Wat zijn radiogolven?
Radiogolven zijn een onzichtbare vorm van elektromagnetische straling (EMR) die in golflengte varieert van ongeveer 0,04 inch (één millimeter) tot meer dan 100.000 km (100.000 km), waardoor het een van de breedste bereiken in het elektromagnetische spectrum is. "Radio" is een verzamelnaam die alle vormen van EMR beschrijft met een golflengte van meer dan 0,04 inch (één millimeter) en een frequentie onder 300 GHz. Het wordt gegenereerd door de beweging van elektrische lading, die kan voortvloeien uit een elektrische stroom of uit de willekeurige beweging van atomen en moleculen. Deze vorm van EMR is cruciaal voor menselijke communicatie en wordt gebruikt voor televisie, radio en mobiele telefoons, evenals in radar en astronomie.
Hoe radiogolven worden geproduceerd
Alle elektromagnetische straling kan worden beschouwd als golven die door een elektromagnetisch veld golven, zoals rimpelingen in een vijver. Ze worden geproduceerd wanneer een elektrisch geladen deeltje, meestal een elektron, zijn snelheid of bewegingsrichting verandert. Dit kan op een aantal manieren gebeuren, zoals verwarming van atomen en moleculen en veranderingen in de energieniveaus van elektronen; de golven die door radiozenders worden gegenereerd, zijn het gevolg van de stroom elektrische stroom. De frequentie en golflengte hangen af van de hoeveelheid betrokken energie, waarbij hogere frequenties en kortere golflengtes hogere energieën aangeven. Als de energieverandering relatief klein is, kunnen radiogolven worden geproduceerd.
Toepassingen
Het meest bekende gebruik van radiogolven is het verzenden van afbeeldingen, audio en tekst in de vorm van signalen - dankzij de lange golflengte van radio kan het obstakels omzeilen en lange afstanden afleggen, in tegenstelling tot zichtbaar licht en andere hogere frequentie straling. Radiogolven met een golflengte van minder dan ongeveer 10 meter worden geabsorbeerd door de atmosfeer. Langere golven stuiteren heen en weer tussen de ionosfeer en de grond, waardoor radio ideaal is voor uitzending over de horizon. De laagste frequenties worden gebruikt voor communicatie met onderzeeërs, vanwege hun lage energie - voor stealth - en hoog penetrerend vermogen. Van deze lagere frequenties kan worden aangenomen dat ze meer "bas" hebben, wat betekent dat ze verder doordringen, vooral door dikke media zoals water.
Om informatie via radiogolven te verzenden, moet deze op een bepaalde manier worden gecodeerd. Er zijn twee hoofdmethoden, bekend als amplitudemodulatie (AM) en frequentiemodulatie (FM). In AM wordt informatie gecodeerd door de amplitude of hoogte van de golven te variëren, terwijl bij de FM-methode de frequentie wordt gewijzigd om gegevens te dragen. De patronen van verschillende amplitudes of frequenties worden gedecodeerd waar ze worden ontvangen om de originele informatie te reproduceren, dit kunnen afbeeldingen, geluiden of tekst zijn. Op deze manier kan complexe informatie goedkoop over lange afstanden worden verzonden.
Radioastronomie is een essentieel hulpmiddel om het universum te begrijpen. Vanwege het bestaan van wolken van gas en stof in sterrenstelsels, is er een limiet aan de hoeveelheid informatie die kan worden verkregen met zichtbaar licht of hogere EMR-frequenties. Radiogolven kunnen deze obstakels echter passeren, en veel van wat er is geleerd over het interieur van sterrenstelsels is door de analyse van natuurlijke radiobronnen gekomen. Astronomen hebben ook de straling van de oerknal zelf kunnen detecteren, die door de expansie van het universum van zijn aanvankelijke zeer hoge frequenties naar het microgolfbereik is uitgestrekt - dit staat bekend als de kosmische achtergrondstraling (CMB ).
Gezondheidseffecten
Er zijn zorgen geuit over de mogelijke effecten op de gezondheid van blootstelling aan radiogolven, met name die in het microgolfbereik, die worden gebruikt door mobiele telefoons en radar. Wanneer radiofrequente straling wordt geabsorbeerd door weefsel, kan dit verwarming veroorzaken. Men denkt dat normale blootstelling geen problemen veroorzaakt, maar dicht in de buurt van een krachtige radarzender kunnen gevaarlijk zijn. De ooglens is bijzonder gevoelig voor beschadiging door verwarming en overmatige blootstelling aan microgolfstraling kan mogelijk leiden tot staar. Er is ook bezorgdheid over de langetermijneffecten van veelvuldig gebruik van mobiele telefoons, maar vanaf 2013 zijn klinische onderzoeken niet doorslaggevend.
Geschiedenis
Radiogolven werden voor het eerst voorspeld in 1865 door James Clerk Maxwell, die de vergelijkingen voor elektromagnetisme bedacht, later bekend als de vergelijkingen van Maxwell. Terwijl hij werkte aan de relatie tussen elektromagnetisme en licht, realiseerde hij zich dat andere vormen van elektromagnetische straling, met golflengtes boven en onder het zichtbare bereik, mogelijk waren. Het bestaan van de straling met een lagere golflengte werd 22 jaar later experimenteel aangetoond, in 1887, toen Heinrich Hertz radiogolven in zijn laboratorium genereerde. Binnen enkele decennia werden ze op grote schaal gebruikt voor het verzenden van informatie. Guglielmo Marconi en Nikola Tesla worden allebei gecrediteerd als vroege pioniers op het gebied van radio, maar Marconi patenteerde het eerste draadloze telegrafie-systeem in 1896.