Haben Sie jemals einen Roadtrip unternommen und Ihren Lieblingsradiosender verloren, als Sie die Stadt verlassen haben? Ob Sie es wussten oder nicht, das Rauschen Ihres Radios kam von einer Störung der Funkwellen.
Von dem Song, der Sie zum Grooven bringt, bis hin zum Surfen im Internet auf Ihrem Handy, Radiowellen beeinflussen unsere Kommunikation.
Lassen Sie uns unten auf alles eingehen, was Sie über Funkwellen wissen müssen!
Radiowellen: Eine vollständige Erklärung
Radiowellen bilden den ersten Teil des elektromagnetischen Spektrums. Sie haben die längste Wellenlänge und die geringste Leistung unter allen Strahlungsarten. Funkwellen machen auch den größten Teil des Spektrums aus, mit Frequenzen, die von der Größe eines Reiskorns bis über den Erdradius reichen.
Ähnlich wie andere kurze Teile des Spektrums wie Infrarot, Wissenschaftler messen Radiowellen normalerweise in der Frequenz, gemessen in Hertz, und der Wellenlänge, die in Metern gemessen wird.
Obwohl es keine definitive Linie dafür gibt, wo Funkwellen beginnen und enden, messen sie normalerweise von 300 GHz (oder etwa 1 cm) bis über 3 kHz (oder 100 km). Der höhere Frequenzbereich von Radiowellen umfasst oft Mikrowellen.
Aufgrund ihres unglaublichen Frequenzbereichs interagieren Radiowellen auf einzigartige Weise mit der Ionosphäre der Erde. Dies ist eine Schicht der Atmosphäre, die ultraviolette Strahlung absorbiert, wodurch sie diese niederfrequente Strahlung aktiviert und reflektiert. Abhängig von der Frequenz können von der Erdoberfläche übertragene Funkwellen von Empfänger zu Empfänger abprallen (mit Ausnahme eines bestimmten Teils der Mittelbandwellen).
Aufgrund ihrer Fähigkeit, unterhalb der Ionosphäre abzuprallen, bilden sich Funkwellen die Grundlage unserer Kommunikationssysteme. Zu ihren praktischeren Anwendungen gehören AM-und FM-Übertragungen und Mobiltelefone. Ihre spezifischen Frequenzen, die die Atmosphäre durchdringen, machen sie jedoch nützlich für die Kommunikation mit Orbitalsatelliten.
Radiowellen kommen natürlicherweise von Objekten, die das Potenzial haben, elektrische Ströme zu erzeugen. Während wir sehen, dass sie auf natürliche Weise von Blitzen und einigen Himmelskörpern emittiert werden, zeigte uns ihre Entdeckung Ende des 18. Jahrhunderts, wie man sie künstlich mit elektrischem Strom erzeugt. Obwohl nicht gefährlich, haben Forscher über ihre Auswirkungen auf das menschliche Gehirn spekuliert.
Radiowellen: die genaue Definition
Die NASA definiert Radiowellen als „elektromagnetische Strahlung, die die längste Wellenlänge hat, die niedrigste Frequenz und wird von geladenen Teilchen erzeugt, die sich hin und her bewegen.“
Der Radiowellenanteil ist einer der umfassendsten Abschnitte des elektromagnetischen Spektrums. Die National Telecommunications and Information Administration (NTIA) unterteilt dieses Funkfrequenzspektrum in 8 Bänder, die wir unten skizzieren.
Funkwellen sind die größten Teil des elektromagnetischen Spektrums.
Woher kommen Radiowellen?
Radiofrequenzen im Weltraum entstehen durch die Kollision von Magnetfeldern zwischen großen Objekten. Die Sonne ist die größte Quelle von Radiowellen in unserem Sonnensystem, die bei geomagnetischen Stürmen die längsten Wellenlängen dominieren kann.
Jupiter, das zweitgrößte Objekt in unserem Sonnensystem, sendet ebenfalls eine beträchtliche Menge an Radiowellen aus, wenn es von seinen Monden reflektiert wird. Sowohl Io als auch Ganymed manipulieren das Gas in Jupiters Magnetosphäre und verursachen massive elektrische Ströme.
Wie entstehen Radiowellen?
Forscher verwenden Antennen, die den Weg geladener Elektronen innerhalb eines Leiters steuern , um niederfrequente Strahlung auszusenden. Die Antenne empfängt einen elektrischen Strom, der hin und her vibriert, wodurch das Gerät Energie abstrahlt. Die Antenne sendet ihre elektromagnetische Strahlung an eine zweite Antenne, die sie zu einem Empfänger leitet.
Wer entdeckte Radiowellen?
Im Jahr 1862 machte der schottische Mathematiker James Clerk Maxwell bei seiner Arbeit bahnbrechende Entdeckungen mit prominenten Gleichungen in Elektrizität und Magnetismus.
Unter Verwendung des korrigierten Stromkreisgesetzes von Ampere entdeckte Maxwell eine elektromagnetische Wellengleichung, die stark mit der Lichtgeschwindigkeit korrelierte. Der Mathematiker kam zu dem Schluss, dass Licht und Magnetismus das Ergebnis derselben Ursache seien und dass Licht aus elektromagnetischen Wellen bestehe. Er nannte seine Entdeckung A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field.
