werden, andererseits darf die Sprachverständlichkeit aber nicht durch zu starke Reflexionen (zu hohe Nachhallzeit) vermindert werden. Günstige Nachhallzeitfür Normalhörende nach der neuen DIN 18041 "Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen": zwischen 0,3 und 0,8 Sekunden. Für Schwerhörige sollten die Nachhallzeiten um 0,3 Sekunden angestrebt werden.
- Räume mit stark reflektierenden Wänden und einem ausgewogenen Verhältnis von Direktschall, frühen Reflexionen und Nachhall für Konzertsäle. Hier ist es das Ziel, durch Wandreflexionen ein möglichst "räumliches" Musikerlebnis zu erzielen. Günstige Nachhallzeit: ca. 1,5 bis 2 Sekunden.

Siehe auch


- Beschallungsanlage
- Emission (Physik)
- Fresnelsche Formeln

Weblinks


- [http://www.sengpielaudio.com/FrueheReflexionenUnter15.pdf Frühe Reflexionen unter 15 ms sind bei Stereo-Aufnahmen unerwünscht] Reflexion (Physik) Reflexion (Physik) Reflexion (Physik)

Brechung (Physik)

Brechung bezeichnet die Richtungsänderung einer Welle aufgrund einer lokalen Änderung ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit, die durch den Brechungsindex beschrieben wird. Treffen Elektromagnetische Wellen wie z.B. Licht von ein Medium (z.B. Luft) auf ein anderes (z.B. Glas), deren Brechungsindices sich unterscheiden, wird ein Teil des Lichts reflektiert, ein anderer erfährt eine Ablenkung gemäß dem Snelliusschen Brechungsgesetzes.

Anwendungen

Bild:Brechungluftrp.jpg|Ein Stab, der in einem leerem Glas steht. Bild:Brechungluftwasserp.jpg|Nach dem Zufüllen von Wasser erscheint der Stab ein wenig abgeknickt. Bild:brechungluftuwrp.jpg|Vergleich des Stabs im leeren Glas und noch einmal eingetaucht in Wasser. Image:Pencil_in_a_bowl_of_water.png|Schemazeichnung zur Erklärung des Effekts Die Bildserie zeigt die veränderte Form eines Stabes durch Lichtbrechung, nachdem er in Wasser eintaucht. Deshalb verlangt es einige Übung, um Fische von der Oberfläche aus im Wasser zu ergreifen. Die optischen Eigenschaften von Linsen basieren auf Brechung. Bei Linsen ist, anders als bei einem optischen Prisma, die Dispersion, das ist die Abhängigkeit des Brechungsindexes von der Wellenlänge, unerwünscht. Optisch anisotrope Materialien können doppelbrechend sein: ein Lichtstrahl teilt sich in zwei Strahlen unterschiedlicher Polarisation, die unterschiedlich stark gebrochen werden. Erdbebenwellen werden im Erdinneren gebrochen. Daraus erhält man Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Erdmantels und auf Änderungen von Dichte und Elastizität seiner Gesteine. Die Analyse der Laufzeit von seismischen Wellen wird in der Geophysik auch für die Exploration von Erdöl und anderen Lagerstätten eingesetzt.

Unterschied zwischen Brechung, Beugung und Extinktion

Während Brechung (engl. Refraction) die Richtungsänderung einer Welle durch veränderte Geschwindigkeit in verschiedenen Medien ist, bedeutet Beugung (engl. Diffraction) die Ablenkung an einem Hindernis (Spalt, Gitter, Linsenrand usw). Der Unterschied beider Begriffe wird am Beispiel von Linsenoptiken deutlich. Bei Linsenfernrohren haben Brechung und Beugung folgende Auswirkungen:
- Mittels des Snelliusschen Brechungsgesetzes kann man den Strahlengang durch Objektiv und Okular berechnen. Aber die Geometrische Optik sagt nichts über die Auflösung des Fernrohrs (Trennschärfe bei kleinen Winkeln).
- Die Beugung, hervorgerufen durch die Größe der Linse (Apertur) begrenzt die Auflösung. Die Extinktion ist die Abschwächung eines Signals, z.B. Licht bei Nebel.

