Что такое радиоволны и как они распространяются. Какова скорость радиоволн. Как генерируются радиоволны. Где используются радиоволны в современном мире. Какие существуют диапазоны радиоволн.
Что такое радиоволны и их основные свойства
Радиоволны — это вид электромагнитного излучения с длиной волны от нескольких километров до долей миллиметра. Они обладают рядом важных характеристик:
- Распространяются со скоростью света (около 300 000 км/с)
- Могут проходить через вакуум, не требуя среды для распространения
- Способны огибать препятствия и проникать сквозь некоторые материалы
- Отражаются от металлических поверхностей и ионосферы Земли
- Могут быть сфокусированы и направлены с помощью антенн
Благодаря этим свойствам радиоволны нашли широчайшее применение в современных технологиях связи и других областях.
Как генерируются радиоволны
Для генерации радиоволн используются колебательные контуры и антенны. Основные способы получения радиоволн:
- Колебания электрического тока в проводнике (антенне)
- Ускоренное движение заряженных частиц
- Быстрое изменение магнитного поля
- Распад или столкновение элементарных частиц
В радиопередатчиках генерация радиоволн происходит за счет быстрых колебаний тока в антенне на заданной частоте. Чем выше частота колебаний, тем короче длина волны излучения.
Диапазоны радиоволн и их особенности
Радиоволны делятся на несколько диапазонов в зависимости от длины волны и частоты:
- Сверхдлинные волны (СДВ): 10-100 км
- Длинные волны (ДВ): 1-10 км
- Средние волны (СВ): 100-1000 м
- Короткие волны (КВ): 10-100 м
- Ультракороткие волны (УКВ): 1-10 м
- Микроволны: 1 мм — 1 м
Каждый диапазон имеет свои особенности распространения и области применения. Например, длинные волны хорошо огибают поверхность Земли, а короткие способны отражаться от ионосферы.
Применение радиоволн в современном мире
Радиоволны нашли множество применений в различных сферах:
- Радиовещание и телевидение
- Мобильная связь
- Спутниковая навигация (GPS, ГЛОНАСС)
- Радиолокация и радиоастрономия
- Wi-Fi и Bluetooth
- Микроволновые печи
- Радиоуправление
Развитие технологий радиосвязи произвело настоящую революцию в коммуникациях, позволив мгновенно передавать информацию на огромные расстояния.
Чем радиоволны отличаются от звуковых волн
Радиоволны и звуковые волны имеют принципиальные различия:
| Характеристика | Радиоволны | Звуковые волны |
|---|---|---|
| Природа | Электромагнитные | Механические |
| Среда распространения | Вакуум, воздух, некоторые материалы | Только материальная среда |
| Скорость | 300 000 км/с | ~ 340 м/с (в воздухе) |
| Частотный диапазон | 3 кГц — 300 ГГц | 16 Гц — 20 кГц |
В отличие от звука, радиоволны могут распространяться в космическом пространстве и преодолевать огромные расстояния.
Как работает прием радиоволн
Для приема радиоволн используются антенны и радиоприемники. Основные этапы приема:
- Антенна улавливает электромагнитные колебания
- В антенне возникают слабые переменные токи
- Сигнал усиливается в радиоприемнике
- Из сигнала выделяется полезная информация (демодуляция)
- Информация преобразуется в звук, изображение и т.д.
Современные цифровые приемники используют сложные алгоритмы обработки сигналов для повышения качества приема.
Влияние радиоволн на человека и окружающую среду
Вопрос о влиянии радиоволн на здоровье человека остается дискуссионным. Основные факты:- Радиоволны не вызывают ионизацию атомов и молекул
- При высокой мощности возможен нагрев тканей (эффект микроволновки)
- Исследования не выявили однозначной связи с заболеваниями
- Существуют нормы по ограничению мощности излучения устройств
- Рекомендуется соблюдать меры предосторожности при длительном воздействии
Влияние на экосистемы также недостаточно изучено, но в целом считается незначительным при соблюдении норм.
Перспективы развития технологий радиосвязи
Технологии радиосвязи продолжают активно развиваться. Основные тенденции:
- Освоение более высоких частот (миллиметровые волны для 5G)
- Повышение спектральной эффективности
- Развитие технологий MIMO (Multiple Input Multiple Output)
- Внедрение программно-определяемого радио (SDR)
- Создание глобальных спутниковых систем связи
Эти инновации позволят существенно увеличить скорость и качество беспроводной передачи данных в будущем.
