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Schumann Resonanz Als benannt nach dem deutschen Physiker und Elektroingenieur Winfried Otto Schumann bezeichnet man das

Schumann-Resonanz

Als Schumann-Resonanz (benannt nach dem deutschen Physiker und Elektroingenieur Winfried Otto Schumann) bezeichnet man das Phänomen, dass elektromagnetische Wellen bestimmter Frequenzen entlang des Umfangs der Erde stehende Wellen bilden. Die ausreichend leitfähige Erdoberfläche (größtenteils Salzwasser) und die gut leitfähige Ionosphäre darüber begrenzen einen kugelschalenförmigen Hohlraumresonator, aus dessen Abmessungen sich mögliche Resonanzfrequenzen berechnen lassen. Diese können durch Blitze angeregt werden, sind aber von so geringer Amplitude, dass sie nur mit sehr empfindlichen Instrumenten nachgewiesen werden können.

Räumliche Ausdehnung (erste bis dritte Schwingungsmode)
Spektrale Verteilung (nach rechts ist die Frequenz in Hz aufgetragen)

Berechnung der Frequenzen Bearbeiten

Der mittlere Erdumfang beträgt a = 39.985 km (am Äquator 40.075 km, Polumfang 39.940 bzw. 40.007 km). Bei einer Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts von c = 299.792.458 m/s (im Vakuum) ergeben sich für den mittleren Erdumfang dabei rechnerisch c/a = 7,5 Hz für die niedrigste Frequenz. Für einen Hohlraumresonator mit ideal leitenden Wänden führen genauere Berechnungen auf die Formel:

für die n-te Frequenz (mit n = 1, 2, 3 …).

Da die Erde aber keine ideal leitenden Wände besitzt, muss obige Formel für die beobachteten Werte mit 0,78 multipliziert werden und führt dann für n = 1, 2, 3 … auf 7,83 (fundamental), 14,3; 20,8; 27,3 und 33,8 Hz. Durch Dispersion, Ionosphäreneffekte und andere nicht-ideale Eigenschaften des Systems weichen die Messwerte geringfügig von den theoretischen Werten ab und schwanken abhängig von den Jahreszeiten. Schumann-Resonanzfrequenzen von 3 Hz bis 30 Hz gehören in den Frequenzbereich, der international als Extremely Low Frequency bezeichnet wird.

Anregung Bearbeiten

Durch Blitze und andere Vorgänge wird in der Atmosphäre und der Ionosphäre ein breites Spektrum elektromagnetischer Wellen ausgesendet, die auch als Sferics bezeichnet werden. Niederfrequente Wellen breiten sich hauptsächlich in der nur wenig leitfähigen Atmosphäre zwischen dem Erdboden und der Ionosphäre aus, die beide elektrisch ausreichend gut leiten. Wellen, die sich nach einer Erdumrundung wieder in der gleichen Phase befinden (d. h. der Erdumfang ist ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge) werden verstärkt, andere löschen sich aus. Dadurch ergibt sich eine tiefste Resonanzfrequenz von durchschnittlich etwa 7,8 Hz.

Entdeckung Bearbeiten

Das Phänomen wurde 1952 von Winfried Otto Schumann und Herbert L. König entdeckt und 1960 experimentell untersucht. Bereits früher war die Existenz derartiger Resonanzen postuliert und u. a. von Nikola Tesla beschrieben worden, ohne dass dieser sie allerdings systematisch einzuordnen vermochte. In einer Serie von Artikeln in den Jahren 1952 bis 1957 schließlich behandelte Schumann das Phänomen unter Berücksichtigung von Dämpfung und Anregung der Resonanzen durch Blitze weiter.

Die elektromagnetischen Wellen werden lokal leicht durch künstlich erzeugte Wechselfelder verdeckt. Bei der Vermessung des Frequenzspektrums in diesem niederfrequenten Bereich kann man auch stärkere künstlich erzeugte Wellen beobachten, z. B. die Frequenzen des europäischen und des amerikanischen Stromnetzes (50 Hz bzw. 60 Hz) und amerikanischer bzw. russischer U-Boot-Kommunikationssysteme (76 Hz bzw. 82 Hz).

