Kluczowe pojęcia
Fizyka
Fale radiowe
Elektryczność
Elektromagnetyzm
Komunikacja bezprzewodowa
Wprowadzenie
Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak radio może odbierać muzykę i audycje informacyjne przez cienkie powietrze? Radia, a także samochody sterowane radiowo i telefony komórkowe, wszystkie odbierają informacje za pomocą niewidzialnych fal. Niektóre z tych fal nazywane są falami radiowymi.
Fale radiowe są rodzajem promieniowania elektromagnetycznego, rodzajem energii, która obejmuje również światło widzialne. Fale radiowe nie są szkodliwe, ale w rzeczywistości są niezwykle przydatne do komunikowania się na duże odległości. Aby wysłać informację za pomocą fal radiowych, antena nadawcza wysyła falę radiową o określonej częstotliwości (co może nam powiedzieć o wielkości fali), a ta jest odbierana przez antenę odbiorczą. Niektóre materiały mogą blokować lub zakłócać fale radiowe. Czy kiedykolwiek zauważyłeś, że tracisz odbiór w radiu samochodowym lub telefonie komórkowym, gdy wjeżdżasz do tunelu lub podziemnego parkingu? Jakie materiały blokują fale radiowe, a jakie pozwalają falom łatwo przechodzić?
Tło
Antena nadawcza, czyli nadajnik, generuje i wysyła fale radiowe dzięki specyficznemu prądowi elektrycznemu. Jest to możliwe, ponieważ wewnątrz nadajników znajdują się przewody, które pozwalają ujemnie naładowanym cząstkom, zwanym elektronami, przepływać przez nie, co powoduje powstanie prądu elektrycznego. Gdy prąd płynie w przewodzie, wytwarza on pole elektromagnetyczne wokół przewodu. To pole elektromagnetyczne promieniuje z anteny we wszystkich kierunkach, tworząc niewidzialne fale radiowe.
Gdy elektromagnetyczne fale radiowe uderzają w antenę odbiorczą lub odbiornik, taki jak radio, generuje prąd wewnątrz drutu w odbiorniku. (Proces odwrotny do tego, co się stało w nadajniku, gdy prąd wygenerował pole elektromagnetyczne w pierwszej kolejności). Odbiornik następnie przetwarza prąd z powrotem na przesyłane informacje, co w przypadku radia pozwala na słuchanie muzyki lub innych audycji. Niektóre materiały mogą blokować fale radiowe generowane przez nadajnik, co można przetestować, sprawdzając, czy odbiornik może przetwarzać i reagować na informacje wysyłane przez nadajnik.
Materiały
– Samochód sterowany radiem i odpowiedni pilot (oba z działającymi bateriami)
– Bawełna (np. kawałek ubrania z bawełny)
– Folia aluminiowa
– Plastikowa folia
– Papier woskowy
– Gumowa rękawiczka
– Gładka, szeroka, otwarta przestrzeń do jazdy próbnej samochodem sterowanym radiem
Przygotowanie
– Najpierw sprawdź samochód sterowany radiem i jego pilota, aby upewnić się, że oba mają świeże baterie. Sprawdź, czy samochód dobrze jeździ na otwartej przestrzeni, której będziesz używał.
– Upewnij się, że masz wystarczająco dużo każdego materiału, który chcesz przetestować (bawełna, folia aluminiowa, folia plastikowa, papier woskowy i rękawica gumowa), aby całkowicie pokryć pilota samochodu RC. Każde pokrycie powinno być na tyle luźne, abyś mógł przez nie obsługiwać przyciski pilota.
Procedura
– Zawiń pilota w bawełnę. Upewnij się, że pilot jest całkowicie i bezpiecznie pokryty tak, że nie ma żadnych otworów w pokryciu, i że jest pokryty na tyle luźno, że nadal można obsługiwać przyciski.
– Spróbuj uruchomić samochód sterowany radiowo za pomocą pilota pokrytego bawełną. Czy to działa? Czy samochód w ogóle się porusza?
– Usuń testowany materiał z pilota. Sprawdź, czy samochód nadal działa, gdy nie jest pokryty żadnym materiałem.
– Powtórz ten proces, używając każdego materiału osobno. W przypadku których materiałów samochód nadal działa, a w przypadku których nie działa? Jak myślisz, dlaczego tak się dzieje?
– Dodatkowo: Czy sygnały bezprzewodowe wysyłane przez inne urządzenia są blokowane przez ten sam materiał(y), który odkryłeś, że może blokować sygnały z pilota zdalnego sterowania w tym ćwiczeniu? Możesz spróbować wykonać to ćwiczenie ponownie, ale używając innych urządzeń zdalnego sterowania, takich jak telewizor lub pilot stereo. Jak reagują różne urządzenia bezprzewodowe? Jak myślisz, czy używają podobnych czy różnych rodzajów fal?
– Dodatkowe: Czy trzeba całkowicie zakryć pilota do samochodu sterowanego radiowo, aby zablokować jego sygnał? Używając materiału(ów), który znalazłeś do zablokowania sygnałów z pilota do samochodu sterowanego radiowo, całkowicie zakryj pilota, tak jak to zrobiłeś w tym ćwiczeniu, a następnie powoli zdejmij osłonę z pilota próbując obsługiwać samochód. Ile osłony jest potrzebne do zablokowania sygnału? Czy niektóre części pilota są ważniejsze do przykrycia w celu zablokowania sygnału?
Obserwacje i wyniki
Czy przykrycie pilota samochodu sterowanego radiem folią aluminiową powstrzymało samochód sterowany radiem od działania? Czy którykolwiek z pozostałych testowanych materiałów zatrzymał samochód?
Gdy obsługujesz samochód za pomocą pilota, pilot wysyła fale radiowe o określonych częstotliwościach, które mogą być odbierane przez samochód. Pilot działa jako nadajnik, a samochód jako odbiornik. Kiedy samochód odbiera fale radiowe, które są falami elektromagnetycznymi, fale te generują prąd w przewodzie w samochodzie, a to mówi samochodowi, w którym kierunku ma się poruszać. W zależności od grubości i składu materiału, może on blokować lub zakłócać fale radiowe. Cienka folia plastikowa, papier woskowy, bawełna i guma raczej nie będą zakłócać fal radiowych. Jednak folia aluminiowa i inne metale przewodzące prąd elektryczny, takie jak miedź, mogą odbijać i pochłaniać fale radiowe, a w konsekwencji zakłócać ich transmisję. Umieszczenie nadajnika lub odbiornika w całkowicie zamkniętym pojemniku wykonanym z metalu o wysokiej przewodności, tak jak to zrobiono w tym ćwiczeniu, jest najbardziej efektywnym sposobem zakłócania fal radiowych.
Więcej do odkrycia
„Radio Waves Locate Water within Walls” z Scientific American
A Science Odyssey: Radio Transmission z PBS Online
Blocking Radio Waves z Newton: Ask A Scientist
Co to są pola elektromagnetyczne? ze strony Światowej Organizacji Zdrowia
Blokery fal radiowych z Science Buddies
Ta aktywność przyniesiona do Ciebie we współpracy z Science Buddies
Więcej o