Anar al contingut

Ones de radi

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Animació d'un dipol de mija llongitut d'ona radiando ones radi, mostrant les llínees de camp elèctric. L'antena en el centre està composta per dos fils metàlics verticals la llongitut dels quals és la mitat de la llongitut d'ona, als quals s'aplica una corrent alterna en el centre per part d'un transmissor radi (no mostrat). La tensió carrega els dos costats de l'antena alternadamente de manera positiva (+) i negativa (−). Les llínees de camp elèctric (llínees negres) ixen de l'antena i viagen a la velocitat de la llum; estes són les ones de ràdio. L'animació està considerablement ralentisada.

Les ones de ràdio són un tipo de radiació electromagnètica[1] en llongituts d'ona en l'espectre electromagnètic més llarc que la llum infrarroja.

Estes ones es propaguen a la velocitat de la llum i es generen de forma natural per mig de fenomens com els rajos o per objectes astronòmics, aixina com de manera artificial a través de dispositius electrònics conectats a antenes. La seua freqüència oscila típicament entre els 3 kHz i els 300 GHz, lo que correspon a llongituts d'ona que van des dels 100 quilómetros fins a un milímetro.[2] Per la seua capacitat per a travessar l'atmòsfera terrestre i diversos materials sòlits, són el mig fonamental per a la transmissió d'informació en tecnologies de telecomunicació, incloent la radiofonía, la televisió, la telefonia mòvil i els sistemes de navegació per satèlit. Poden ser creades per fenomens naturals tals com llampades, o per objectes astronòmics. També poden ser generades de manera artificial i són utilisades per a comunicacions de ràdio fixa i mòvil, radiodifusió, radar i atres sistemes de navegació, satèlits de comunicacions, rets telemàtiques inalàmbriques i moltes atres aplicacions.[3]

Este tipo d'ones estan generades per transmissors de radi i són rebudes per receptors de radi. Per una atra part, tenen característiques de propagació diferents en funció de la freqüència. Açò significa que poden distinguir-se al voltant d'obstàculs com a montanyes i seguir el contorn de la terra (ones de superfície), les ones més curtes poden refractarse en l'ionosfera i alcançar punts més allà de l'horisó (ones ionosféricas), mentres que llongituts d'ona molt més curtes es difractan molt poc i viagen en llínea recta.[4] Açò es coneix com a propagació en llínea de vista, aixina que les seues distàncies de propagació estan llimitades a l'horisó visual.

Espectre de les ones electromagnètiques

Descobriment i explotació

Artícul principal → Història de la ràdio.
James Clerk Maxwell (1831–1879)

Les ones de ràdio es varen predir per primera volta en un treball matemàtic realisat en 1867 pel físic matemàtic escocés James Clerk Maxwell.[5] Maxwell va descobrir les propietats de la llum en forma d'ona i similituts en les observacions elèctriques i magnètiques. La seua teoria matemàtica, ara cridada equacions de Maxwell, descrivia ones de llum i ones d'electromagnetisme que viagen en l'espai, irradiades per una partícula carregada a mida que experimenta una acceleració. En 1887, Heinrich Hertz va demostrar la realitat de les ones electromagnètiques de Maxwell en generar experimentalment ones de radi en el seu laboratori, demostrant que exhibien les mateixes propietats d'ona que la llum:[6] ones estacionarias, refracció, difracció i polarisació. Les ones de radi, originalment cridades "ones hertzianas",[7] varen ser utilisades per primera volta per a la comunicació a mitan de la década de 1890 per Guglielmo Marconi, qui va desenrollar els primers transmissors i receptors pràctics de ràdio. El terme modern "ona de radi" va reemplaçar el nom original "ona hertziana" al voltant de 1912.

Velocitat, llongitut d'ona i freqüència

En el buit les ones de radi viagen a la velocitat de la llum.[8][9] Quan passen a través d'un mig material, es ralentisen segons la permeabilidad i permitividad d'eixe objecte. L'aire és lo suficientment tènue com per a que en l'atmòsfera terrestre les ones de radi viagen molt prop de la velocitat de la llum. La llongitut d'ona és la distància des d'un pico del camp elèctric de l'ona (pique / cresta de l'ona) al següent, i és inversamente proporcional a la freqüència de l'ona. La distància que recorre una ona de radi en un segon, en el buit, és de 299 792 458 m (983 571 056 peus), que és la llongitut d'ona d'una senyal de radi d'1 Hz. Una senyal de radi de 1 MHz té una llongitut d'ona de 299.8 m (984 peus).