Siehe auch


- Meta-Material

Weblinks


- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Lichtbrechung Mineralienatlas Lichtbrechung]
- [http://www.virtualuniversity.ch/mathematik/5.html Java-Anschaungs-Applet]
- [http://www.geogebra.at/de/upload/files/dynamische_arbeitsblaetter/lwolf/brechung/brechung.html dynamische Arbeitsblätter zum Thema "Brechung und Totalreflexion"] Kategorie:Wellenlehre Kategorie:Optik Kategorie:Geophysik ja:屈折

Polytetrafluorethylen

Polytetrafluorethylen (Kurzzeichen PTFE, gelegentlich auch Polytetrafluorethen oder -äthylen) ist ein vollfluoriertes Polymer. Umgangssprachlich wird dieser Kunststoff oft mit dem Handelsnamen Teflon der Firma DuPont bezeichnet. Weitere Handelsnamen anderer Hersteller von PTFE sind DyneonTM PTFE (ehemals Hostaflon), Heydeflon, Ekafluvin, Fluon, Algoflon und Polyflon sowie Gore-Tex. PTFE gehört zur Klasse der Polyhalogenolefine, zu der auch PCTFE (Polytrifluormonochlorethen) gehört.

Geschichte

Entgegen einer weitläufigen Meinung ist PTFE kein Nebenprodukt der Raumfahrt, die erst 1957 begann. Es wurde bereits 1938 von dem Chemiker Roy Plunkett durch Zufall entdeckt, als er auf der Suche nach Kältemitteln für Kühlschränke mit Tetrafluorethylen (TFE) experimentierte und vergaß, die Flasche mit dem Gas über Nacht kühl zu lagern. Am nächsten Tag hatte sich das Gas in PTFE umgewandelt. Nach seinem Entdecker heißt das noch heute gebräuchliche Herstellungsverfahren Plunkett-Verfahren. Dabei wird die Polymerisation bei hohem Druck mit Peroxiden eingeleitet. 1941 erhielt DuPont das Patent auf PTFE. Im Jahre 1943 fand PTFE erstmals technische Verwendung als Korrosionsschutz beim Atombombenbau. Teflon schützte dort die Gaszentrifugen und Rohrleitungen vor dem extrem korrosiven Gas Uranhexafluorid. Später beschichtete der französische Chemiker Marc Grégoire seine Angelschnur mit Teflon, um sie leichter entwirren zu können. Seine Ehefrau Colette kam 1954 auf die Idee, Töpfe und Pfannen zu beschichten.

Herstellung

PTFE wird aus Chloroform CHCl3 durch partielle Fluoridierung hergestellt, wobei zunächst Chlorfluormethan CHClF2 und Tetrafluorethen C2F4 erzeugt werden. Als Katalysator fungiert hierbei Antimon(V)-chloridfluorid (SbCl4F). CHCl3 + 2 HF → CHClF2 + 2 HCl
2 CHClF2 → C2F4 + 2 HCl
Tetrafluorethen wird anschließend einer radikalischen Polymerisation unter Druck unterzogen. Je nach Bedingungen ergeben sich unterschiedliche Molekül- und Partikelgrößen: n C2F4 → -[CF2]2n- Da diese Reaktionen stark exotherm ist und sich die Monomereinheiten bei hohen Temperaturen leicht explosiv zersetzen, wird die Polymerisation in Suspension durchgeführt. Strukturformel von PTFE: F F F F F | | | | | ··· -C-C-C-C-C- ··· | | | | | F F F F F

Eigenschaften

PTFE zeichnet sich durch mehrere Besonderheiten aus:
- PTFE ist sehr reaktionsträge. Selbst aggressive Säuren wie Königswasser können PTFE nicht angreifen. Der Grund liegt in der besonders starken Bindung zwischen den Kohlenstoff- und den Fluoratomen, da Fluor das Element mit der stärksten Elektronegativität ist. So gelingt es vielen Substanzen nicht, die Bindungen aufzubrechen und mit PTFE chemisch zu reagieren.
- PTFE hat einen sehr geringen Reibungskoeffizienten. PTFE rutscht auf PTFE ähnlich gut wie nasses Eis auf nassem Eis. Außerdem ist die