Ich habe in das Bild schon gleich die Lösung eingezeichnet. Es entsteht ein B-Feld und ein E-Feld im Raum neben der Platte, die sich beide gemeinsam nach rechts (und nach links) ausbreiten. Die Grenzlinie, bei der die Felder von Null verschieden sind, bewegt sich mit Geschwindigkeit c von der Platte weg.
Qualitativ kann man schnell sehen, dass die Lösung so aussehen muss: Um den Strom herum bildet sich ein Magnetfeld wie im letzten Teil. Wäre es nur ein Draht, wäre das Magnetfeld ringförmig, aber alle Anteile, die nicht exakt nach oben in y-Richtung zeigen, werden von den Magnetfeldern aufgehoben, die die drüber- und drunterliegenden Ströme erzeugen. Deshalb bleibt nur der Anteil in +y-Richtung übrig. Wie bei unserer Welle im 3. Teil breitet sich hier das Ende nach rechts aus. Mit unseren Maxwellgleichungs-Schleifen könnten wir nachrechnen, dass sich am Ende, wo die Welle sich ausbreitet, ja das Magnetfeld ändert, also muss dort ein passendes elektrisches Feld entstehen. Andersrum ändert sich auch das elektrische Feld, also muss es ein Magnetfeld geben – die beiden bedingen sich gegenseitig.
Es breitet sich also ausgehend von unserer Platte ein konstantes EM-Feld nach rechts aus.
Jetzt betrachten wir eine um 180Grad gedrehte Situation – der Strom fließt jetzt in +x-Richtung. Drehen wir die Lösung entsprechend, ergibt sich:
Und jetzt nehmen wir erst den einen, dann den anderen Fall. Wir bekommen also erst ein elektrisches Feld in die eine, dann in die andere Richtung. Das sieht etwa so aus:
(Ich habe hier +j für den Strom in -x-Richtung geschrieben, weil das der ist, mit dem wir angefangen haben. Ich hoffe, das verwirrt niemanden.)
Das Bild erinnert (hoffentlich) ein bisschen an unsere EM-Welle aus Teil 3. Ist aber nicht ganz so schön geschwungen, sondern ziemlich eckig. Wenn wir aber unsere Ströme nicht sprunghaft ändern, sondern langsam, dann rundet sich auch unser elektrisches Feld aus und wir bekommen eine richtige EM-Welle. So kann man also Wellen erzeugen.
Falls man keine Metallplatte hat, sondern nur einen Draht, so breitet sich die Welle entsprechend radial nach Außen aus. Um eine EM-Welle zu erzeugen, müssen wir also einen Wechselstrom in einem Draht haben – so etwas nennt man einen elektrischen Sender. Den Wechselstrom bekommen wir z.B. aus der Steckdose. (Ja, jedes Kabel in der Wohnung ist eine Quelle von elektromagnetischer Strahlung, die ist allerdings ziemlich schwach.)
Nehmen wir als letztes Beispiel wieder unsere Metallplatte, jetzt aber ohne Ströme. Wenn jetzt eine EM-Welle auf die Metallplatte trifft, so beschleunigt das elektrische Feld in dieser Welle die Elektronen entgegen der Richtung des Feldes. (Elektronen sind ja negativ, deswegen bewegen sie sich entgegen der Pfeile des elektrischen Feldes, danke für den Hinweis, Fabian.) Dadurch entsteht ein Strom.
Der Strom erzeugt, wie oben gesehen, ein elektrisches Feld in entgegengesetzter Richtung. Dieses ist also dem einfallenden Feld genau entgegengesetzt und schwingt genau mit ihm im Gegentakt. (Das tatsächlich im Detail nur per Zeichnung zu beweisen, ist mir leider nicht gelungen. Falls jemand eine Idee hat…?) Wenn das einfallende Feld positiv ist, ist das erzeugte Feld negativ und umgekehrt. Die beiden entgegengesetzten Felder heben sich gerade auf, hinter der Metallplatte ist das Feld also verschwunden.
Die Ströme in der Metallplatte erzeugen aber natürlich ein EM-Feld nicht nur nach rechts, sondern auch nach links. Wir haben also eine EM-Welle, die auf eine Platte trifft. Die Welle wird ausgelöscht, aber dafür wird eine neue Welle ausgesandt, die sich in Richtung der einfallenden Welle ausbreitet.
Ein solches Gebilde hat in der physikalischen Fachsprache auch einen speziellen Namen: Man nennt es “Spiegel”.
Zum Abschluss noch ein letztes Schmankerl: Wir haben bei unserem Spiegel nur das elektrische Feld betrachtet. Was tut das Magnetfeld mit den Ladungen in der Platte?
Zunächst natürlich nichts, solange die Ladungen in Ruhe sind. Wenn der Strom zu fließen beginnt, fließt er aber in Richtung des einfallenden elektrischen Feldes, also senkrecht zum Magnetfeld. In diesem Fall müssen wir die Formel für die Lorentzkraft oben verwenden:
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