Tesla’s Theorie der elektromagnetischen Wellen

1440 schrieb:Das was ich mit der Strahlungsdichte auf höheren Frequenzen, also kürzeren Wellenzüge meine, wird direkt im Plancksches Strahlungsgesetz beschrieben

Da sich das Plancksche Strahlungsgesetz eher auf die Frequenzabhängkeit der elektromagnetischen Strahlungsleistung bezieht, gehe ich einfach mal davon aus, dass du mit "Strahlungsdichte" im Grunde die "Strahlungsleistung" gemeint hast, zu der dann auch die genannten "Leistungspegel" viel besser passen, als zur "Strahlungsdichte".

Sorry, ich bin nun mal ein Begriffs-Fetischist, da ich die Erfahrung gemacht habe, dass jegliche Verständigung unmöglich ist, wenn keine gemeinsame Begriffsbasis existiert. Wenn man sein Gegenüber verstehen will, ist es einfach unabdingbar, dass die Bedeutung der verwendeten Begriffe zweifelsfrei klar ist, ... und selbst dann bleibt es immer noch eine Herausforderung. :)

Peter0167 schrieb:Sorry, ich bin nun mal ein Begriffs-Fetischist

Alles gut, kein Problem :-)
Das Thema ist genau genommen schon sehr sehr komplex, zumal man es gleichzeitig auch noch mit einigen Mathematischen Formeln zu tun hat.

Genau genommen hätte ich statt Strahlungsdichte "Zustandsdichte" sagen müssen (so wie es dort auch steht). Wenn ich aber weiß um welches Medium es sich handelt und auch explizit um welche Wellenlänge, dann nenne ich das Strahlungsdichte. So habe ich das zumindest mal gelernt :-) Zustandsdichte könnte dann ja auch ein bestimmter Aggregatzustand einer Flüssigkeit sein.

Die Strahlungsleistung hat erst einmal überhaupt nichts mit der Zustandsdichte (Strahlungsdichte) zu tun, weil dieser Wert lediglich die abgestrahlte Leistung in Bezug auf Dipol angibt und wird fast immer in ERP angegeben.
Effectiv Radiated Power
Manchmal auch in EIRP
Effectiv Isotope Radiated Power

1440 schrieb:Genau genommen hätte ich statt Strahlungsdichte "Zustandsdichte" sagen müssen

Verstehe ich immer noch nicht. Scheint so, als wärst du irgendwie "dichtefixiert".

Mir ging es nur um deine ursprüngliche Aussage:

1440 schrieb:Die Strahlungdichte erhöht sich grundsätzlich mit zunehmender Frequenz

Da ich bei der Strahldichte keine Frequenzabhängigkeit erkennen konnte, sondern nur bei der spektralen Strahldichte, und dort auch nur genau andersherum als du es beschrieben hast, kam mir der Gedanke, dass vielleicht die Strahlungsleistung gemeint sein könnte, denn dort liegt tatsächlich eine Frequenzabhängigkeit vor.

Allerdings sehe ich auch dort die genannte "Grundsätzlichkeit" nicht so ganz, da es bei steigender Frequenz genausogut auch mit der Leistung herunter gehen kann. Das Plancksche Strahlungsspektrum weist z.B. bei der thermischen Strahlung eines Schwarzen Körpers ein Leistungsmaximum bei einer bestimmten Frequenz auf, über bzw. unter dieser Frequenz sinkt hingegen die Strahlungsleistung.

Und jetzt wird aus der Strahldichte plötzlich eine "Zustandsdichte". Da ich diesen Begriff nicht kannte (bin schließlich doof :)), musste ich googeln...

Die Zustandsdichte D ( E ) {\displaystyle D(E)} D(E) bzw. D ( ω ) {\displaystyle D(\omega )} D(\omega) (engl. density of states, abgekürzt DOS) ist eine physikalische Größe, die angibt, wie viele Zustände pro Energieintervall d E {\displaystyle \mathrm {d} E} {\mathrm {d}}E bzw. pro Frequenzintervall d ω {\displaystyle \mathrm {d} \omega } {\mathrm {d}}\omega in einem physikalischen System existieren.