Интересные факты о радиоволнах
Несколько любопытных фактов о радиоволнах:
- Радиоволны были предсказаны теоретически до их экспериментального обнаружения
- Первым радиоволны зарегистрировал Генрих Герц в 1887 году
- Радиоволны от первых радиопередач уже преодолели расстояние более 100 световых лет
- Радиоволны используются для поиска внеземных цивилизаций (проект SETI)
- Атмосфера Юпитера является мощным источником радиоизлучения
Изучение и применение радиоволн остается одной из важнейших областей современной науки и техники.
послушайте, как звучат разные планеты
Елизавета Приставка Новостной редактор
В космосе нет звука, но там есть другие волны, например, электромагнитные и радиоволны, а также рентгеновское и гамма-излучение. Их можно воспринимать с помощью антенны, а дальше конвертировать в понятные человеку звуковые сигналы. «Хайтек» сделал подборку звуков из космоса, которые могут показаться загадочными и даже пугающими.
Читайте «Хайтек» в
Хрип Сатурна, рев Юпитера и ветер Венеры — все это астрономы смогли записать и конвертировать в понятные для человека звуки.
Почему в космосе нет звука?Звуковые волны являются механическими, потому что для их распространения нужна материальная среда, такая как воздух, жидкости, такие как вода, или металлы, такие как серебро.
Это определяющий критерий для механической волны. Движение распространяется по воздуху подобно волне. Когда оно достигает уха, человек воспринимает его как звук.
Звук появляется на Земле от механических колебаний. В космосе все иначе, там нет кислорода, поэтому звук не распространяется в нашем привычном представлении.
Если звука нет, то как записывают шум планет и других объектов?Мы не можем услышать в космосе колебания воздуха, из-за которых распространяется звук. Но в безвоздушном пространстве все еще могут перемещаться электромагнитные волны, например, ультрафиолетовое, инфракрасное и гамма-излучение, а также радиоволны.
Человек не может слышать эти электромагнитные волны. Но вместо них звуки воспринимают антенны и передают их на обычный динамик.
Тихий МарсВ конце 2021 года в НАСА опубликовали аудиозаписи, которые записал марсоход Perseverance.
Агентство выложило в общий доступ всего семь записей того, как ездит марсоход или дует ветер. Послушать все звуки можно по ссылке.
Исследователи отмечают, что звуки с Марса помогут им более точно понять особенности атмосферы планеты. Они считают, что на Марсе, в отличие от Земли, хорошо распространяются частоты из нижней части звукового диапазона.
В НАСА рассказали, что, когда спутник Cassini проходил сквозь кольца Сатурна, его оборудование, как и предполагалось, засекло сотни «частиц колец», но как только он попал в промежуток между ними, все звуки странным образом затихли.
Миссия записала «звуки» плазменных волн. Они возникают, когда составляющие плазму заряженные частицы начинают совершать сложные колебательные движения под действием электрических и магнитных полей.
В 2021 году аппарат Юнона, который передавал на Землю изображения Юпитера, смог записать аудиодорожку при прохождении около спутника планеты Ганимеда.
По этим звукам можно понять, как магнитосфера взаимодействует с газами в атмосфере планеты-гиганта. Данные собрали, когда аппарат прошел в около 1 000 км от Ганимеда.
Также в 2016 году аппарат записал звуки «рева», которые возникают на месте столкновения солнечного ветра с магнитосферой Юпитера. Ионизированные частицы направляются в магнитосферу на скорости в несколько миллионов километров в час, а потом резко замедляются, издавая пугающие звуки.
В 2021 году аппарат BepiColombo, который находится около Меркурия, записал, как на Венере дует солнечный ветер.
Он сделал это на расстоянии 550 км от планеты. Отмечается, что это не настоящий звук Венеры, а сонификация, иначе говоря, данные, из которых сделали звук.
Астрономы выложили несколько вариантов звучания. Первая — данные с бортового акселерометра, которые перевели в аудиозапись. Вторая — это сонификация информации с прибора для измерения характеристик магнитного поля. На ней слышно, как солнечный ветер взаимодействует с атмосферой планеты.
Астрономы из НАСА записали то, с каким звуком летит комета Tempel 1. Можно услышать, как пыль и камни ударяются об аппарат, а на фоне этого шума пролетает комета.
Всего запись длится 11 минут: именно столько времени Tempel 1 и комета находились друг от друга на максимально близком расстоянии.
Радиотелескоп Arecibo обнаружил волны, которые издает пульсар PSR B1957 + 20, расположенный в созвездии Стрелы. Это была супервспышка, которая частично уничтожила красный карлик-компаньон, находившийся рядом с пульсаром.
Дальше астрофизики из Канады превратили зафиксированное гамма-излучение в звук.
