Co to są fale radiowe?
Fale radiowe są niewidzialną formą promieniowania elektromagnetycznego (EMR), która zmienia długość fali od około 0,04 cala (jeden milimetr) do ponad 62 000 mil (100 000 km), co czyni go jednym z najszerszych zakresów w widmie elektromagnetycznym. „Radio” to ogólny termin opisujący wszystkie formy EMR o długości fali większej niż 0,04 cala (jeden milimetr) i częstotliwości poniżej 300 GHz. Jest generowany przez ruch ładunku elektrycznego, który może wynikać z prądu elektrycznego lub z przypadkowego ruchu atomów i cząsteczek. Ta forma EMR ma kluczowe znaczenie dla komunikacji międzyludzkiej i jest stosowana w telewizji, radiu i telefonach komórkowych, a także w radarach i astronomii.
Jak powstają fale radiowe
Całe promieniowanie elektromagnetyczne można uznać za fale falujące w polu elektromagnetycznym, takie jak fale w stawie. Powstają, gdy elektrycznie naładowana cząstka, zwykle elektron, zmienia swoją prędkość lub kierunek ruchu. Może się to zdarzyć na wiele sposobów, takich jak ogrzewanie atomów i cząsteczek oraz zmiany poziomów energii elektronów; fale generowane przez nadajniki radiowe powstają w wyniku przepływu prądu elektrycznego. Częstotliwość i długość fali zależą od ilości zaangażowanej energii, przy czym wyższe częstotliwości i krótsze długości fali wskazują na wyższe energie. Jeśli zmiana energii jest stosunkowo niewielka, mogą powstać fale radiowe.
Używa
Najbardziej znanym zastosowaniem fal radiowych jest przesyłanie obrazów, dźwięku i tekstu w postaci sygnałów - długa fala radiowa pozwala omijać przeszkody i pokonywać duże odległości, w przeciwieństwie do światła widzialnego i innych promieni o wyższej częstotliwości. Fale radiowe o długości fali mniejszej niż około 10 metrów są absorbowane przez atmosferę. Dłuższe fale odbijają się między jonosferą a ziemią, dzięki czemu radio idealnie nadaje się do nadawania na horyzoncie. Najniższe częstotliwości są używane do komunikacji z okrętami podwodnymi, ze względu na ich niską energię - dla niewidzialności - i wysoką moc penetrującą. Te niższe częstotliwości można uznać za mające więcej „basów”, co oznacza, że przenikają dalej, szczególnie przez grube media, takie jak woda.
Aby przesyłać informacje falami radiowymi, należy je w jakiś sposób zakodować. Istnieją dwie główne metody, znane jako modulacja amplitudy (AM) i modulacja częstotliwości (FM). W AM informacje są kodowane przez zmianę amplitudy lub wysokości fal, podczas gdy metoda FM wymaga użycia zmian częstotliwości do przenoszenia danych. Wzory o różnych amplitudach lub częstotliwościach są dekodowane w miejscu ich odbioru w celu odtworzenia oryginalnej informacji, którą mogą być obrazy, dźwięki lub tekst. W ten sposób złożone informacje mogą być tanio przesyłane na duże odległości.
Radioastronomia jest niezbędnym narzędziem do zrozumienia wszechświata. Z powodu istnienia chmur gazu i pyłu w galaktykach istnieje ograniczenie ilości informacji, które można uzyskać za pomocą światła widzialnego lub wyższych częstotliwości EMR. Fale radiowe mogą jednak przechodzić przez te przeszkody, a wiele z wiedzy na temat wnętrz galaktyk pochodzi z analizy naturalnych źródeł radiowych. Astronomowie byli również w stanie wykryć promieniowanie z samego Wielkiego Wybuchu, który z powodu ekspansji wszechświata został rozciągnięty z początkowych bardzo wysokich częstotliwości do zakresu mikrofalowego - jest to znane jako promieniowanie tła kosmicznego (CMB) ).
Efekty zdrowotne
Pojawiły się obawy dotyczące możliwego wpływu na zdrowie narażenia na działanie fal radiowych, zwłaszcza w zakresie mikrofal, wykorzystywanych przez telefony komórkowe i radary. Gdy promieniowanie o częstotliwości radiowej jest pochłaniane przez tkankę, może powodować ogrzewanie. Uważa się, że normalne narażenie nie powoduje żadnych problemów, ale przebywanie w pobliżu potężnego nadajnika radaru może być potencjalnie niebezpieczne. Soczewka oka jest szczególnie podatna na uszkodzenie przez ogrzewanie, a nadmierna ekspozycja na promieniowanie mikrofalowe może potencjalnie prowadzić do zaćmy. Istnieją również obawy dotyczące długoterminowych skutków częstego korzystania z telefonu komórkowego, ale od 2013 r. Badania kliniczne nie przyniosły jednoznacznych rezultatów.
Historia
Fale radiowe zostały po raz pierwszy przewidziane w 1865 roku przez Jamesa Clerk Maxwella, który opracował równania elektromagnetyzmu, znane później jako równania Maxwella. Pracując nad związkiem między elektromagnetyzmem a światłem, zdał sobie sprawę, że możliwe są inne formy promieniowania elektromagnetycznego o długościach fal powyżej i poniżej zakresu widzialnego. Istnienie promieniowania o niższej długości fali wykazano eksperymentalnie 22 lata później, w 1887 r., Kiedy Heinrich Hertz wygenerował fale radiowe w swoim laboratorium. W ciągu kilku dekad były szeroko stosowane do przesyłania informacji. Guglielmo Marconi i Nikola Tesla są uważani za pionierów w dziedzinie radia, ale Marconi opatentował pierwszy bezprzewodowy system telegraficzny w 1896 roku.