Wikipedia: Zustandsdichte

Also, die Zustandsdichte gibt an, wieviel Zustände pro Frequenzintervall in einem phys. System existieren. Ob diese Anzahl von Zuständen mit steigender Frequenz nun ebenfalls ansteigt, geht daraus nicht hervor, da die sich ja immer nur auf ein Frequenzintervall bezieht.

Aber wenn du nun wirklich die Zustandsdichte gemeint hast, die sich grundsätzlich bei zunehmender Frequenz erhöht, hast du ja vielleicht auch eine Formel zur Hand, aus der das tatsächlich so eindeutig hervorgeht. Vielleicht kann ich es dann besser verstehen, auch wenn die Komplexität der mathematischen Struktur mich so langsam zu überfordern scheint. :D

@Peter0167:

Peter0167 schrieb:Die Einheit der Strahldichte (oder auch Strahlungsdichte) ist .... W / (m2 sr)

Das "sr" ist irgendwelcher Winkelkram, m2 ist eine Fläche, und W bedeutet Watt, also die gute alte Leistung.

Und an dieser Stelle war ich verwirrt, da die Frequenz scheinbar nicht auftaucht, ...

Das ist ganz einfach. Die Frequenz steckt bereits in den Watt (wobei es keine einheitliche Frequenz sein muss, das Ganze gilt auch für beliebige Frequenzgemische). In die Berechnung der Strahldichte geht die Strahlungsleistung ein, und in die geht wiederum die Frequenz (oder die Frequenzen) ein.

Die spektrale Strahldichte braucht man an dieser Stelle eigentlich nicht.

@uatu

Danke! Jetzt habe selbst ich das begriffen.

Bleibt nur noch die Frage, ob die Strahlungsleistung grundsätzlich mit steigender Frequenz zunimmt, oder ob sie auch abnehmen kann...?

Peter0167 schrieb:Bleibt nur noch die Frage, ob die Strahlungsleistung grundsätzlich mit steigender Frequenz zunimmt, oder ob sie auch abnehmen kann...?

Blöde Frage! Einfach wieder vergessen, ich hatte da ein falsches Bild (Diagramm) vor Augen, was auf dieses Problem nicht anwendbar ist. :(

Peter0167 schrieb:Blöde Frage!

Das ist keine blöde Frage!

Foren sind dazu da, jede mögliche Frage zu beantworten und bestenfalls in eigener Leistung und Wissen möglichst "Barfuß" zu erarbeiten. Links raussuchen kann heutzutage jeder und zwar passend für fast alle Meinungen. Aus dem Grund habe ich für mich selbst lange gewartet, um meine Aussagen zu untermauern. Vielen scheint das wichtig zu sein. Darauf kommt es mir selbst im Wissenschaftlichen Bereich nicht einmal darauf an, wenn die "Ausflüge" nicht zu groß werden, denn das alte Wissen, worauf auch heute noch unfassbar viel beruht, kann sowieso jeder nachlesen, wenn man die Zeit und Lust dazu hat.
Und wenn man nicht die Zeit hat oder etwas nicht versteht, dann wird das halt in Foren beantwortet und darüber diskutiert.
Niemand muß sich hier für etwas entschuldigen.

Mir kommt noch in den Sinn gibt eine Formel, die beweist das effiziente elektromagnetische Energieübertragung im Fernfeld, mit niedriger Frequenz nicht möglich ist?

Es gibt doch die Formel E = h mal Frequenz, das heißt mit steigender Frequenz wird mehr Energie übertragen
aber gilt das nur für Transversale Wellen(Mikrowellen) , was ist mit longitudinalen elektromagnetischen Wellen?

