Strahlung und Datenübertragung

Wissenschaft Physik
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Hallo!

Ich habe 2 Fragen:

1.) Wie endsteht Strahlung? Sind alle Strahlungen im Grunde gleich? (Z.B. Infrarot, Bluetooth, WLAN, UV, X-Ray, etc.) Und woraus besteht Strahlung im Endeffekt?

2.) Wie geht digitale Datenübertragung von statten? Zustände werden ja in 1en und 0en eingeteilt, 1 an, 0 aus, bzw. 1 Strom, 0 kein Strom. Aber wie passiert das mit der digitalen Datenübertragung? wie kann ich z. B. ein Bild von einem Computer auf einen anderen schicken? das passiert doch nicht auch mit 1en und 0en? Dass würde ja ewig dauern…

Ich würde mich sehr über ausführliche Antwoten freuen,
Links, etc. wären auch klasse,
Vielen Dank schon mal im Voraus,
matze

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Hallo!

1.) Wie endsteht Strahlung? Sind alle Strahlungen im Grunde
gleich? (Z.B. Infrarot, Bluetooth, WLAN, UV, X-Ray, etc.) Und
woraus besteht Strahlung im Endeffekt?

Aaaalso…

Zu Deiner zweiten Frage: Ja und nein. Alle Strahlungsarten (zumindest diejenigen, die Du aufgezählt hast) sind insofern gleich, dass es sich um elektromagnetische Strahlung handelt, also - einfach gesagt - um elektrische und magnetische Felder, die mit hoher Frequenz ihr Vorzeichen wechseln. Sie unterscheiden sich vor allem in dieser Frequenz oder (was nahezu gleichwertig ist) in ihrer Wellenlänge. Um Dir eine Vorstellung zu geben:

Typische Fequenzen:
FM-Radio: ca. 100 MHz
Handy: ca. 1 GHz (= 1000 MHz)
Bluetooth: ca. 2,4 GHz
WLAN: ca. 5 GHz
sichtbares Licht: ca. 600 THz (= 600.000.000 MHz)
Röntgenstrahlen: einige Tausend PHz (= einige Billionen MHz)

Wie die Strahlung jeweils entsteht, hängt von ihrer Frequenz ab. Bei den „geringen“ Frequenzen der technischen Anwendungen braucht man einen Resonator. Im einfachsten Fall ist das eine Stabantenne. Die Abmessung des Resonators schrumpft aber mit steigender Frequenz. Für Licht oder noch höherfrequente Strahlung gibt es dann keine klassischen Resonatoren mehr. Diese Strahlung entsteht entweder durch die Schwingung von elektrischen Ladungen (zum Beispiel durch ihre thermische Bewegung) oder durch Übergänge in Atomen, Molekülen und Atomkernen. Einen Sonderfall stellt die Röntgenstrahlung dar, die durch das Abbremsen schneller Elektronen entsteht.

2.) Wie geht digitale Datenübertragung von statten? Zustände
werden ja in 1en und 0en eingeteilt, 1 an, 0 aus, bzw. 1
Strom, 0 kein Strom. Aber wie passiert das mit der digitalen
Datenübertragung? wie kann ich z. B. ein Bild von einem
Computer auf einen anderen schicken? das passiert doch nicht
auch mit 1en und 0en? Dass würde ja ewig dauern…

Das kommt darauf an, wie lange ein Takt (also eine Null oder eine Eins) tatsächlich dauert. Wie die Information bei den einzelnen Techniken jeweils verschlüsselt wird, weiß ich nicht. Da kennen sich andere Experten hier (auch in anderen Brettern) sicher besser aus.

Wenn es aber tatsächlich eine ganz banale serielle Folge von Nullen und Einsen (also Bits) wäre, dann würde bei einer Übertragungsrate von 54 Mbps ein Takt 1,8 * 10^-8 Sekunden dauern. Die Periodendauer beträgt bei einer Sendefrequenz fürs WLAN von 5 GHz 2 * 10^-10 s. Jeder Takt bestünde also aus rund 90 Schwingungsperioden. Das ist genügend Zeit um die Information von einem Bit zu übertragen.

(Wie gesagt: Ob’s technisch so einfach ist, weiß ich nicht. Theoretisch spricht jedenfalls nichts dagegen).

Du wirst sofort einsehen, dass die maximale Datenübertragungsrate durch die Senderfrequenz begrenzt ist. Deswegen kann man auf optischem Wege so viel schneller Information übertragen als auf elektrischem Wege.

Michael

P.S.: Ich hoffe, ich habe jetzt nicht allzuviel Müll erzählt, denn ich bin kein Elektrotechniker.

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Hi,

um elektrische und magnetische Felder,
die mit hoher Frequenz ihr Vorzeichen wechseln. Sie
unterscheiden sich vor allem in dieser Frequenz oder (was
nahezu gleichwertig ist) in ihrer Wellenlänge.

Also nichts anderes als Ionen, die ganz schnell hintereinander ihre Ladung wechseln? Stimmt das?
Und wenn ja, warum machen die das?

