Kulcsfogalmak
Fizika
Rádióhullámok
Elektromosság
Elektromágnesesség
Vezeték nélküli kommunikáció
Bevezetés
Gondolkozott már azon, hogyan képes egy rádió a vékony levegőn keresztül zenét és híradásokat fogadni? A rádiók, valamint a rádióvezérlésű autók és a mobiltelefonok mind láthatatlan hullámokon keresztül fogadják az információkat. E hullámok egy részét rádióhullámoknak nevezzük.
A rádióhullámok az elektromágneses sugárzás egy fajtája, egy olyan energiafajta, amelyhez a látható fény is tartozik. A rádióhullámok nem károsak, sőt, rendkívül hasznosak a nagy távolságok közötti kommunikációban. A rádióhullámok segítségével történő információküldéshez egy adóantenna rádióhullámot bocsát ki egy bizonyos frekvencián (amelyből megtudhatjuk a hullám méretét), és ezt egy vevőantenna veszi fel. Egyes anyagok blokkolhatják vagy zavarhatják a rádióhullámokat. Észrevetted már, hogy megszűnik a vétel az autórádión vagy a mobiltelefonon, amikor alagútba vagy mélygarázsba hajtasz? Milyen anyagok blokkolják a rádióhullámokat, és melyek azok, amelyek könnyen átengedik a hullámokat?
Háttér
A sugárzó antenna vagy adó egy meghatározott elektromos áramnak köszönhetően rádióhullámokat generál és küld ki. Ez azért lehetséges, mert az adók belsejében olyan vezetékek vannak, amelyeken negatív töltésű részecskék, úgynevezett elektronok áramolhatnak keresztül, ami elektromos áramot hoz létre. Amikor egy vezetékben áram folyik, az elektromágneses mezőt hoz létre a vezeték körül. Ez az elektromágneses mező az antennából minden irányba kisugárzik, láthatatlan rádióhullámokat létrehozva.
Amikor az elektromágneses rádióhullámok egy vevőantennát vagy vevőt, például egy rádiót érnek, áramot generálnak a vevőben lévő vezetékben. (Ez a folyamat fordítottja annak, ami az adóban történt, amikor az áram először is létrehozta az elektromágneses mezőt). A vevő ezután az áramot visszaalakítja az átvitt információvá, ami egy rádió esetében lehetővé teszi a zene vagy más adások hallgatását. Egyes anyagok képesek blokkolni az adó által generált rádióhullámokat, amit úgy lehet tesztelni, hogy megnézzük, hogy a vevő képes-e feldolgozni és reagálni az adó által küldött információra.
Anyagok
– Rádióvezérelt autó és a hozzá tartozó távirányító (mindkettő működő elemmel)
– Pamut (például egy pamutból készült ruhadarab)
– Alumíniumfólia
– Műanyag fólia
– Viaszpapír
– Gumikesztyű
– Egy sima, széles, nyitott tér a rádióvezérelt autó tesztvezetéséhez
Előkészítés
– Először ellenőrizd a rádióvezérelt autót és a távirányítót, hogy mindkettőben friss elemek vannak-e. Ellenőrizze, hogy az autó jól fut-e azon a nyílt téren, amelyet használni fog.
– Győződjön meg róla, hogy minden egyes anyagból, amelyet tesztelni szeretne (a vattából, az alufóliából, a műanyag fóliából, a viaszpapírból és a gumikesztyűből) elegendő van ahhoz, hogy teljesen befedje az RC-autó távirányítóját. Minden borításnak elég lazának kell lennie ahhoz, hogy a távirányító gombjait azon keresztül is tudja működtetni.
Eljárás
– Csomagolja be a távirányítót pamutba. Győződjön meg róla, hogy a távirányítót teljesen és biztonságosan beborítja, hogy a borításon ne legyenek nyílások vagy lyukak, és hogy a borítás elég laza legyen ahhoz, hogy még működtetni tudja a kezelőszerveket.
– Próbálja meg működtetni a rádióvezérelt autót a pamutba burkolt távirányítóval. Működik? Mozog-e egyáltalán az autó?
– Távolítsa el a vizsgált anyagot a távirányítóról. Teszteljük, hogy az autó akkor is működik-e, ha nincs letakarva semmilyen anyaggal.
– Ismételjük meg ezt a folyamatot minden egyes különböző anyaggal külön-külön. Melyik anyag esetén működik még az autó, és melyik anyag esetén nem működik? Mit gondolsz, miért van ez így?
– Extra: A más eszközök által továbbított vezeték nélküli jeleket blokkolja-e ugyanaz(ok) az anyag(ok), amely(ek)ről ebben a tevékenységben megállapítottad, hogy blokkolhatja(k) a távirányító jeleit? Megpróbálhatod újra ezt a tevékenységet, de más távirányítós eszközökkel, például a TV vagy a sztereó távirányítójával. Hogyan reagálnak a különböző vezeték nélküli eszközök? Szerinted hasonló vagy különböző típusú hullámokat használnak?
– Extra: Teljesen le kell takarni a rádióvezérlésű autó távirányítóját, hogy blokkoljuk a jelét? A távirányító és a rádióvezérelt autó közötti jelek blokkolására talált anyag(ok) segítségével teljesen takard le a távirányítót, ahogyan eredetileg is tetted ebben a tevékenységben, majd lassan távolítsd el a burkolatot a távirányítóról, miközben megpróbálod működtetni az autót. Mennyi takarás szükséges a jel blokkolásához? A távirányító egyes részeit fontosabb letakarni a jel blokkolásához?
Megfigyelések és eredmények
A rádióvezérelt autó távirányítójának alufóliával való letakarása megakadályozta a rádióvezérelt autó működését? A vizsgált egyéb anyagok közül bármelyik megállította-e az autót?
Amikor a távirányítóval működtetjük az autót, a távirányító meghatározott frekvenciájú rádióhullámokat sugároz, amelyeket az autó képes fogadni. A távirányító adóként, az autó pedig vevőként működik. Ezután, amikor az autó fogadja a rádióhullámokat, amelyek elektromágneses hullámok, a hullámok áramot generálnak az autóban lévő vezetékben, és ez megmondja az autónak, hogy melyik irányba mozogjon. Az anyag vastagságától és összetételétől függően blokkolhatja – vagy zavarhatja – a rádióhullámokat. A vékony műanyag fólia, viaszpapír, pamut és gumi valószínűleg nem zavarja a rádióhullámokat. Az alumíniumfólia és más elektromosan vezető fémek, például a réz azonban visszaverhetik és elnyelhetik a rádióhullámokat, és következésképpen zavarják azok továbbítását. A rádióhullámok zavarásának leghatékonyabb módja, ha az adót vagy a vevőt egy erősen vezető fémből készült, teljesen zárt edénybe helyezzük, ahogyan ebben a tevékenységben is tettük.
Még több felfedeznivaló
“Radio Waves Locate Water within Walls” from Scientific American
A Science Odyssey: A PBS Online-tól
Blocking Radio Waves from Newton: World Health Organization
Wave Blockers from Science Buddies
This activity brought to you in partnership with Science Buddies
Az elektromágneses mezők: Ask A Scientist
What are electromagnetic fields?