Propagació

L'estudi de la propagació de radi, cóm es mouen les ones de radi en l'espai lliure i sobre la superfície de la Terra, és de vital importància en el disseny de sistemes de radi pràctics. Les ones de ràdio que passen per diferents entorns experimenten reflexió, refracció, polarisació, difracció i absorció. Diferents freqüències experimenten diferents combinacions d'estos fenomens en l'atmòsfera de la Terra, fent que certes bandes de radi siguen més útils per a propòsits específics que unes atres. Els sistemes de radi pràctics utilisen principalment tres tècniques diferents de propagació de radi per a comunicar-se:[10]

  • Llínea de visió: es referix a les ones de ràdio que viagen en llínea recta des de l'antena transmisora a l'antena receptora. No requerix necessàriament un camí rebujat; En freqüències més baixes, les ones de radi poden passar a través d'edificis, fullage i atres obstrucció. Est és l'únic método de propagació possible en freqüències superiors a 30 MHz. En la superfície de la Terra, la propagació de la llínea de visió està llimitada per l'horisó visual a aproximadament 64 km (40 el meu). Est és el método utilisat pels teléfons celars, transmissions de FM, televisió i radar. En utilisar antenes parabòliques per a transmetre fas de microones, els enllaços de relé de microones punt a punt transmeten senyals de televisió i teléfon a través de llargues distàncies fins a l'horisó visual. Les estacions terrestres poden comunicar-se en satèlits i naus espacials a mils de millons de milles de la Terra.
  • Propagació indirecta: les ones de radi poden alcançar punts més allà de la llínea de visió per difracció i reflexió.[10] La difracció permet que una ona de ràdio es doble al voltant d'obstrucció com la vora d'un edifici, un vehícul o un gir en una sala. Les ones de ràdio també es reflectixen en superfícies com a parets, pisos, sostres, vehículs i el sol. Estos métodos de propagació es produïxen en sistemes de comunicació per radi de curt alcanç, com a teléfons celars, teléfons inalàmbrics, walkie-talkies i rets inalàmbriques. Un inconvenient d'esta manera és la propagació multirruta, en la que les ones de radi viagen des de l'antena transmisora a la receptora a través de múltiples rutes. Les ones interferixen, a sovint causant torba i atres problemes de recepció.
  • Ones terrestres: en freqüències inferiors a 2 MHz, en les bandes d'ona mija i ona llarga, per la difracció, les ones de radi polarisades verticalment poden doblar-se sobre tossals i montanyes i propagar-se més allà de l'horisó, viajant com a ones superficials que seguixen el contorn de la Terra. Açò permet que les estacions de transmissió d'ona mija i ona llarga tinguen àrees de cobertura més allà de l'horisó, a centenars de milles. A mida que la freqüència disminuïx, les pèrdues disminuïxen i el ranc alcanzable aumenta. Els sistemes de comunicacions militars de molt baixa freqüència (VLF) i extremadament baixa freqüència (ELF) poden comunicar-se en la major part de la Terra i en submarins a centenars de peus baix l'aigua.
  • Ones del cel: en les ones d'ona mija i ona curta, les ones de ràdio es reflectixen en les capes conductores de partícules carregades (ions) en una part de l'atmòsfera anomenada ionosfera. Aixina que les ones de radi dirigides en àngul cap al cel poden retornar a la Terra més allà de l'horisó; Açò es denomina propagació "skip" o "skywave". Per mig de l'us de múltiples bots, la comunicació a distàncies intercontinentals es pot conseguir. La propagació de Skywave és variable i depén de les condicions atmosfèriques; És més confiable de nit i en hivern. Àmpliament utilisat durant la primera mitat d'el XX, per la seua falta de fiabilitat, la comunicació en ones celests s'ha abandonat en la seua majoria. Els usos restants són els sistemes de radar militars sobre l'horisó (OTH), alguns sistemes automatizado, els radioaficionados i les estacions de transmissió d'ona curta per a transmetre a atres països.

Comunicació de ràdio

Artícul principal → Radiocomunicació.


