Schlüsselbegriffe
Physik
Radiowellen
Elektrizität
Elektromagnetismus
Drahtlose Kommunikation
Einführung
Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie ein Radio Musik und Nachrichtensendungen über dünne Luft empfangen kann? Radios, aber auch funkgesteuerte Autos und Handys, empfangen Informationen über unsichtbare Wellen. Einige dieser Wellen werden Radiowellen genannt.
Radiowellen sind eine Art von elektromagnetischer Strahlung, eine Energieform, zu der auch das sichtbare Licht gehört. Radiowellen sind nicht schädlich, sondern sehr nützlich für die Kommunikation über große Entfernungen. Um Informationen mit Hilfe von Radiowellen zu senden, sendet eine Sendeantenne eine Radiowelle mit einer bestimmten Frequenz aus (die uns die Größe der Welle verrät), die von einer Empfangsantenne aufgefangen wird. Einige Materialien können Funkwellen blockieren oder stören. Ist Ihnen schon einmal aufgefallen, dass der Empfang eines Autoradios oder Mobiltelefons gestört ist, wenn Sie in einen Tunnel oder eine Tiefgarage fahren? Welche Materialien blockieren die Funkwellen, und welche lassen sie problemlos passieren?
Hintergrund
Eine Sendeantenne oder ein Sender erzeugt und sendet dank eines bestimmten elektrischen Stroms Funkwellen aus. Das ist möglich, weil sich im Inneren des Senders Drähte befinden, durch die negativ geladene Teilchen, Elektronen genannt, fließen können, was einen elektrischen Strom erzeugt. Wenn Strom in einem Draht fließt, erzeugt er ein elektromagnetisches Feld um den Draht herum. Dieses elektromagnetische Feld strahlt von der Antenne in alle Richtungen ab und erzeugt unsichtbare Radiowellen.
Wenn die elektromagnetischen Radiowellen auf eine Empfangsantenne oder einen Empfänger, wie z. B. ein Radio, treffen, erzeugen sie einen Strom in einem Draht im Empfänger. (Das ist der umgekehrte Vorgang wie im Sender, als der Strom das elektromagnetische Feld erzeugte.) Der Empfänger wandelt den Strom dann wieder in die übertragenen Informationen um, so dass man im Radio Musik oder andere Sendungen hören kann. Einige Materialien können die vom Sender erzeugten Radiowellen blockieren. Dies kann getestet werden, indem man prüft, ob ein Empfänger die von einem Sender gesendeten Informationen verarbeiten und beantworten kann.
Materialien
– Funkgesteuertes Auto und die dazugehörige Fernbedienung (beide mit funktionierenden Batterien)
– Baumwolle (z.B. ein Kleidungsstück aus Baumwolle)
– Alufolie
– Plastikfolie
– Wachspapier
– Gummihandschuhe
– Eine glatte, weite Fläche, um dein funkgesteuertes Auto zu testen
Vorbereitung
– Überprüfe zuerst das funkgesteuerte Auto und seine Fernbedienung, um sicherzustellen, dass beide frische Batterien haben. Überprüfe, ob das Auto auf der freien Fläche, die du benutzen wirst, gut läuft.
– Stelle sicher, dass du von jedem Material, das du testen willst (Baumwolle, Alufolie, Plastikfolie, Wachspapier und Gummihandschuh) genug hast, um die Fernsteuerung des RC-Autos vollständig abzudecken. Jede Umhüllung sollte so locker sein, dass du die Tasten der Fernbedienung noch durch sie hindurch bedienen kannst.
Vorgehensweise
– Wickle die Fernbedienung in Baumwolle ein. Vergewissere dich, dass die Fernbedienung vollständig und sicher abgedeckt ist, so dass keine Öffnungen oder Löcher in der Abdeckung vorhanden sind, und dass sie locker genug abgedeckt ist, damit du die Bedienelemente noch bedienen kannst.
– Versuche, das ferngesteuerte Auto mit der mit Baumwolle abgedeckten Fernbedienung zu bedienen. Funktioniert sie? Bewegt sich das Auto überhaupt?
– Entferne das getestete Material von der Fernsteuerung. Teste, ob das Auto auch dann noch funktioniert, wenn es mit keinem Material bedeckt ist.
– Wiederhole diesen Vorgang mit jedem anderen Material separat. Bei welchen Materialien funktioniert das Auto noch, bei welchen nicht? Was glaubst du, warum das so ist?
– Extra: Werden die drahtlosen Signale, die von anderen Geräten übertragen werden, durch dasselbe Material oder dieselben Materialien blockiert, von denen du herausgefunden hast, dass sie die Signale der Fernbedienung in dieser Aktivität blockieren können? Du kannst die Übung mit anderen Fernbedienungen wiederholen, z. B. mit der Fernbedienung deines Fernsehers oder deiner Stereoanlage. Wie reagieren die verschiedenen drahtlosen Geräte? Glaubst du, dass sie ähnliche oder unterschiedliche Arten von Wellen verwenden?
– Extra: Musst du die funkgesteuerte Autofernbedienung vollständig abdecken, um ihr Signal zu blockieren? Bedecke die Fernbedienung mit dem Material, das du gefunden hast, um die Signale von der Fernbedienung zum funkgesteuerten Auto zu blockieren, und entferne dann langsam die Abdeckung von der Fernbedienung, während du versuchst, das Auto zu bedienen. Wie viel Abdeckung ist nötig, um das Signal zu blockieren? Ist es wichtiger, bestimmte Teile der Fernbedienung abzudecken, um das Signal zu blockieren?
Beobachtungen und Ergebnisse
Hält das Abdecken der Fernbedienung mit Alufolie das ferngesteuerte Auto davon ab, zu funktionieren? Hat eines der anderen getesteten Materialien das Auto gestoppt?
Wenn man das Auto mit der Fernbedienung steuert, sendet die Fernbedienung Funkwellen auf bestimmten Frequenzen aus, die vom Auto empfangen werden können. Die Fernbedienung fungiert als Sender und das Fahrzeug als Empfänger. Wenn das Auto die Funkwellen, die elektromagnetische Wellen sind, empfängt, erzeugen die Wellen in einem Draht im Auto einen Strom, der dem Auto sagt, in welche Richtung es fahren soll. Je nach Dicke und Zusammensetzung eines Materials können Funkwellen blockiert oder gestört werden. Dünne Plastikfolien, Wachspapier, Baumwolle und Gummi stören die Funkwellen wahrscheinlich nicht. Aluminiumfolie und andere elektrisch leitende Metalle wie Kupfer können die Funkwellen jedoch reflektieren und absorbieren und somit die Übertragung stören. Den Sender oder Empfänger in einen vollständig geschlossenen Behälter aus hochleitfähigem Metall zu stellen, wie es in dieser Aktivität gemacht wurde, ist der effizienteste Weg, um Radiowellen zu stören.
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