Keskeiset käsitteet
Fysiikka
Radioaallot
Sähkö
Sähkömagnetismi
Langaton tiedonsiirto
Sisällysluettelo
Valmistelu
Oletko ikinä miettinyt, miten radio voi vastaanottaa musiikkia ja uutislähetyksiä ohuessa ilmassa? Radiot sekä radio-ohjattavat autot ja matkapuhelimet vastaanottavat tietoa näkymättömien aaltojen välityksellä. Joitakin näistä aalloista kutsutaan radioaalloiksi.
Radioaallot ovat eräänlaista sähkömagneettista säteilyä, energiaa, johon kuuluu myös näkyvä valo. Radioaallot eivät ole haitallisia, vaan ne ovat itse asiassa erittäin hyödyllisiä pitkien etäisyyksien yli tapahtuvassa viestinnässä. Tietojen lähettäminen radioaaltojen avulla tapahtuu siten, että lähettävä antenni lähettää radioaallon tietyllä taajuudella (josta voidaan päätellä aallon koko), ja vastaanottava antenni vastaanottaa sen. Jotkin materiaalit voivat estää tai häiritä radioaaltoja. Oletko koskaan huomannut, että autoradion tai matkapuhelimen kuuluvuus katkeaa, kun ajat tunneliin tai maanalaiseen pysäköintihalliin? Mitkä materiaalit estävät radioaallot ja mitkä päästävät aallot helposti läpi?
Tausta
Lähetysantenni eli lähetin tuottaa ja lähettää radioaaltoja tietyn sähkövirran avulla. Tämä on mahdollista, koska lähettimien sisällä on johtoja, jotka päästävät negatiivisesti varautuneita hiukkasia, niin sanottuja elektroneja, virtaamaan niiden läpi, jolloin syntyy sähkövirta. Kun virta virtaa johtimessa, se synnyttää sähkömagneettisen kentän johtimen ympärille. Tämä sähkömagneettinen kenttä säteilee antennista kaikkiin suuntiin synnyttäen näkymättömiä radioaaltoja.
Kun sähkömagneettiset radioaallot osuvat vastaanottavaan antenniin eli vastaanottimeen, kuten radioon, se synnyttää virran vastaanottimessa olevan johdon sisällä. (Päinvastainen prosessi kuin mitä tapahtui lähettimessä, kun virta synnytti sähkömagneettisen kentän alun perin). Vastaanotin käsittelee sitten virran takaisin lähetetyksi informaatioksi, jonka avulla radiossa voi kuulla musiikkia tai muita lähetyksiä. Jotkin materiaalit voivat estää lähettimen tuottamat radioaallot, mikä voidaan testata katsomalla, pystyykö vastaanotin käsittelemään lähettimen lähettämää tietoa ja vastaamaan siihen.
Materiaalit
– Radio-ohjattava auto ja sitä vastaava kaukosäädin (molemmissa toimivat paristot)
– Puuvilla (esimerkiksi puuvillasta valmistettu vaatekappale)
– Alumiinifolio
– Muovikelmu
– Vahapaperi
– Kumihanska
– Sileä, leveä, avoin tila, jossa voit koeajaa radio-ohjattavaa autoa
Valmistautuminen
– Tarkista ensin radio-ohjattavasta autosta ja kaukosäätimestä, että molemmissa on uudet paristot. Tarkista, että auto kulkee hyvin käyttämässäsi avoimessa tilassa.
– Varmista, että sinulla on riittävästi kutakin materiaalia, jota haluat testata (puuvillaa, alumiinifoliota, muovikelmua, vahapaperia ja kumihansikkaita), jotta se peittää RC-auton kaukosäätimen kokonaan. Jokaisen päällysteen on oltava tarpeeksi löysä, jotta voit edelleen käyttää kaukosäätimen painikkeita sen läpi.
Menettely
– Kääri kaukosäädin puuvillaan. Varmista, että kaukosäädin on kokonaan ja tukevasti peitetty siten, että peitteessä ei ole aukkoja tai reikiä, ja että se on peitetty riittävän löysästi, jotta voit edelleen käyttää ohjaimia.
– Yritä käyttää radio-ohjattavaa autoa puuvillalla peitetyn kaukosäätimen avulla. Toimiiko se? Liikkuuko auto lainkaan?
– Poista testattu materiaali kaukosäätimestä. Testaa, että auto toimii edelleen, kun sitä ei ole peitetty millään materiaalilla.
– Toista tämä prosessi käyttämällä kutakin eri materiaalia erikseen. Millä materiaaleilla auto toimii edelleen, ja millä materiaaleilla auto ei toimi? Miksi luulet, että näin on?
– Extra: Estävätkö muiden laitteiden lähettämät langattomat signaalit sama(t) materiaali(t), jonka (joiden) havaitsit voivan estää kaukosäätimen signaalit tässä tehtävässä? Voit kokeilla tätä aktiviteettia uudelleen, mutta käyttämällä muita kauko-ohjainlaitteita, kuten television tai stereoiden kaukosäädintä. Miten eri langattomat laitteet reagoivat? Luuletko, että ne käyttävät samantyyppisiä vai erityyppisiä aaltoja?
– Extra: Pitääkö radio-ohjattavan auton kaukosäädin peittää kokonaan sen signaalin estämiseksi? Peitä kaukosäädin kokonaan kaukosäätimestä radio-ohjattavaan autoon tulevien signaalien estämiseksi löytämilläsi materiaaleilla, kuten teit alun perin tässä tehtävässä, ja poista sitten hitaasti peite kaukosäätimestä yrittäessäsi käyttää autoa. Kuinka paljon peittämistä tarvitaan signaalin estämiseksi? Ovatko jotkut kaukosäätimen osat tärkeämpiä peittää signaalin estämiseksi?
Havaintoja ja tuloksia
Peittikö radio-ohjattavan auton kaukosäätimen peittäminen alumiinifoliolla radio-ohjattavan auton toiminnan? Pysäyttivätkö muut testatut materiaalit auton toiminnan?
Kun autoa käytetään kaukosäätimellä, kaukosäädin lähettää radioaaltoja tietyillä taajuuksilla, jotka auto voi vastaanottaa. Kaukosäädin toimii lähettimenä ja auto vastaanottimena. Kun auto vastaanottaa radioaallot, jotka ovat sähkömagneettisia aaltoja, aallot synnyttävät virran autossa olevaan johtoon, ja tämä kertoo autolle, mihin suuntaan sen pitää liikkua. Materiaalin paksuudesta ja koostumuksesta riippuen se voi estää tai häiritä radioaaltoja. Ohut muovikelmu, vahapaperi, puuvilla ja kumi eivät todennäköisesti häiritse radioaaltoja. Alumiinifolio ja muut sähköä johtavat metallit, kuten kupari, voivat kuitenkin heijastaa ja absorboida radioaaltoja ja siten häiritä niiden lähetystä. Lähettimen tai vastaanottimen sijoittaminen täysin suljettuun, hyvin johtavasta metallista valmistettuun astiaan, kuten tässä tehtävässä tehtiin, on tehokkain tapa häiritä radioaaltoja.
More to explore
”Radio Waves Locate Water within Walls” from Scientific American
A Science Odyssey: Radio Transmission from PBS Online
Blocking Radio Waves from Newton: World Health Organization
Wave Blockers from Science Buddies
This activity brought to you in partnership with Science Buddies
Tämä aktiviteetti on tuotu sinulle yhteistyössä Science Buddiesin kanssa
.