Ich gebe zu als Wissenschaftler muss man auch kritisch denken können

Grüße
Markus

@mark07:

mark07 schrieb:Mir kommt noch in den Sinn gibt eine Formel, die beweist das effiziente elektromagnetische Energieübertragung im Fernfeld, mit niedriger Frequenz nicht möglich ist?

Je niedriger die Frequenz ist, um so grösser ist die Wellenlänge, und um so grösser muss i.d.R. die entsprechende Sendeantenne sein. Deshalb sind ELF- (Extremely Low Frequency) Sendeantennen zur Kommunikation mit U-Booten riesige Anlagen. Das ist für die meisten Zwecke ziemlich unpraktisch.

mark07 schrieb:was ist mit longitudinalen elektromagnetischen Wellen?

Es gibt keine longitudinalen elektromagnetischen Wellen im allgemein üblichen Sinne, auch wenn das in der pseudowissenschaftlichen Szene (in Einzelfällen sogar von Leuten mit Professorentitel) immer wieder behauptet wird. Zu entsprechenden Behauptungen gibt es umfangreiche seriöse Widerlegungen, u.a. hier und hier. Es gibt longitudinale elektromagnetische Wellen in einigen wenigen Sonderfällen wie Plasmawellen oder den von Dir erwähnten Zennek-Wellen, die jedoch nur unter sehr speziellen Bedingungen auftreten, und deshalb für eine praktische Anwendung zur Energieübertragung völlig irrelevant sind.

Das von Dir erwähnte Unternehmen Viziv Technologies (Archiv-Version vom 24.04.2022), das behauptet hatte, Energie mittels Zennek-Wellen übertragen zu können, hat inzwischen die Realität eingeholt: Das Unternehmen hat am 07.10.2020 Bankrott angemeldet (da ist wohl ein Update bei Psiram fällig).

Korrektur: Es heisst Zenneck-Wellen, nicht Zennek-Wellen, wie ich fälschlich schrieb.

Es gibt genau ein Experiment, bei dem Tesla die Übertragung von Energie über eine nennenswerte Entfernung beschreibt. Dieses Experiment fand während seiner Zeit in Colorado Springs von 1899-1900 statt. Im Juni 1900 schrieb Tesla dazu in einem sehr bekannten Zeitschriftenartikel:

Note to Fig. 7. — The photograph shows three ordinary incandescent lamps lighted to full candle-power by currents induced in a local loop consisting of a single wire forming a square of fifty feet each side, which includes the lamps, and which is at a distance of one hundred feet from the primary circuit energized by the oscillator.

(Nikola Tesla: "The Problem of Increasing Human Energy" -- Hervorhebung von mir)

Er gibt also an, drei Glühbirnen im Abstand von ca. 30 m vom Sender zum Leuchten gebracht zu haben. Dabei muss man berücksichtigen, dass er dafür einen riesigen Sender (die grösste Tesla-Spule, die jemals gebaut wurde) und eine Sendeleistung im kW-Bereich verwendet hat. Diese Energieübertragung lässt problemlos im Rahmen der etablierten Physik erklären, daran ist also nichts aussergewöhnliches.

In einer PN-Diskussion mit @Miky trat allerdings eine merkwürdige Diskrepanz zu Tage. W. Bernard Carlson gibt nämlich in seiner Tesla-Biographie "Tesla: Der Erfinder des elektrischen Zeitalters" (übrigens m.E. eine der besten Tesla-Biographien, weil Carlson im Gegensatz zu den meisten anderen Tesla-Biographen einen naturwissenschaftlich/technischen Hintergrund hat) nur ca. 18 m Entfernung für dieses Experiment an. Carlson gibt als Quelle Tesla's Colorado Springs Notes (ein Forschungstagebuch, das Tesla während seiner Zeit in Colorado Springs geführt hat) an. Da steht tatsächlich:

XVII. Photograph showing once more the same with three lamps as before, the lamps being placed on black cloth to improve effect. These photographs were taken under the following conditions:
A cord of section equal to that of wire No. 10 was laid on the field in the form of a square of 62' 5" = 749" = 1902.5 cm side, the center of the square being from the center of the primary loop of the oscillator in the laboratory a little over 60 feet = 720" = 1830 cm.