Siehe auch Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • Kristian Schlegel, Martin Füllekrug: Weltweite Ortung von Blitzen: 50 Jahre Schumann-Resonanzen. Physik in unserer Zeit 33(6), 2002, ISSN 0031-9252, S. 256–261.
  • John David Jackson: Klassische Elektrodynamik. 4. Auflage. Gruyter, Berlin 2005, ISBN 978-3-11-018970-4.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. John David Jackson: Klassische Elektrodynamik. 4. Auflage. Gruyter, Berlin 2005, ISBN 978-3-11-018970-4.
  2. Can Resonant Oscillations of the Earth Ionosphere Influence the Human Brain Biorhythm? - V.D. Rusov, Department of Theoretical and Experimental Nuclear Physics, Odessa National Polytechnic University, Ukraine
  3. The electrical nature of storms By D. R. MacGorman, W. D. Rust, W. David Rust. Page 114.
  4. Recent advances in multidisciplinary applied physics By A. Méndez-Vilas. Page 65.
  5. R. Barra, D. Llanwyn Jones, C. J. Rodger (2000): ELF and VLF radio waves in Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 62, Elsevier
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Als Schumann Resonanz benannt nach dem deutschen Physiker und Elektroingenieur Winfried Otto Schumann bezeichnet man das Phanomen dass elektromagnetische Wellen bestimmter Frequenzen entlang des Umfangs der Erde stehende Wellen bilden Die ausreichend leitfahige Erdoberflache grosstenteils Salzwasser und die gut leitfahige Ionosphare daruber begrenzen einen kugelschalenformigen Hohlraumresonator aus dessen Abmessungen sich mogliche Resonanzfrequenzen berechnen lassen Diese konnen durch Blitze angeregt werden sind aber von so geringer Amplitude dass sie nur mit sehr empfindlichen Instrumenten nachgewiesen werden konnen Raumliche Ausdehnung erste bis dritte Schwingungsmode Spektrale Verteilung nach rechts ist die Frequenz in Hz aufgetragen Inhaltsverzeichnis 1 Berechnung der Frequenzen 2 Anregung 3 Entdeckung 4 Siehe auch 5 Literatur 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseBerechnung der Frequenzen BearbeitenDer mittlere Erdumfang betragt a 39 985 km am Aquator 40 075 km Polumfang 39 940 bzw 40 007 km Bei einer Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts von c 299 792 458 m s im Vakuum ergeben sich fur den mittleren Erdumfang dabei rechnerisch c a 7 5 Hz fur die niedrigste Frequenz Fur einen Hohlraumresonator mit ideal leitenden Wanden fuhren genauere Berechnungen auf die Formel 1 w n c a n n 1 displaystyle omega n frac c a sqrt n n 1 nbsp fur die n te Frequenz mit n 1 2 3 Da die Erde aber keine ideal leitenden Wande besitzt muss obige Formel fur die beobachteten Werte mit 0 78 multipliziert werden und fuhrt dann fur n 1 2 3 auf 7 83 fundamental 2 14 3 20 8 27 3 und 33 8 Hz 3 4 Durch Dispersion Ionosphareneffekte und andere nicht ideale Eigenschaften des Systems weichen die Messwerte geringfugig von den theoretischen Werten ab und schwanken abhangig von den Jahreszeiten Schumann Resonanzfrequenzen von 3 Hz bis 30 Hz gehoren in den Frequenzbereich der international als Extremely Low Frequency bezeichnet wird Anregung BearbeitenDurch Blitze und andere Vorgange wird in der Atmosphare und der Ionosphare ein breites Spektrum elektromagnetischer Wellen ausgesendet die auch als Sferics bezeichnet werden Niederfrequente Wellen breiten sich hauptsachlich in der nur wenig leitfahigen Atmosphare zwischen dem Erdboden und der Ionosphare aus die beide elektrisch ausreichend gut leiten Wellen die sich nach einer Erdumrundung wieder in der gleichen Phase befinden d h der Erdumfang ist ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlange werden verstarkt andere loschen sich aus Dadurch ergibt sich eine tiefste Resonanzfrequenz von durchschnittlich etwa 7 8 Hz Entdeckung BearbeitenDas Phanomen wurde 1952 von Winfried Otto Schumann und Herbert L Konig entdeckt und 1960 experimentell untersucht 5 Bereits fruher war die Existenz derartiger Resonanzen postuliert und u a von Nikola Tesla beschrieben worden ohne dass dieser sie allerdings systematisch einzuordnen vermochte In einer Serie von Artikeln in den Jahren 1952 bis 1957 schliesslich behandelte Schumann das Phanomen unter Berucksichtigung von Dampfung und Anregung der Resonanzen durch Blitze weiter Die elektromagnetischen Wellen werden lokal leicht durch kunstlich erzeugte Wechselfelder verdeckt Bei der Vermessung des Frequenzspektrums in diesem niederfrequenten Bereich kann man auch starkere kunstlich erzeugte Wellen beobachten z B die Frequenzen des europaischen und des amerikanischen Stromnetzes 50 Hz bzw 60 Hz und amerikanischer bzw russischer U Boot Kommunikationssysteme 76 Hz bzw 82 Hz Siehe auch BearbeitenEigenschwingungen der Erde Sferics Erdmagnetfeld Ionospharischer WellenleiterLiteratur BearbeitenKristian Schlegel Martin Fullekrug Weltweite Ortung von Blitzen 50 Jahre Schumann Resonanzen Physik in unserer Zeit 33 6 2002 ISSN 0031 9252 S 256 261 John David Jackson Klassische Elektrodynamik 4 Auflage Gruyter Berlin 2005 ISBN 978 3 11 018970 4 Weblinks BearbeitenFrequenz Monitor Schumann Resonanz Frequenz Monitor A description of a homebrew ELF magnetic field detector experiment Magnetic activity and Schumann resonance Space Observing System Schumann Resonanzen im Internet Laufende Messung Schumann resonances onlineEinzelnachweise Bearbeiten John David Jackson Klassische Elektrodynamik 4 Auflage Gruyter Berlin 2005 ISBN 978 3 11 018970 4 Can Resonant Oscillations of the Earth Ionosphere Influence the Human Brain Biorhythm V D Rusov Department of Theoretical and Experimental Nuclear Physics Odessa National Polytechnic University Ukraine The electrical nature of storms By D R MacGorman W D Rust W David Rust Page 114 Recent advances in multidisciplinary applied physics By A Mendez Vilas Page 65 R Barra D Llanwyn Jones C J Rodger 2000 ELF and VLF radio waves in Journal of Atmospheric and Solar Terrestrial Physics 62 Elsevier Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Schumann Resonanz amp oldid 236059950