Астрономы переводят космическое излучение в звук, чтобы узнать больше о природе планет и других объектов в космосе, а также понять причины разных необычных явлений.
Читать далее
Вероятно, протоны гораздо меньше, чем считалось ранее
Астрономы сфотографировали черную дыру в центре спиральной галактики
Грибок, заражающий ковидных пациентов «черной плесенью», научился обходить иммунитет
Невидимый свет и неслышимый звук
Все знают, что звук не может распространяться далеко. Как бы мы громко ни кричали, наш голос нельзя услышать дальше， чем за 1 км. Кроме того, сам звук распространяется довольно медленно — за 3 сек. он проходит примерно 1 км.
Если бы житель Ленинграда мог крикнуть так громко, что его могли бы услышать во Владивостоке, то он был бы услышан только через 10 час. и лишь почти через сутки до него донеслись бы первые слова ответа. Это очень медленно, и такая скорость нас удовлетворить не может.
Как же получается так, что по радио звук стал слышен за тысячи километров и почти в тот же момент, как он произносится? Это стало возможным потому, что был найден удобный и быстрый «переносчик» звука.
Основная заслуга в этом принадлежит нашему ученому Александру Степановичу Попову, изобретателю радио.
На вопрос, что такое радио, что такое радиопередача, можно ответить, может быть и не совсем обычно, но довольно точно: радиопередача — это невидимый свет, который несет на себе неслышимый звук.
Все мы привыкли к свету, но не все достаточно хорошо знают, что такое свет. С точки зрения физики свет является электромагнитными волнами, электромагнитными колебаниями, которые распространяются в пространстве с огромнейшей скоростью — 300 тыс. км в секунду. Путь от Ленинграда до Владивостока, на который звуку нужно затратить около 10 час., свет пролетает так быстро, что мы не можем отметить этот небольшой промежуток времени — примерно три сотых секунды (0,03 сек.). Звук за этот промежуток времени пройдет только 10 м.
Электромагнитные волны в зависимости от их длины различным образом проявляют себя и некоторые из них могут даже восприниматься нашими органами чувств. Так, например, волны длиной от четырех тысячных до восьми тысячных долей миллиметра являются световыми волнами, и мы видим и ощущаем их, как свет.
Горячая печь или нагретое тело излучает тепло. Это тоже электромагнитные волны, но несколько длиннее световых. Мы их не видим, но ощущаем, как тепло. Волны еще более длинные, чем тепловые, мы уже не воспринимаем никакими чувствами, узнать об их присутствии мы можем только при помощи специальных приборов. Эти электромагнитные волны длиной от нескольких миллиметров до нескольких километров мы и используем для радиопередачи. Они являются тем чудесным «переносчиком» звуков — радиоволнами, которые дают нам возможность передавать звуки на многие тысячи километров.
Каким же образом можно получать электромагнитные волны, использующиеся для радиопередачи?
Оказывается, что если по проводу проходит переменный электрический ток, то вокруг провода возникают электромагнитные волны, которые, отрываясь от провода, уносятся от него во все стороны со скоростью света.
Что же представляет собой переменный ток, порождающий электромагнитные волны, которые мы называем радиоволнами?
Переменным электрическим током называется ток, который проходит по проводу то в одном направлении, то в обратном.
Время, в течение которого ток успевает пройти по проводу в прямом и в обратном направлениях, называется периодом. Число периодов в секунду называется частотой тока и измеряется в «герцах» (гц). Если, например, ток проходит полсекунды в одном направлении и полсекунды в обратном, то его период равен 1 сек. и его частота равна 1 гц. Переменный ток, который применяется для освещения, имеет обычно 50 периодов, т. е. он 50 раз в секунду проходит в прямом направлении и 50 раз — в обратном. Его частота равна 50 гц. Радиоволны возбуждаются переменными токами очень большой частоты — от сотен тысяч до многих миллионов герц — токами высокой частоты.
Существует определенное соотношение между частотой и длиной волны. Если скорость распространения радиоволн — 300 000 км в секунду — разделить на частоту в килогерцах (1 кгц = 1 000 гц), то получится длина волны в метрах. Так, например, если частота переменного тока, возбуждающего радиоволну, равна 1 000 кгц, то длина волны равна 300 000/1 000 = 300 м.
И наоборот, если 300 000 разделить на длину волны в метрах, то получается частота в килогерцах. Радиоволны можно характеризовать как длиной волны, так и частотой, обе величины равноценны.