(Nikola Tesla: "Colorado Springs Notes 1899-1900", S. 343 -- Hervorhebung von mir)

Tesla widerspricht sich also selbst, und gibt für das gleiche Experiment einmal ca. 18 m und einmal ca. 30 m an. 30 m wären zwar m.E. ebenfalls glaubwürdig, der Umstand, dass die Colorado Springs Notes zeitnäher entstanden sind, spricht aber dafür, dass es tatsächlich nur 18 m waren.

Interessant. Aber da sieht man schon, dass diese Ideen ne nette Spielerei sind, aber nicht im großen Stil umgesetzt werden können. Eine Sendeleistung im KW Bereich, nur um ne Glühbirne an den start zu bringen. Also einen Wirkungsgrad im Promillebereich.

Ich fänds mal spannend zu sehen, was die Esoterikecke davon hält. Teslas wirre Ideen haben da ja teilweise einen guten Ruf, und dann könnte man sich ja die ganzen Stromkabel sparen, womit der Elektrosmog reduziert wird, oder so ähnlich...

uatu schrieb:Tesla widerspricht sich also selbst, und gibt für das gleiche Experiment einmal ca. 18 m und einmal ca. 30 m an.

Vielleicht ist es ja nur Zufall, aber wenn du 3 Glühlampen jeweils im Abstand von 18m vom Sender so platzierst, dass sie ein gleichseitiges Dreieck aufspannen, dann beträgt der Abstand der Lampen untereinander ca. 31m. :)

@Peter0167: Nee, die Glübirnen waren direkt nebeneinander:

Original anzeigen (0,5 MB)

uatu schrieb:die Glübirnen waren direkt nebeneinander:

Das war aber sehr gewagt von Tesla, alle 3 Lampen so dicht beieinander zu platzieren. Das weiß doch heute jedes Kind, dass bei einseitig konzentrierter Last das Tesla-Feld aus der Nullpunkt-Phase verschoben wird, was wiederum zu Fluktuationen im Resonanzgitter führen kann, die dann die schöne neue Tesla-Spule in den Hyperraum katapultieren würden, insofern sie nicht vorher schon in einen Dimensionswirbel gezogen wird, und zusammen mit energetisierten Tachyonen als feinstofflicher Partikelstrom über die gesamte Dimensions-Barriere verteilt wird. Und für diese Sauerei will selbst Tesla bestimmt nicht verantwortlich sein. :D

Für diejenigen, die Interesse daran haben, tief in die Thematik einzusteigen: Eine hervorragende, sehr ausführliche (über 80 Seiten umfassende) Analyse zu der immer wieder anzutreffenden Behauptung, dass Tesla der Erfinder des Radios (bzw. der praktischen Nutzung von Radiowellen zur Kommunikation) sei:

Nikola Tesla’s Priority in the Discovery of Radio (pdf)

Ich halte den Text für sehr empfehlenswert, weil z.T. auch in der seriöseren Tesla-Literatur anzutreffende Mythen richtiggestellt werden.

Na na na, macht den Herrn Tesla mal nicht so schlecht. Die Post direkt nach dem Eingang fand ich schon sehr merkwürdig.

Er hat sich grundsätzlich erst einmal mit etwas ganz anderen beschäftigt. Die grundsätzlichen Dinge. Später erst hat er sich "zwischendurch" auch mit den elektromagnetischen Wellen befaßt, das war aber nicht sein Hauptgebiet! Zu der Zeit waren ein Marconi, Slaby und Andere in dem Bereich wesentlich besser vertraut. Aber die beiden Bereiche, womit er und die "Anderen" sich beschäftigt haben, kann man so direkt nicht vergleichen, wenn man die damaligen Zeiten berücksichtigt. Tesla ist für mich ein genialer Ingenieur seines Faches. Man muß die Zeit sehen und was die alles überhaupt ausprobieren mussten, um so weit zu kommen.