En els sistemes de comunicació per radi, l'informació es transporta a través de l'espai utilisant ones de ràdio.[11] En l'extrem d'enviament, l'informació a ser enviada, en forma d'una senyal elèctrica variable en el temps, s'aplica a un transmissor de ràdio. La senyal d'informació pot ser una senyal d'àudio que representa el sò d'un micròfon, una senyal de video que representa imàgens en moviment d'una cambra de video o una senyal digital que representa senyes d'una computadora. En el transmissor, un oscilador electrònic genera una corrent alterna que oscila a una freqüència de radi, cridada portadora perque servix per a "transportar" l'informació a través de l'aire. La senyal d'informació s'utilisa per a modular el portador, alterant algun aspecte del mateix, "combinant" l'informació del portador. La portadora modulada s'amplifica i s'aplica a una antena. La corrent oscilante espenta els electrons en l'antena cap a avant i cap a arrere, creant camps elèctrics i magnètics oscilantes, que irradian l'energia llunt de l'antena com a ones de ràdio. Les ones de radi duen l'informació a l'ubicació del receptor. En el receptor, els camps elèctrics i magnètics oscilantes de l'ona de radi entrante espenten els electrons de l'antena receptora cap a avant i cap a arrere, creant una chicoteta tensió oscilante que és una rèplica més dèbil de la corrent en l'antena transmisora.[11] Esta tensió s'aplica al receptor de radi, que extrau la senyal d'informació. El receptor primer utilisa un filtre de pas de banda per a separar la senyal de radi de l'estació de radi desijada de totes les atres senyals de radi captades per l'antena, després amplifica la senyal per a que siga més forta i després finalment extrau la senyal de modulació que conté informació en un demodulador. La senyal recuperada s'envia a un altaveu o audífon per a produir sò, o una pantalla de televisió per a produir una image visible o atres dispositius. Una senyal de senyes digitals s'aplica a una computadora o microprocessador, que interactua en un usuari humà. Les ones de radi de molts transmissors passen a través de l'aire simultàneament sense interferir entre sí. Es poden separar en el receptor perque les ones de radi de cada transmissor oscilen a una velocitat diferent, en atres paraules, cada transmissor té una freqüència diferent, mida en kilohercios (kHz), megahercios (MHz) o gigahercios (GHz). El filtre de pas de banda en el receptor consistix en un circuit sintonizado que actua com un ressonador, de manera similar a un diapasón.[11] Té una freqüència de resonància natural a la que oscila. La freqüència de resonància s'establix igual a la freqüència de l'estació de radi desijada. La senyal de ràdio oscilante de l'estació desijada fa que el circuit sintonizado oscile en simpatia, i passa la senyal al restant del receptor. Les senyals de radi en atres freqüències estan bloquejades pel circuit sintonizado i no es transmeten.

Efectes biològics i ambientals

Les ones de ràdio són radiació no ionizante, lo que significa que no tenen suficient energia per a separar els electrons dels àtoms o molècules, ionizarlos o trencar enllaços químics, lo que provoca reaccions químiques o danys en l'ADN. El principal efecte de l'absorció de les ones de radi pels materials és calfar-els, de manera similar a les ones infrarrojas irradiades per fonts de calor com un calfador d'espai o fòc de llenya. El camp elèctric oscilante de l'ona fa que les molècules polars vibren d'un costat a un atre, aumentant la temperatura; Aixina és com un forn de microones cuina el menjar. No obstant, a diferència de les ones infrarrojas, que s'absorbixen principalment en la superfície dels objectes i causen el calfament de la superfície, les ones de radi poden penetrar en la superfície i depositar la seua energia dins dels materials i teixits biològics. La profunditat a la que penetren les ones de radi disminuïx en la seua freqüència i també depén de la resistividad i permitividad del material; ve dau per un paràmetro cridat profunditat de la pell del material, que és la profunditat dins de la qual es deposita el 63% de l'energia. Per eixemple, les ones de radi de 2.45 GHz (microones) en un forn de microones penetren en la majoria dels aliments aproximadament de 2,5 a 3,8 cm (1 a 1,5 polzades). Les ones de ràdio s'han aplicat al cos durant 100 anys en la teràpia mèdica de la diatermia per al calfament profunt del teixit corporal, per a promoure un aument del fluix sanguíneu i la curació. Més recentment, s'han utilisat per a crear temperatures més altes en el tractament d'hipertermia, per a matar les cèlules canceroses. Mirar una font d'ones de radi a curta distància, com la guia d'ona d'un transmissor de radi en funcionament, pot causar danys en la lent de l'ull en calfar-se. Un fes suficientment fort d'ones de radi pot penetrar en l'ull i calfar la lent lo suficient com per a causar catarates.[12][13][14]