Für Licht oder noch höherfrequente
Strahlung gibt es dann keine klassischen Resonatoren mehr.
Diese Strahlung entsteht entweder durch die Schwingung von
elektrischen Ladungen (zum Beispiel durch ihre thermische
Bewegung) oder durch Übergänge in Atomen, Molekülen und
Atomkernen.

Die kann man dann nicht mehr „künstlich herstellen“?

Also sind alle digitalen Datenübertragung auf 1en und 0en zurückzuführen?

Du wirst sofort einsehen, dass die maximale
Datenübertragungsrate durch die Senderfrequenz begrenzt ist.
Deswegen kann man auf optischem Wege so viel schneller
Information übertragen als auf elektrischem Wege.

Was meinst du mit optischem Wege?

Danke für die schnelle Antwort!
Wie immer hat sie von meiner Seite aus neue Fragen aufgeworfen - was ja auch gut so st :wink:
Schöne Grüße,
matze

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Hallo!

um elektrische und magnetische Felder,
die mit hoher Frequenz ihr Vorzeichen wechseln. Sie
unterscheiden sich vor allem in dieser Frequenz oder (was
nahezu gleichwertig ist) in ihrer Wellenlänge.

Also nichts anderes als Ionen, die ganz schnell hintereinander
ihre Ladung wechseln? Stimmt das?

Nein, das geht ohne Materie: Das Magnetfeld kennst Du. Das war das mit Nord und Süd. Feldlinien führen stets vom Nord zum Südpol. Wenn nun diese Feldlinien hast, die ständig ihre Richtung ändern, hast Du ein magnetisches Wechselfeld. Gleich sieht es mit dem elektrischen Feld aus, nur zeigen hier die Feldlinien vom Plus- zum Minuspol. Nun sind beide Felder physikalisch so miteinader verzahnt, dass eine Änderung des einen Feldes das andere hervorruft: Um ein Elektrisches Feld umzupolen, muss ein Strom fließen. Der erzeugt ein Magnetfeld. Wenn sich ein Magnetfeld ändert (z. B. in einem Transformator), wird eine Spannung induziert. Es entsteht also ein elektrisches Feld.

Wenn man nun einen extrem hochfrequenten Wechselstrom erzeugt, so bildet sich in seiner Umgebung ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, das ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld hervorruft, welches ein hochfrequentes magnetisches Wechselfelt verursacht, das wieder ein hochfrequentes … :wink:

Auf diese Weise pflanzt sich das elektromagnetische Wechselfeld in den Raum fort. Und das nennen wir dann „Strahlung“.

Also sind alle digitalen Datenübertragung auf 1en und 0en
zurückzuführen?

„Digital“ bedeutet zunächst einmal, dass die Daten in feste Stufen zerhackt werden. In der Elektronik bietet es sich an, sich auf zwei Stufen zu beschränken: Strom fließt / Strom fließt nicht. Das nennt man dann „binär“ oder „dual“. Wenn man „digital“ sagt, meint man tatsächlich fast immer „binär“.

Was meinst du mit optischem Wege?

Licht, also z. B. Datenübertragung in einem Glasfaserkabel.

Michael

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Hallo,

und umso schneller diese Frequenz ist, umso Energiereicher ist sie?
Also hat UV eine hohe Frequenz!?!?

Was passiert mit Materie in so einem Elektrischem Feld?

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Hallo!

und umso schneller diese Frequenz ist, umso Energiereicher ist
sie?

Ja.

Also hat UV eine hohe Frequenz!?!?

Eine höhere als sichtbares Licht, aber eine niedrigere als Röntgenstrahlung oder Gamma-Strahlung.

Was passiert mit Materie in so einem Elektrischem Feld?

Du meinst wahrscheinlich: Was passiert mit Materie unter dem Einfluss elektromagnetischer Strahlung? Richtig?

Tut mir leid, Matze, aber diese Frage werde ich Dir nicht beantworten. Da müsste ich 100 Seiten schreiben und wäre dann immer noch nicht fertig. Tatsächlich fällt mir im Moment überhaupt keine umfangreichere Frage aus dem Gebiet der Physik ein!

Michael

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Du meinst wahrscheinlich: Was passiert mit Materie unter dem
Einfluss elektromagnetischer Strahlung? Richtig?

Tut mir leid, Matze, aber diese Frage werde ich Dir nicht
beantworten. Da müsste ich 100 Seiten schreiben und wäre dann
immer noch nicht fertig. Tatsächlich fällt mir im Moment
überhaupt keine umfangreichere Frage aus dem Gebiet der Physik
ein!

Ja, genau das meinte ich… :wink:
Gibts da irgendwelche Fachbegriffe außer „Materie unter der einwirkung elektromagnetischer Strahlung“?
Kennst du irgendwelche Links oder vllt sogar Ebooks?
Ich würde nämlich trotzdem gerne mehr darüber erfahren :smile:

Matze

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Hallo!

Gibts da irgendwelche Fachbegriffe außer „Materie unter der
einwirkung elektromagnetischer Strahlung“?

