Was sind Radiowellen?
Funkwellen sind eine unsichtbare Form elektromagnetischer Strahlung (EMR), deren Wellenlänge von etwa 0,04 Zoll (1 Millimeter) bis über 100.000 Kilometer (62.000 Meilen) reicht. Damit gehört sie zu den breitesten Bereichen im elektromagnetischen Spektrum. "Radio" ist ein Sammelbegriff für alle Arten von EMR mit einer Wellenlänge von mehr als 0,04 Zoll (einem Millimeter) und einer Frequenz unter 300 GHz. Es entsteht durch die Bewegung elektrischer Ladung, die aus einem elektrischen Strom oder aus der zufälligen Bewegung von Atomen und Molekülen resultieren kann. Diese Form der EMR ist für die menschliche Kommunikation von entscheidender Bedeutung und wird für Fernsehen, Radio und Mobiltelefone sowie für Radar und Astronomie verwendet.
Wie Radiowellen erzeugt werden
Jede elektromagnetische Strahlung kann als Wellen angesehen werden, die sich durch ein elektromagnetisches Feld wie Wellen in einem Teich bewegen. Sie entstehen, wenn ein elektrisch geladenes Teilchen, üblicherweise ein Elektron, seine Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung ändert. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen, beispielsweise durch Erhitzen von Atomen und Molekülen sowie durch Änderungen der Energieniveaus von Elektronen. Die von Funksendern erzeugten Wellen resultieren aus dem Stromfluss. Frequenz und Wellenlänge hängen von der Energiemenge ab, wobei höhere Frequenzen und kürzere Wellenlängen höhere Energien anzeigen. Wenn die Energieänderung relativ gering ist, können Funkwellen erzeugt werden.
Verwendet
Die bekannteste Verwendung von Radiowellen ist die Übertragung von Bildern, Audiodaten und Texten in Form von Signalen. Die lange Wellenlänge des Radios ermöglicht es, Hindernisse zu umgehen und große Entfernungen zurückzulegen, im Gegensatz zu sichtbarem Licht und anderer Strahlung mit höheren Frequenzen. Radiowellen mit einer Wellenlänge von weniger als 10 Metern werden von der Atmosphäre absorbiert. Längere Wellen pendeln zwischen der Ionosphäre und dem Boden hin und her, wodurch das Radio ideal für die Übertragung über den Horizont ist. Die niedrigsten Frequenzen werden für die Kommunikation mit U-Booten verwendet, da sie wenig Energie - für Heimlichkeit - und eine hohe Durchschlagskraft aufweisen. Man kann davon ausgehen, dass diese tiefen Frequenzen mehr "Bass" haben, was bedeutet, dass sie insbesondere bei dicken Medien wie Wasser weiter durchdringen.
Um Informationen über Funkwellen zu senden, müssen sie in irgendeiner Weise codiert werden. Es gibt zwei Hauptverfahren, die als Amplitudenmodulation (AM) und Frequenzmodulation (FM) bekannt sind. Bei AM werden Informationen durch Variieren der Amplitude oder Höhe der Wellen codiert, während bei der FM-Methode die Frequenz zum Übertragen von Daten geändert wird. Die Muster unterschiedlicher Amplituden oder Frequenzen werden dort dekodiert, wo sie empfangen werden, um die ursprüngliche Information wiederzugeben, die Bilder, Töne oder Text sein kann. Auf diese Weise können komplexe Informationen kostengünstig über weite Strecken übertragen werden.
Radioastronomie ist ein wichtiges Werkzeug für das Verständnis des Universums. Aufgrund der Existenz von Gas- und Staubwolken in Galaxien ist die Informationsmenge begrenzt, die mit sichtbarem Licht oder höheren EMR-Frequenzen erhalten werden kann. Radiowellen können diese Hindernisse jedoch passieren, und vieles, was über das Innere von Galaxien gelernt wurde, ist durch die Analyse natürlicher Radioquellen entstanden. Astronomen konnten auch die Strahlung des Urknalls selbst nachweisen, der aufgrund der Ausdehnung des Universums von seinen anfänglich sehr hohen Frequenzen in den Mikrowellenbereich ausgedehnt wurde - dies wird als kosmische Hintergrundstrahlung (Cosmic Background Radiation, CMB) bezeichnet ).
Auswirkungen auf die Gesundheit
Es wurden Bedenken hinsichtlich der möglichen Auswirkungen der Exposition gegenüber Funkwellen, insbesondere im Mikrowellenbereich, die von Mobiltelefonen und Radargeräten verwendet werden, geäußert. Wenn hochfrequente Strahlung vom Gewebe absorbiert wird, kann dies zu einer Erwärmung führen. Es wird angenommen, dass eine normale Belichtung keine Probleme verursacht. Die Nähe zu einem leistungsstarken Radarsender kann jedoch potenziell gefährlich sein. Die Augenlinse ist besonders anfällig für Schäden durch Erhitzen, und eine übermäßige Einwirkung von Mikrowellenstrahlung kann möglicherweise zu Katarakten führen. Es besteht auch Besorgnis über die langfristigen Auswirkungen einer häufigen Nutzung von Mobiltelefonen, doch seit 2013 sind klinische Studien nicht mehr schlüssig.
Geschichte
Radiowellen wurden erstmals 1865 von James Clerk Maxwell vorhergesagt, der die Gleichungen für den Elektromagnetismus aufstellte, die später als Maxwells Gleichungen bekannt wurden. Während der Arbeit an der Beziehung zwischen Elektromagnetismus und Licht erkannte er, dass andere Formen elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen über und unter dem sichtbaren Bereich möglich waren. Die Existenz der Strahlung niedrigerer Wellenlänge wurde 22 Jahre später, 1887, experimentell nachgewiesen, als Heinrich Hertz in seinem Labor Radiowellen erzeugte. Innerhalb weniger Jahrzehnte wurden sie häufig zur Übermittlung von Informationen verwendet. Guglielmo Marconi und Nikola Tesla gelten beide als Pioniere auf dem Gebiet des Radios, aber Marconi patentierte 1896 das erste drahtlose Telegrafiesystem.