Теперь мы можем составить самое общее представление о передающей радиостанции. На этой станции имеется оборудование, которое возбуждает переменный ток нужной частоты и посылает его в антенну — провод, подвешенный на мачтах. Вокруг антенны образуются электромагнитные волны, которые уносятся от нее во все стороны. Но как же заста- вить радиоволны послушно переносить те звуки, которые мы хотим перебросить за тысячи километров? Для этого прежде всего надо превратить звук в электрический ток. Это делает прибор, называемый микрофоном. Если перед микрофоном говорить, петь или играть, то он превращает звуки, т. е. колебания воздуха, в электрический ток, сила которого изменяется в соответствии с изменениями звука. Колебания электрического тока звуковой или низкой частоты, получаемые от микрофона, накладываются на ток высокой частоты, вырабатываемый для создания радиоволн.
В соответствии с этим изменяется и характер радиоволн, которые, отрываясь от антенны передающей станции, несут с собой произведенные перед микрофоном звуки. Но теперь эти звуки уже не слышны. Вот и получается, что невидимые радиоволны несут с собой неслышимые звуки.
Радиоволны обладают одним интересным свойством. Если они на своем пути встречают какой-нибудь металлический предмет, то они вызывают в нем появление таких же переменных токов высокой частоты, какие породили появление этих радиоволн на передающей радиостанции. Их частота будет точно такая же, сохранится и наложенный на них звуковой ток. Этим свойством и пользуются для приема радиопередач. На крыше, на мачтах или на деревьях подвешивается приемная антенна, в которой приходящие радиоволны возбуждают быстропеременные токи. Эти токи поступают из антенны в радиоприемник, они крайне слабы и тем слабее, чем дальше приемник находится от передатчика.
Нетрудно представить, что в приемной антенне будут возбуждаться токи множеством передающих станций и прием нужной станции поэтому будет практически невозможен.
Из всех этих токов надо выделить только тот, который возбуждается радиоволнами нужной нам станции. Это можно осуществить при помощи так называемых колебательных контуров. Оказывается, что если сделать из провода катушку и присоединить к ней конденсатор (о том, что такое конденсатор и как делается катушка, читатель узнает дальше), то получится колебательный контур, который отзывается на переменный ток определенной частоты. Изменяя данные катушки и конденсатора, можно настраивать контур на нужную частоту. Так был решен вопрос об отсеве ненужных станций.
Но это тоже еще не все. Когда из множества токов, пробегающих по антенне, отобран ток нужной станции, из него нужно еще выделить звуковой ток, смешанный с высокочастотным током. Это осуществляется при помощи так назы-ваемого детектора. После детектора мы получаем уже звуковой ток, который превратить в звук уже легко. Это делает обычная телефонная трубка. Когда через телефонную трубку проходит звуковой ток, то магнит трубки начинает в такт с изменениями тока колебать тонкую железную пластинку — мембрану, мембрана в свою очередь колеблет воздух, а колебания воздуха — это и есть звук, который воспринимается органами слуха.
Все рассказанное выше совершается с невероятной быстротой и поэтому слово, сказанное перед микрофоном в Москве, практически в то же самое мгновение будет услышано человеком, сидящим у приемника за тысячи километров.
В заключение следует отметить, что выделить нужную станцию мы сможем только в том случае, если другие станции не будут работать на той же самой волне. Если две одинаково громко слышимые станции работают на одной и той же или близких волнах, то их отделить нельзя, и они будут мешать друг другу.
Представление о радио, которое читатель получил из этого рассказа, конечно, является лишь самым общим, но оно достаточно для того, чтобы более сознательно приступить к постройке простого приемника.
Уровень:6-12Стандарты учебной программы:ПС-М-С1 ПС-Х-Г1Обзор:Одной из основных целей этого раздела является обеспечение того, чтобы учащиеся знали фундаментальные различия между радиоволнами и звуковыми волнами. Благодаря участию в этом уроке учащиеся изучат характеристики обоих типов волн.
Цель: выявить и изучить различные характеристики радио и звуковых волн.
Цели:Студенты будут:
интернет-сайтов:http://www.askjeeves.comСтуденты могут использовать этот сайт для исследований и отчетов по специальным темам, связанным со звуком, включая: ультразвук, инфразвук, эхолокация, сонар и преодоление звукового барьера. Они также могут исследовать различные типы волн, включенных в электромагнитный спектр, в том числе: космические лучи, гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, световые лучи, инфракрасные лучи, микроволны и радиоволны. Процедуры:
Оценка:Предложите учащимся ответить на следующие вопросы:
|
Радиоволны | Примеры, использование, факты и диапазон
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- В этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Популярные вопросы
- Обзор недели
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Компаньоны
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
- Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica. - #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории. - Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
- Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, правительство, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
