Radioaallot ovat näkymätön sähkömagneettisen säteilyn (EMR) muoto, jonka aallonpituus vaihtelee noin 0.04 tuumaa (yksi millimetri) – yli 62,000 100,000 mailia (0.04 300 km), mikä tekee siitä yhden sähkömagneettisen spektrin laajimmista alueista. ”Radio” on kattava termi, joka kuvaa kaikkia EMR-muotoja, joiden aallonpituus on yli XNUMX tuumaa (yksi millimetri) ja taajuus alle XNUMX GHz. Se syntyy sähkövarauksen liikkeestä, joka voi johtua sähkövirrasta tai atomien ja molekyylien satunnaisesta liikkeestä. Tämä EMR -muoto on ratkaiseva ihmisten viestinnälle, ja sitä käytetään televisiossa, radiossa ja matkapuhelimissa sekä tutka- ja tähtitieteessä.
Kuinka radioaaltoja tuotetaan
Kaikkea sähkömagneettista säteilyä voidaan pitää aaltoina, jotka aaltoilevat sähkömagneettisen kentän läpi, kuten lammen väreilyä. Ne syntyvät, kun sähköisesti varautunut hiukkanen, yleensä elektroni, muuttaa nopeuttaan tai liikkeen suuntaa. Tämä voi tapahtua monella tavalla, kuten atomien ja molekyylien lämmittäminen ja elektronien energiatasojen muutokset; radiolähettimien tuottamat aallot johtuvat sähkövirran virtauksesta. Taajuus ja aallonpituus riippuvat mukana olevasta energian määrästä, korkeammat taajuudet ja lyhyemmät aallonpituudet osoittavat korkeampia energioita. Jos energian muutos on suhteellisen pieni, radioaaltoja voi syntyä.
käytät
Tunnetuin radioaaltojen käyttö on lähettää kuvia, ääntä ja tekstiä signaalien muodossa-radion pitkän aallonpituuden ansiosta se voi kiertää esteitä ja matkustaa pitkiä matkoja, toisin kuin näkyvä valo ja muu korkeataajuinen säteily. Radioaaltoja, joiden aallonpituus on alle 10 metriä, absorboi ilmakehä. Pidemmät aallot pomppivat edestakaisin ionosfäärin ja maan välillä, joten radio on ihanteellinen lähetettäväksi horisontin yli. Alimpia taajuuksia käytetään viestintään sukellusveneiden kanssa, koska niiden energia on vähäinen – salaa – ja suuri tunkeutumisteho. Näillä alemmilla taajuuksilla voidaan katsoa olevan enemmän “bassoa”, mikä tarkoittaa, että ne tunkeutuvat pidemmälle, erityisesti paksujen väliaineiden, kuten veden, kautta.
Jotta tiedot voidaan lähettää radioaalloilla, ne on koodattava jollakin tavalla. On olemassa kaksi päämenetelmää, jotka tunnetaan nimellä amplitudimodulaatio (AM) ja taajuusmodulaatio (FM). AM: ssä tiedot koodataan muuttamalla aaltojen amplitudia tai korkeutta, kun taas FM -menetelmässä käytetään taajuuden muuttamista tietojen siirtämiseen. Eri amplitudien tai taajuuksien kuviot dekoodataan vastaanottamisen yhteydessä alkuperäisen tiedon, joka voi olla kuvia, ääniä tai tekstiä, toistamiseksi. Tällä tavalla monimutkaisia tietoja voidaan siirtää halvalla pitkiä matkoja.
Radioastronomia on tärkeä väline maailmankaikkeuden ymmärtämisessä. Koska galakseissa on kaasu- ja pölypilviä, tiedon määrä, joka voidaan saada käyttämällä näkyvää valoa tai korkeampia EMR -taajuuksia, on rajoitettu. Radioaallot voivat kuitenkin kulkea näiden esteiden läpi, ja suuri osa galaksien sisätiloista opitusta on tullut luonnollisten radiolähteiden analyysin kautta. Tähtitieteilijät ovat myös pystyneet havaitsemaan itse alkuräjähdyksen säteilyn, joka maailmankaikkeuden laajenemisen vuoksi on venytetty alkuperäisistä erittäin korkeista taajuuksistaan mikroaaltoalueelle – tämä tunnetaan kosmisena taustasäteilynä (CMB) ).
Terveysvaikutukset
On herätetty huolta radioaalloille altistumisen mahdollisista vaikutuksista terveyteen, etenkin matkapuhelimien ja tutkan käyttämiin mikroaaltoalueille. Kun kudos absorboi radiotaajuisen säteilyn, se voi kuumentua. Normaalin valotuksen ei uskota aiheuttavan ongelmia, mutta tehokkaan tutkan lähettimen lähellä oleminen voi olla vaarallista. Silmän linssi on erityisen altis vaurioille kuumennettaessa, ja liiallinen altistuminen mikroaaltosäteilylle voi johtaa kaihiin. Huolestuttavia ovat myös usein toistuvan matkapuhelimen käytön pitkäaikaiset vaikutukset, mutta vuodesta 2013 lähtien kliiniset tutkimukset ovat olleet epävarmoja.
Historia
Radioaaltoja ennusti ensimmäisenä vuonna 1865 James Clerk Maxwell, joka keksi sähkömagnetismin yhtälöt, jotka myöhemmin tunnettiin nimellä Maxwellin yhtälöt. Työskennellessään sähkömagnetismin ja valon välisen suhteen suhteen hän huomasi, että muut sähkömagneettisen säteilyn muodot, joiden aallonpituudet olivat näkyvän alueen ylä- ja alapuolella, olivat mahdollisia. Alemman aallonpituuden säteilyn olemassaolo osoitettiin kokeellisesti 22 vuotta myöhemmin, vuonna 1887, jolloin Heinrich Hertz synnytti radioaaltoja laboratoriossaan. Muutaman vuosikymmenen aikana niitä käytettiin laajalti tiedon siirtämiseen. Guglielmo Marconi ja Nikola Tesla ovat molemmat varhaisia edelläkävijöitä radion alalla, mutta Marconi patentoi ensimmäisen langattoman lennätinjärjestelmän vuonna 1896.