Ya que l'efecte de calfament no és, en principi, diferent d'atres fonts de calor, la majoria de les investigacions sobre els possibles riscs per a la salut de l'exposició a les ones de ràdio s'han centrat en els efectes "no tèrmics"; si les ones de radi tenen algun efecte en els teixits ademés del causat pel calfament. La radiació electromagnètica ha segut classificada per l'Agència Internacional per a l'Investigació del Càncer (IARC, per les seues sigles en anglés) com "possiblement cancerígeno per als humans", sobre la base dels llimitats indicis trobats en la lliteratura científica revisada en relació en el possible de risc de càncer a través de l'exposició personal a RF-EMF en l'us de teléfons mòvils. En este sentit la IARC subralla que els resultats trobats suponen només una dèbil prova.[15]

Les ones de radi poden protegir-se contra un full o pantalla de metal conductor, un recint de full o pantalla es diu gàbia de Faraday. Una pantalla de metal protegix contra les ones de radi, aixina com un full sòlit, sempre i quan els forats en la pantalla siguen més chicotets que aproximadament 1/20 de la llongitut d'ona de les ones.[16]

Medició

Ya que la radiació de radiofrecuencia té components elèctrics i magnètics, a sovint és convenient expressar l'intensitat del camp de radiació en térmens d'unitats específiques per a cada component. L'unitat de volts per metro (V / m) s'usa per al component elèctric, i l'unitat d'amperis per metro (A / m) s'usa per al component magnètic. Es pot parlar d'un camp electromagnètic, i estes unitats s'utilisen per a proporcionar informació sobre els nivells d'intensitat del camp elèctric i magnètic en una ubicació de medició.[16]

Vore també

Referències

  1. ↑ Atkins, Peter; Jones, {{{nom2}}} (2006). Principis de química: els camins del descobriment (en és), Ed. Mèdica Panamericana. ISBN 9789500600804.
  2. ↑ «The world's largest ràdio station - Carlos A. Algelt».
  3. ↑ Ellingson, Steven W. (6 d'octubre de 2016). Radi Systems Engineering (en en), Cambridge University Press. ISBN 9781316785164.
  4. ↑ «Radi regulations».
  5. ↑ «James Clerk Maxwell».
  6. ↑ «Heinrich Hertz: The Discovery of Radi Waves». www. juliantrubin. com. Consultat el 10 de decembre de 2018.
  7. ↑ «22. Word Origins». earlyradiohistory. us. Consultat el 10 de decembre de 2018.
  8. ↑ «FREQUENCY & WAVELENGTH CALCULATOR». Consultat el 15 de giner de 2018.
  9. ↑ «National Ràdio Astronomy Observatory - National Ràdio Astronomy Observatory». Consultat el 15 de giner de 2018.
  10. ↑ 10,0 10,1 Seybold, John S. (3 d'octubre de 2005). Introduction to RF Propagation (en en), John Wiley & Sons. ISBN 9780471743682.
  11. ↑ 11,0 11,1 11,2 «How Radi Works» (en en). HowStuffWorks. Consultat el 10 de decembre de 2018.
  12. ↑ Graf, Rudolf F.; Sheets, {{{nom2}}} (3 d'agost de 2001). Build Your Own Low-Power Transmitters: Projects for the Electronics Experimenter (en en), Newnes. ISBN 9780750672443.
  13. ↑ Vorst, André Vander; Rosen, {{{nom2}}}; Kotsuka, {{{nom3}}} (6 de febrer de 2006). RF / Microwave Interaction with Biological Tissues (en en), John Wiley & Sons. ISBN 9780471752042.
  14. ↑ Kitchen, Ronald (16 d'octubre de 2001). RF and Microwave Radiation Safety (en en), Newnes. ISBN 9780750643559.
  15. ↑ «Radiofrequency electromagnetic».
  16. ↑ 16,0 16,1 Gerke, Daryl (6 de febrer de 2018). Electromagnetic Compatibility in Medical Equipment: A Guide for Designers and Installers (en en), Routledge. ISBN 9781351453370.


Obtingut de «https://lenciclopedia.org/w/index.php?title=Ones_de_radi&oldid=1317670»