Ich wäre gerne dabei gewesen. Zb auch die ersten Versuche und die liefen ja fast Zeitgleich. Wenn es um HF geht in England und in Dl (Berlin und Potsdam.)
Absolut bahnbrechende Errungenschaften. Schlagwort Knallfunkensender/Löschfunkensender/Maschinensender usw.

Eine der ältesten Grundstücke einschließlich Goßfunkstelle der Welt steht heute noch in Nauen und ist in Betrieb. Auf dem Grund, vorher experimentell in der Umgebung, wurde nicht nur bis zur Vergasung rumexperimentiert, sondern absolut Geschichte geschrieben.
Sehr markant ist die alte Sendeantenne für Kurzwelle aus den 70 er der DDR Zeit mit 45 Grad Neigung. Steht etwas abseits zu den heutigen.

Alle Erfindungen, und dazu gehört auch ein Tesla zu jener Zeit, waren absolut Bahnbrechend und der einzige Grund, warum wir hier überhaupt im Internet alles vollspamen können, verdanken wir eigentlich jenen Herrschaften, weil praktisch sehr viel auf dem Wissen basiert.
Ehrfurcht ist bei mir definitiv immer dabei, wenn ich an diese Herrschaften denke.


Zurück zum Thema.

Eine Glühlampe drahtlos zum Leuchten zu bringen ist heute wie damals kein Problem. Sender mit 100W auf einer möglichst tiefen Frequenz reicht aus, um das Ding in 10m und mehr zum leuchten zu erregen. Gas gefüllte Lampen, Neon, Halogen, Xenon, usw. eignen sich besonders gut, weil die Spannung unten "Niederfrequenz" sehr hoch ist und ausreicht, dass Gas zu "Zünden". Nicht den Glühfaden! 10 oder 30m spielen doch überhaupt keine Rolle und tut auch nicht wirklich etwas zur Sache. Es kommt nur auf die Leistung an. Man wußte damals schon eindeutig, worauf es ankommt. Die Technik war da. Insbesondere hat man ab einem bestimmten Zeitpunkt fast nur noch versucht, sie zu verbessern, was übrigens heute noch der Fall ist.


Einiges ist allerdings dennoch sehr problematisch bzw aufschlussreich. Wir haben damals einen Versuch auf dem 10m Band (28-29Mhz) mit einer 0,5 KW Endstufe probiert. 4 Meter neben der 5/8 Sendeantenne haben wir exakt eine gleiche 5/8 Antenne empfangsseitig direkt invertet in ein Leistungsmessgerät mit Abschlußwiederstand "gejagt" und mal stumpf die Leistung gemessen, was denn überhaupt noch ankommt. Zu unserem Erstaunen standen nach 4 Meter immer noch 25 von denn 500 Watt an, was ich persönlich schon sehr viel finde.
Diesen Versuch kann man rein theoretisch auf jede Frequenz und jedes Band umrechnen und dann kommt man sehr schnell zu der Erkenntnis, dass ich natürlich Energie über eine bestimmte Strecke übertragen kann, dass ganze aber grundsätzlich IMMER mit Verlusten einher geht.

Das bedeutet, das mit dem Aufbau nach 4 Metern schon 13db fehlten. Die Limitierung des Signals liegt auf dem Band nach 4 Metern also mind bei - 20 fache Leistung. Mit 2 abgestimmten Halbwellen, wäre die Spannung wohl noch höher gewesen, weil eine 5/8 immer Steilstrahlung aufweist.
Ich spare mir jetzt einmal die Strahlungsdiagramme einer 5/8 und eines Halbwellen - Strahlers.


