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Funklehrgang   FF Berliner Tor            Thema:  Physikalische Grundlagen

 

Die große Wichtigkeit des Funkverkehrs im Feuerwehrdienst steht außer Frage. Jeder Feuerwehrmann weiß wie schnell der Funkverkehr lebensnotwendig werden kann, wenn es z.B. darum geht weitere Rettungskräfte zu alarmieren. Wer aber weiß, was in einer solchen "lebensbedrohlichen" Situation zu tun ist, wenn der Funkverkehr plötzlich abbricht? Der Sprechfunker weiß, wo der Fehler liegen kann und welche Maßnahmen er zu ergreifen hat, da er über die nötigen Kenntnisse zur Funktionsweise des Funkverkehrs verfügt. Ziel dieser Lehreinheit physikalische Grundlagen ist es, den Teilnehmer in die Lage zu versetzten, die Funktionsweise des Funkverkehrs zu verstehen, Probleme zu erkennen und zu beseitigen.

 

Wir werden sehen, daß die Funkerei auf sehr komplizierten physikalischen Zusammenhängen beruht. Um uns eine erste Vorstellung von der Funktionsweise zu verschaffen, wollen wir den Funkverkehr mit einer Brieftaube vergleichen. Die Taube macht den Datenaustausch zwischen zwei Stationen möglich; sie verbindet zwei Stationen miteinander. Man muß der Taube jedoch die Daten oder Informationen mit auf den Weg geben, indem man ihr ein Täschchen umhängt, in dem die Information enthalten ist. Die Art der Information wird den Flug der Taube nicht beeinflussen, wohl aber äußere Umstände, wie das Wetter. Den Vergleich mit der Brieftaube stets im Hinterkopf, werden wir uns nacheinander mit folgenden 4 Punkten befassen.

 

Was verbindet zwei Antennen miteinander?

                        - Funkstationen A und B

            *Brieftaube fliegt von A nach B

                        - Taube fliegt immer nach hause, nicht unmittelbar beeinflussbar.

 

Wie werden die Informationen durch diese Verbindung geschleust?

                        - Sprache = Information

            *Brieftaube bekommt Täschchen mit Informationen umgehängt

 

Welche äußeren Einflüsse wirken auf die Verbindung?

            *Welche Einflüsse (Wetter, Gefahren, Berge,..) ändern das Verhalten der Taube?

                        - Natur, vom Menschen geschaffene Einflüsse

 

Wie können Wir eine Verbindung optimieren?

            *Vitamine und Rohkost für die Taube?

 

           

2.         Was verbindet zwei Antennen miteinander

 

Im Alltag spricht man von Funkwellen. Wir wollen nun herausfinden, was das eigentlich für Wellen sind und was diese "Funkwellen" denn von anderen Wellen, die wir kennen, unterscheidet. Die Wellen können in  a) mechanische Erscheinungen und b) elektromagnetische Erscheinungen eingeteilt werden

 

            mechanische Erscheinungen           elektromagnetische Erscheinungen

            *Schallwellen                                   *Funkwellen              *Mikrowellen

            *Wasserwellen                                 *Licht                        *Röntgenstrahlen

            *Ultraschall                                      *Gammastrahlen       *Wärmestrahlung

a)        mechanische Wellen

 

Schall- und Wasserwellen gehören zu den mechanischen Wellen. Am Beispiel des Lautsprechers kann man sich die Funktionsweise der Schallwellen gut verdeutlichen. die Folgende Abbildung zeigt einen Lautsprecher, der Aus einem Dauermagneten und einer Schwingspule, die fest mit der Lautsprechermembran verbunden ist, besteht. Sobald die Schwingspule von Strom durchflossen wird, bewegt sich diese im Magnetfeld des Dauermagneten und versetzt die Membran in Schwingungen. Aus dem Brandschutz wissen wir, daß die Luft hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff besteht; das sind winzigste Partikel, auch Moleküle genannt, die sich frei in der Luft umherbewegen können. Diese Moleküle werden von der Lautsprechermembran angestoßen und in Schwingungen versetzt, so daß sie sich wellenförmig hin und her bewegen. Die Moleküle stoßen sich aber auch gegenseitig an und versetzen ihre Nachbarmoleküle in Schwingungen, usw. So bewegt sich die Schallwelle mit Hilfe der Moleküle durch den Raum. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit kann dabei nicht schneller sein, als sich die Moleküle selber bewegen, sie beträgt bei normaler Temperatur und Luftdruck ca. 300 Meter pro Sekunde. Da die Moleküle die Wellen sozusagen übertragen, kann man sich denken, was Vakuum für Konsequenzen hat: Schallwellen können sich nicht ausbreiten. Auch Wasserwellen sind mikroskopisch gesehen nichts anderes, als geordnete, synchrone Bewegung von Molekülen.

 

Abb. 3     Erzeugung von Schallwellen

 

 

Während die mechanischen Wellen ein sehr anschauliches Bild von sich geben, sind die elektromagnetischen Wellen eine äußerst abstrakte und Komplexe Erscheinung, dessen Verständnis tiefere physikalische Kenntnisse erfordert. Jedoch soll uns eine ungefähre Vorstellung von der Funktionsweise dieser elektromagnetischen Wellen genügen.

 

 

b) elektromagnetische Wellen

 

Im Jahre 1860 deckte der Physiker Maxwell das volle Geheimnis der elektromagnetischen Wellen auf, ohne eine einzige davon überhaupt nachgewiesen, bzw. erzeugt zu haben. Er postulierte folgende 4 Gleichungen (Maxwell Gleichungen, siehe Abb.4), die das Funktionsprinzip der elektromagnetischen Wellen vollständig erklären. Erst 1887 entdeckte der Physiker Hertz die elektromagnetischen Wellen  und bewies damit die von Maxwell vermutete Existenz der elektromagnetischen Wellen. Wir Feuerwehrmänner nehmen die Gleichungen mit Interesse zur Kenntnis, schmieden uns aber lieber unser eigenes, vereinfachtes Bild der Elektromagnetischen Wellen .