Nøglebegreber
Fysik
Radiobølger
Elektricitet
Elektromagnetisme
Trådløs kommunikation
Indledning
Har du nogensinde undret dig over, hvordan en radio kan modtage musik og nyhedsudsendelser over den tynde luft? Radios samt radiostyrede biler og mobiltelefoner modtager alle oplysninger via usynlige bølger. Nogle af disse bølger kaldes radiobølger.
Radiobølger er en type elektromagnetisk stråling, en form for energi, der også omfatter synligt lys. Radiobølger er ikke skadelige, men er faktisk yderst nyttige til at kommunikere over store afstande. For at sende oplysninger ved hjælp af radiobølger sender en sendeantenne en radiobølge ud med en bestemt frekvens (som kan fortælle os om bølgens størrelse), og denne bliver opfanget af en modtageantenne. Nogle materialer kan blokere eller interferere med radiobølger. Har du nogensinde bemærket, at du mister modtagelsen på en bilradio eller mobiltelefon, når du kører ind i en tunnel eller en underjordisk parkeringskælder? Hvilke materialer blokerer radiobølgerne, og hvilke materialer lader bølgerne let passere?
Baggrund
En sendeantenne, eller sender, genererer og udsender radiobølger takket være en bestemt elektrisk strøm. Dette er muligt, fordi der inde i sendere er ledninger, som tillader negativt ladede partikler, kaldet elektroner, at strømme igennem dem, hvilket skaber en elektrisk strøm. Når strømmen flyder i en ledning, genererer den et elektromagnetisk felt omkring ledningen. Dette elektromagnetiske felt stråler ud fra antennen i alle retninger og skaber usynlige radiobølger.
Når de elektromagnetiske radiobølger rammer en modtagerantenne eller modtager, f.eks. en radio, genererer de en strøm inde i en ledning i modtageren. (Den omvendte proces i forhold til det, der skete i senderen, da strømmen genererede det elektromagnetiske felt i første omgang). Modtageren forarbejder derefter strømmen tilbage til den transmitterede information, som for en radio gør det muligt for dig at høre musik eller andre udsendelser. Nogle materialer kan blokere de radiobølger, som senderen genererer, hvilket kan afprøves ved at se, om en modtager kan behandle og reagere på oplysninger, der sendes af en sender.
Materialer
– Radiostyret bil og den tilhørende fjernbetjening (begge med fungerende batterier)
– Bomuld (f.eks. et stykke tøj lavet af bomuld)
– Aluminiumsfolie
– Plastikfolie
– Vokspapir
– Gummihandske
– Et glat, bredt åbent område til at afprøve din radiostyrede bil
Forberedelse
– Tjek først den radiostyrede bil og dens fjernbetjening for at sikre dig, at de begge har friske batterier. Kontroller, at bilen kører godt på den åbne plads, som du vil bruge.
– Sørg for, at du har nok af hvert materiale, du vil teste (bomuld, aluminiumsfolie, plastfolie, vokspapir og gummihandske) til at dække fjernbetjeningen til den radiofjernstyrede bil helt til. Hver beklædning skal være løs nok til, at du stadig kan betjene fjernbetjeningens knapper gennem den.
Procedure
– Pak fjernbetjeningen ind i bomuld. Sørg for, at fjernbetjeningen er helt og sikkert dækket, så der ikke er nogen åbninger eller huller i betrækket, og at det er dækket løst nok, så du stadig kan betjene betjeningsknapperne.
– Prøv at betjene den radiostyrede bil ved hjælp af den bomuldsbetrukne fjernbetjening. Virker den? Bevæger bilen sig overhovedet?
– Fjern det afprøvede materiale fra fjernbetjeningen. Prøv at sikre dig, at bilen stadig fungerer, når den ikke er dækket af noget materiale.
– Gentag denne proces med hvert enkelt materiale for sig. For hvilke materialer fungerer bilen stadig, og for hvilke materialer fungerer bilen ikke? Hvorfor tror du, at det er sådan?
– Ekstra: Bliver de trådløse signaler, der udsendes af andre enheder, blokeret af de(t) samme materiale(r), som du fandt, at de kunne blokere signalerne fra fjernbetjeningen i denne aktivitet? Du kan prøve denne aktivitet igen, men ved hjælp af andre fjernbetjeningsenheder, f.eks. fjernbetjeningen til dit tv eller stereoanlæg. Hvordan reagerer de forskellige trådløse enheder? Tror du, at de bruger samme eller forskellige typer af bølger?
– Ekstra: Er det nødvendigt at dække den radiostyrede bilfjernbetjening helt til for at blokere dens signal? Brug det/de materiale(r), du fandt til at blokere signalerne fra fjernbetjeningen til den radiostyrede bil, og dæk fjernbetjeningen helt til, som du oprindeligt gjorde i denne aktivitet, og fjern derefter langsomt afdækningen fra fjernbetjeningen, mens du prøver at betjene bilen. Hvor meget afdækning skal der til for at blokere signalet? Er det vigtigere at dække nogle dele af fjernbetjeningen for at blokere signalet?
Observationer og resultater
Har afdækning af fjernbetjeningen til den radiostyrede bil med aluminiumsfolie forhindret den radiostyrede bil i at fungere? Stoppede de andre testede materialer bilen?
Når man betjener bilen med fjernbetjeningen, udsender fjernbetjeningen radiobølger med bestemte frekvenser, som bilen kan modtage. Fjernbetjeningen fungerer som en sender og bilen som en modtager. Når bilen så modtager radiobølgerne, som er elektromagnetiske bølger, skaber bølgerne en strøm i en ledning i bilen, og det fortæller bilen, hvilken retning den skal bevæge sig i. Afhængigt af et materiales tykkelse og sammensætning kan det blokere – eller forstyrre – radiobølgerne. Tynde mængder plastfolie, vokspapir, bomuld og gummi vil sandsynligvis ikke interferere med radiobølger. Men aluminiumsfolie og andre elektrisk ledende metaller som f.eks. kobber kan reflektere og absorbere radiobølgerne og dermed forstyrre deres transmission. At placere senderen eller modtageren i en helt lukket beholder af stærkt ledende metal, som det blev gjort i denne aktivitet, er den mest effektive måde at forstyrre radiobølgerne på.
Mere at udforske
“Radiobølger lokaliserer vand inden for vægge” fra Scientific American
A Science Odyssey: Radio Transmission fra PBS Online
Blocking Radio Waves fra Newton: Ask A Scientist
Hvad er elektromagnetiske felter? fra Verdenssundhedsorganisationen
Wave Blockers fra Science Buddies
Denne aktivitet er bragt i samarbejde med Science Buddies