Induktion, Resonanz, Hertzscher-Dipol, Reflexion, Totalreflexion, Tunnel-Effekt, Transmission, Absorption, Lambert-Beersches-Gesetz, Rayleigh-Streuung, Mie-Streuung, Brechung, Doppelbrechung, Dispersion, Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Fotoeffekt, Foto-Ionisation, innerer Fotoeffekt, Fotochemie, Albedo, Schwarzer Strahler, Plancksches Strahlungsgesetz, Stefan-Boltzmann-Gesetz, Auger-Effekt, Compton-Effekt, Foto-Akustik, Röntgen-Beugung, Röntgen-Floureszenz, Debye-Scherrer, Schwingungs- und Rotationsbanden, Maser, Laser, Paar-Erzeugung, Kernspin-Resonanz, Zeemann-Effekt, …

(nur um einige wenige zu nennen)

Deine Frage ist deswegen so schwer zu beantworten, weil sie einen wesentlichen (wenn nicht den größten) Teil der modernen Physik ausmacht. Da kann man schon mal drei oder vier Semester eines Physik-Studiums drauf verwenden, ohne dass es einem langweilig wird!

Einen kurzen, für Laien lesbaren und dennoch nicht trivialen Einstieg in das Thema liefert z. B. „QED - Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie“ von R. Feynman. Allerdings umfasst auch diess Buch nur einen winzigen Ausschnitt aus dem ganzen Thema und klammert z. B. die gesamte klassische Physik aus.

Wenn Du einen tatsächlich fachlichen Einstieg möchtest, kannst Du im Prinzip jedes Physik-Buch heranziehen.

Michael

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OK das klingt sehr umfangreich…

Aber der Körper sondert doch auch Wärmestrahlung ab, ist das auch elektromagnetische Strahlung?

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Ja. (owt)
.

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Hallo!

An Michael Bauer: ich erkenne deine Antworten voll an, habe aber jetzt keine Zeit alle durchzulesen, also sorry wenn ich Antworten gebe, die du schon gebracht hast.

Ich habe 2 Fragen:

1.) Wie endsteht Strahlung?

Also du meinst sicher Wellenstrahlung, bzw. elektromagnetische Strahlung, siehe hierzu Wikipedia: elektromagnetische Welle.
Also sie kann durch Hitze(Glühbirne), sich zeitlich ändernden Strom(Antenne), Vorgänge in der Atomhülle (Leuchtdiode) und ein paar weiteren Effekten entstehen, in den Klammern lediglich Beispiele.

Sind alle Strahlungen im Grunde
gleich? (Z.B. Infrarot, Bluetooth, WLAN, UV, X-Ray, etc.)

Also Infrarot mit Bluetooth zu vergleichen ist genauso als wenn ich die Sprache Englisch mit Göthes Faust vergleiche.
Infrarot ist eine Strahlung aus dem elektromagnetischen Spektrum, Bluetooth ist ein Datenübetragungsstandard.
Ein Infraroter Datenübertragungsstandard war glaub ich „IrDa“ oder so, den kannst du mit Bluetooth vergleichen.

Also Infrarot, UV, X-Ray, sichtbares Licht, usw. sind alles Teil des elektromagnetischen Spektrums.
Bluetooth, WLAN, GSM, UMTS sind Datenübertragungsstandards, die aber mit Strahlung aus dem elektromagnetischen Spektrums funktionieren, genauso wie Göthes Faust auf deutsch geschrieben ist(mmmh, blödes Beispiel).

Und
woraus besteht Strahlung im Endeffekt?

Aus der zeitlichen Änderung der Felder die uns mehr oder weniger durchdringen.

2.) Wie geht digitale Datenübertragung von statten? Zustände
werden ja in 1en und 0en eingeteilt, 1 an, 0 aus, bzw. 1
Strom, 0 kein Strom. Aber wie passiert das mit der digitalen
Datenübertragung? wie kann ich z. B. ein Bild von einem
Computer auf einen anderen schicken? das passiert doch nicht
auch mit 1en und 0en? Dass würde ja ewig dauern…

Warum würde das ewig dauern mein Freund?
Schon im Megahertzbereich ändert sich der Zustand 1Million mal pro Sekunde, man könnte also theoretisch mit einem Megahertz 1 Million Bits pro Sekunde übertragen.
So einfach ist es natürlich nicht, das Schlüsselwort der Nachrichtentechnik heißt MODULATION, dabei wird ein Nutzsignal, in der Digitaltechnik eine Bitfolge, einem (höherfrequenten) Trägersignal überlagert. Das bringt viele Vorteile, zum Beispiel humane Antennen, viele verschiedene Freuquenzbereiche usw.

Informiere dich doch einfach mal über die gute alte Amplitudenmodulation, du wirst sehen, dass es tierisch kompliziert ist, aber anhand von Bildern und Grafiken wirst du sehen, wie es inetwa funktioniert.

Ich würde mich sehr über ausführliche Antwoten freuen,
Links, etc. wären auch klasse,
Vielen Dank schon mal im Voraus,
matze