25 Jahre später erweckte der deutsche Physiker Heinrich Hertz Maxwells Theorie durch Experimente zum Leben. Das Experiment von Hertz umfasste eine Induktionsspule und einen improvisierten Kondensator, um elektromagnetische Wellen zu erzeugen. Er verwendete zwei Elektroden, die durch eine Lücke getrennt waren, um die Wellen zu detektieren. Obwohl sie unglaublich klein waren, beobachtete Hertz die Wellen, als sie durch die Funkenstrecke liefen. Der Physiker stellte fest, dass diese Wellen alle Eigenschaften enthielten, die Maxwell in seinen Gleichungen dargelegt hatte.
Was sind die Anwendungen von Radiowellen?
Kommerzieller
Radio Stationen verwenden nieder-und mittelfrequente Funkwellen, um Töne an Menschen in Staaten und Regionen zu übertragen. AM-Radio verwendet Energie im Bereich von 535 kHz bis 1,7 MHz.
UKW-Radio verwendet eine fast 100-mal schnellere Frequenz, was zu einem klareren Klang führt, während die Reichweite geopfert wird.
Persönlich
Wenn Sie telefonieren, übertragen Sie Funkwellen. Ihr Mobiltelefon fungiert als Sender, der Funkwellen mit ultrahoher Frequenz an Empfänger auf der ganzen Welt sendet.
Je höher die Frequenz Ihres Telefons ist, desto weiter bewegt sich seine Radiowelle, bevor die Ionosphäre sie zurück zur Erde reflektiert.
Weltraum
Wissenschaftler verwenden Radioteleskope dazu Beobachten Sie Himmelsobjekte, die niederfrequente Energie aussenden. Diese treten typischerweise eher als große energetische Regionen wie Pulsare und Weltraumwolken als als Lichtpunkte wie Sterne auf. Radioteleskope eignen sich hervorragend zum Studium von Quasaren, supermassereichen Schwarzen Löchern, die das Zentrum einiger Galaxien mit Energie versorgen.
Beispiele für Radiowellen in der realen Welt
Starlink
Das Raumfahrtunternehmen SpaceX arbeitet mit seiner Projektkonstellation daran, die Welt mit dem Satelliteninternet zu verbinden. Starlink. Die Konstellation mit 42.000 Satelliten verwendet 12-GHz-Wellen, um Daten zur Erde zu übertragen. Während diese Mid-Band-Welle normalerweise für die Satellitenkommunikation reserviert ist, plant Dish Network, sie zu nutzen, um Menschen über 5G-Mobilfunkmasten zu verbinden.
5G
Kommunikationsunternehmen wie Verizon und T-Mobiltelefone verwenden hochfrequente Funkwellen, um große Datenmengen von unterhalb der Ionosphäre zu übertragen. 5G-Wellenlängen reichen von etwa 30 bis 300 GHz, wobei höhere Download-Geschwindigkeiten mit höheren Frequenzen korrelieren.
Fluktuationen in der Atmosphäre können jedoch Betriebsunterbrechungen verursachen, und Unternehmen experimentieren mit niedrigeren Frequenzen, um dies zu erleichtern.
National Radio Astronomy Observatory
Astronomen in New Mexiko verwendet das Radioteleskop Very Large Array (VLA), um Radiobilder mit einer höheren Auflösung als jedes andere Observatorium der Welt zu sammeln. Das VLA verwendet 27 Antennen mit einem Durchmesser von 82 Fuß, um gemeinsam räumliche Funkwellen zu analysieren. Die Antennen, die sich über 22 Meilen erstrecken, empfangen Superhochfrequenzwellen im Bereich von 1 GHz bis 50 GHz.
Funkwellen: Weiterführende Literatur
Von unbegrenzten Daten bis zu galaktischen Quasaren verwenden wir Funk Wellen in einer Vielzahl von Anwendungen. Diese niedrigen Frequenzen machen einen Teil des gesamten elektromagnetischen Spektrums aus. Weitere Informationen darüber, wie wir diese Technologie in unserer Gesellschaft einsetzen, finden Sie in den folgenden Artikeln.
Was sind Funkwellen? Alles, was Sie wissen müssen FAQs (häufig gestellte Fragen)
Wie unterscheiden sich Radiowellen von Infrarotstrahlung?
Radiowellen haben viel niedrigere Frequenzen als Infrarotstrahlung. Wo Infrarotwellen so breit sein können wie die Spitze eines Kugelschreibers, können Radiowellen so breit sein wie der Erdradius. Folglich erzeugen Funkwellen weniger Energie als Infrarot, was oft mit Wärme in Verbindung gebracht wird.
Was ist eine Funkwelle in einer einfachen Definition?
Ein Radio Welle ist eine Strahlungswelle entlang des elektromagnetischen Spektrums, die weniger als 30 Gigahertz misst.
Was sind Beispiele für Funkwellen?
Beispiele für Funkwellenanwendungen Dazu gehören AM/FM-Radio, Fernsehen, Mobiltelefone und Satellitenkommunikation. Sie werden auch in der Flugsicherung, GPS und ferngesteuerten Fahrzeugen eingesetzt.
Wie funktionieren Funkwellen?
Funkwellen funktionieren durch Senden elektrische Stromimpulse innerhalb eines Leiters (Antenne), um Energie zu emittieren.