Nyckelbegrepp
Fysik
Radiovågor
Elektricitet
Elektromagnetism
Viradlös kommunikation
Introduktion
Har du någonsin funderat på hur en radio kan ta emot musik och nyhetssändningar över tunn luft? Radios, liksom radiostyrda bilar och mobiltelefoner, tar alla emot information via osynliga vågor. Vissa av dessa vågor kallas radiovågor.
Radiovågor är en typ av elektromagnetisk strålning, ett slags energi som även omfattar synligt ljus. Radiovågor är inte skadliga utan är i själva verket mycket användbara för att kommunicera över långa avstånd. För att skicka information med hjälp av radiovågor sänder en sändarantenn ut en radiovåg med en viss frekvens (vilket kan berätta om vågens storlek), och denna fångas upp av en mottagarantenn. Vissa material kan blockera eller störa radiovågor. Har du någonsin märkt att du förlorar mottagningen på en bilradio eller mobiltelefon när du kör in i en tunnel eller ett underjordiskt parkeringsgarage? Vilka material blockerar radiovågorna och vilka material låter vågorna lätt passera igenom?
Bakgrund
En sändarantenn, eller sändare, genererar och sänder ut radiovågor tack vare en specifik elektrisk ström. Detta är möjligt eftersom det inuti sändarna finns ledningar som låter negativt laddade partiklar, så kallade elektroner, flöda genom dem, vilket skapar en elektrisk ström. När strömmen flyter i en tråd genererar den ett elektromagnetiskt fält runt tråden. Detta elektromagnetiska fält strålar ut från antennen i alla riktningar och skapar osynliga radiovågor.
När de elektromagnetiska radiovågorna träffar en mottagarantenn, eller mottagare, t.ex. en radio, genereras en ström inuti en tråd i mottagaren. (Den omvända processen jämfört med vad som hände i sändaren när strömmen genererade det elektromagnetiska fältet från början). Mottagaren bearbetar sedan strömmen tillbaka till den överförda informationen, vilket för en radio gör att du kan höra musik eller andra sändningar. Vissa material kan blockera radiovågorna som sändaren genererar, vilket kan testas genom att se om en mottagare kan bearbeta och svara på information som sänds av en sändare.
Material
– Radiostyrd bil och tillhörande fjärrkontroll (båda med fungerande batterier)
– Bomull (t.ex. ett klädesplagg av bomull)
– Aluminiumfolie
– Plastfolie
– Vaxpapper
– Gummihandske
– En slät, vidsträckt öppen plats för att provköra den radiostyrda bilen
Förberedelse
– Kontrollera först att den radiostyrda bilen och fjärrkontrollen har nya batterier. Kontrollera att bilen går bra på den öppna yta som du kommer att använda.
– Se till att du har tillräckligt mycket av varje material som du vill testa (bomull, aluminiumfolie, plastfolie, vaxpapper och gummihandske) för att helt täcka RC-bilens fjärrkontroll. Varje täckning ska vara tillräckligt lös så att du fortfarande kan använda fjärrkontrollens knappar genom den.
Förfarande
– Linda in fjärrkontrollen i bomull. Se till att fjärrkontrollen är helt och säkert täckt så att det inte finns några öppningar eller hål i täckningen, och att den är täckt tillräckligt löst så att du fortfarande kan manövrera kontrollerna.
– Försök att manövrera den radiostyrda bilen med hjälp av den bomullstäckta fjärrkontrollen. Fungerar den? Rör sig bilen överhuvudtaget?
– Ta bort det testade materialet från fjärrkontrollen. Testa för att se om bilen fortfarande fungerar när den inte är täckt med något material.
– Upprepa denna process med varje olika material för sig. För vilka material fungerar bilen fortfarande och för vilka material fungerar bilen inte? Varför tror du att det är så?
– Extra: Blockeras de trådlösa signaler som sänds av andra apparater av samma material som du fann kunde blockera signalerna från fjärrkontrollen i den här aktiviteten? Du kan prova den här aktiviteten igen men med hjälp av andra fjärrkontroller, t.ex. din TV- eller stereofjärrkontroll. Hur reagerar olika trådlösa enheter? Tror du att de använder liknande eller olika typer av vågor?
– Extra: Behöver du täcka den radiostyrda bilens fjärrkontroll helt och hållet för att blockera dess signal? Använd det/de material du hittade för att blockera signalerna från fjärrkontrollen till den radiostyrda bilen, täck fjärrkontrollen helt och hållet som du ursprungligen gjorde i den här aktiviteten, och ta sedan långsamt bort täckningen från fjärrkontrollen medan du försöker manövrera bilen. Hur mycket täckning behövs för att blockera signalen? Är vissa delar av fjärrkontrollen viktigare att täcka för att blockera signalen?
Observationer och resultat
Täckte man den radiostyrda bilens fjärrkontroll med aluminiumfolie så att den radiostyrda bilen inte fungerade? Stoppade något av de andra testade materialen bilen?
När du styr bilen med hjälp av fjärrkontrollen sänder fjärrkontrollen ut radiovågor med specifika frekvenser som kan tas emot av bilen. Fjärrkontrollen fungerar som en sändare och bilen som en mottagare. När bilen sedan tar emot radiovågorna, som är elektromagnetiska vågor, genererar vågorna en ström i en tråd i bilen, och detta talar om för bilen i vilken riktning den ska röra sig. Beroende på materialets tjocklek och sammansättning kan det blockera eller störa radiovågor. Tunna mängder plastfolie, vaxpapper, bomull och gummi stör sannolikt inte radiovågorna. Aluminiumfolie och andra elektriskt ledande metaller, t.ex. koppar, kan dock reflektera och absorbera radiovågorna och därmed störa deras överföring. Att placera sändaren eller mottagaren i en helt sluten behållare av högledande metall, så som gjordes i den här aktiviteten, är det effektivaste sättet att störa radiovågor.
Mer att utforska
”Radio Waves Locate Water within Walls” från Scientific American
A Science Odyssey: Radio Transmission från PBS Online
Blocking Radio Waves från Newton: Ask A Scientist
What are electromagnetic fields? från Världshälsoorganisationen
Wave Blockers från Science Buddies
Denna aktivitet kommer till dig i samarbete med Science Buddies