Worauf ich letztendlich hinaus möchte ist die Tatsache, dass grundsätzlich schon im Nahfeld einiges passiert und zwar dermaßen nachhaltig, und das schon nach einigen Metern.
Und genau das, hat damals schon unser Versuch nachgewiesen. 13 db sind die 20 Fache Leistung minus auf 4m Entfernung im 10m Band.

Hoher Frequenzbereich, keine Frage. Man kann das jetzt aber soweit nach unten und oben "Hochrechnen".

Der Vergleich hinkt jetzt, weil die Antennen jeweils nur auf einem Band absolut abgestimmt waren.
Auf nen abgestimmten Dipol für 80m (3,7mhz) gut 40m lang (1/2 Lambda), hatte ich einmal einen verkürzten für 160m 1,8mhz (Verkürzter Dipol - L - ca. 1/4 Lambda) ebenfalls 40m lang, parallel aufgehängt. Beide symmetriert und mit Mantelwellensperren versehen. Abgestimmte LC Glieder.

100w auf dem Dipol für 80m erzeugten dennoch auf den für 160m in 10m Entfernung auf jeden Fall mehr als 20w, mit dem gleichen Messverfahren wie oben beschrieben für das 10m Band.

Finde ich schon sehr gut und das untermauert auf jeden Fall die These, was man eigentlich schon immer wußte.....

@1440: Du hast offensichtlich nur sehr vage Vorstellungen davon, womit genau Tesla sich wann genau beschäftigt hat.

1440 schrieb:Er hat sich grundsätzlich erst einmal mit etwas ganz anderen beschäftigt. Die grundsätzlichen Dinge. Später erst hat er sich "zwischendurch" auch mit den elektromagnetischen Wellen befaßt, das war aber nicht sein Hauptgebiet! Zu der Zeit waren ein Marconi, Slaby und Andere in dem Bereich wesentlich besser vertraut. Aber die beiden Bereiche, womit er und die "Anderen" sich beschäftigt haben, kann man so direkt nicht vergleichen, wenn man die damaligen Zeiten berücksichtigt.

Tesla hat sich ungefähr von 1897 bis 1905 den allergrössten Teil seiner Zeit mit drahtloser Signal- und Energieübertragung beschäftigt. Bei dem gesamten Aufenthalt in Colorado Springs von 1899-1900 ging es nahezu ausschliesslich um dieses Thema. Allerdings nicht im Sinne von elektromagnetischen Wellen, von denen Tesla völlig falsche Vorstellungen hatte, wie u.a. aus seinem bekannten Artikel "The True Wireless" von 1919 deutlich hervorgeht. Eine ausführliche Analyse dazu findet sich hier: "Paradigm Lost: Nikola Tesla’s True Wireless" (pdf). Tesla's Vorstellungen von drahtloser Signal- und Energieübertragung beruhten hauptsächlich auf der Übertragung durch die Erde, und als nachrangige Alternative durch die Stratosphäre (zwischen Sendern und Empfängern, die mittels Ballons auf der entsprechenden Höhe gehalten werden). In nahezu allen Patenten, die Tesla in dieser Zeit (beginnend Mitte 1898) angemeldet hat, geht es direkt oder indirekt um drahtlose Signal- und Energieübertragung. Dieser Themenbereich war also in dieser für die Entwicklung der Radiotechnik entscheidenden Zeit sehr wohl Tesla's Hauptgebiet. Aufgrund völlig falscher theoretischer Vorstellungen konnte er allerdings nahezu keine praxisrelevanten Ergebnisse vorweisen, und fiel mehr und mehr hinter den allgemeinen Entwicklungsstand zurück. Nach 1900 hat Tesla kaum noch etwas relevantes zur Elektrotechnik beigetragen.

uatu schrieb:Tesla hat sich ungefähr von 1897 bis 1905

Viel zu kompliziert gedacht. Deswegen habe ich doch extra Marconi, Slaby usw angesprochen, damit das eben NICHT verwechselt wird.

@1440
Was möchtest Du eigentlich konkret aussagen?