Az elektromágneses spektrum, benne a rádióhullámok tartományával

Rádióhullámnak nevezzük az olyan elektromágneses sugárzást, aminek a frekvenciája 3 Hz-nél nagyobb és 300 GHz-nél kisebb.^[1]

Felfedezése

A 19. században az emberek azt gondolták, hogy az elektromosság, a mágnesség és a fény három különböző, egymástól független dolog. James Clerk Maxwell azonban felfedezte, hogy ez ugyanannak az elektromágneses sugárzásnak a három különböző megnyilvánulása. Ez egy meglepő felfedezés volt, sokak szerint a 19. századi fizika legnagyobb felfedezése. Maxwell ugyanazt tette az elektromágneses sugárzással, amit Newton a gravitációval: a tudomány kezébe használható eszközt adott a jelenség mennyiségi leírására.

Maxwell figyelme 1860-ban Michael Faraday elektromos kísérletei felé fordult. Faraday ekkor fedezte fel az elektromos motor lényegét: egy mágneses térben forgó fémlemez elektromos áramot hoz létre, és a változó elektromos áram megváltoztatja a mágneses teret - ez pedig végső soron mozgást hozhat létre.

Maxwell elhatározta, hogy matematikailag felfedezi és leírja a kapcsolatot az elektromosság és a mágnesség között.

Átviendő jel, amplitúdó- és frekvenciamodulált jel

Ahogy Maxwell a matematikai összefüggéseket kutatta az elektromosság és a mágnesség között, kísérleteket dolgozott ki, amikkel vizsgálni és bizonyítani lehetett az elméleti eredményeit.

1864-re négy egyszerű összefüggést állapított meg, amik leírták az elektromos és mágneses terek viselkedését és kölcsönhatásukat. Oszcilláló (változó) elektromos terek mágneses teret hoztak létre, és ugyanígy a változó mágneses terek elektromos teret hoztak létre. Az energia e két formája szorosan összekapcsolódott. Maxwell rájött, hogy az energiának ezek csupán különböző megjelenési formái, ezért ezt elektromágneses energiának nevezte el.

Amikor 1864-ben először jelentette meg egyenleteit és felfedezései leírását, a fizikusok azonnal felismerték a négy egyenlet hihetetlen értékét és jelentőségét.

Maxwell tovább dolgozott a négy egyenlettel, felismerte, hogy ha az elektromos tér elegendően gyorsan változik, a keletkező elektromágneses hullámok képesek arra, hogy elektromos vezeték nélkül, az üres térben is terjedjenek. Ez volt az első megsejtése a rádióhullámoknak. Kiszámolta a terjedési sebességet is, és ez jó egyezést mutatott az akkoriban már ismert fénysebesség értékével. Maxwell ebből arra következtetett, hogy a fény is valójában elektromágneses hullám. Mivel az elektromosan töltött részecskék elvileg bármilyen frekvenciával rezeghetnek, Maxwell megállapította, hogy a fény csupán egy apró szelete a hatalmas és folytonos elektromágneses spektrumnak.

Maxwell előre megsejtette azt is, hogy az elektromágneses spektrum további részeit is fel fogják fedezni. Ez alapján már nem meglepő, hogy 1896-ban Wilhelm Röntgen felfedezte a később róla elnevezett röntgensugarakat.

Nyolc évvel korábban, 1888-ban Heinrich Hertz Maxwell egyenletei és leírása alapján kísérletezni kezdett azzal, hogy vajon az elektromágneses hullámok képesek-e a térben terjedni, elektromos vezeték nélkül. A kísérletet könnyedén véghezvitte és ez alatt létrehozta és érzékelte az első mesterségesen létrehozott rádióhullámokat.^[2]

Rádióhullám adása és vétele

Rádióhullám kisugárzásához és vételéhez megfelelően méretezett antennára, egy hozzá kapcsolódó elektromos rezgőkörre, és erősítőre van szükség.

A rádióhullám tulajdonságai

Bővebben: Rádióhullámok terjedése

A rádióhullámban, mint minden elektromágneses sugárzásban, az elektromos és mágneses tér energiasűrűsége egyforma nagyságú. A rádióhullám a fényhez hasonlóan a különböző közegek határán visszaverődik, megtörik vagy elnyelődik. Viselkedése a rádióhullám frekvenciájától és az adott közeg tulajdonságaitól függ. A hullámhosszánál kisebb méretű tárgy nem akadályozza a terjedését, azonban a hullámhosszal összemérhető vagy annál nagyobb tárgyról a rádióhullámok visszaverődnek, illetve szóródnak (ezen alapul például a radar működése).

A különböző frekvenciájú rádióhullámok különbözőképpen viselkednek a Föld környezetében. A rádióhullámok nagyobb frekvenciájú tartománya áthalad a Föld atmoszféráján és a világűr felé távozik. A kisebb frekvenciájú rádióhullámok vissza tudnak verődni az ionoszféráról, ami számukra visszaverő felületként viselkedik.

Alkalmazásai

A rádióhullámok alkalmazása rendkívül széles körű, a teljesség igénye nélkül néhány példa: radar, mikrohullámú sütő, rádió- és tv-adás, mobiltelefon, műholdas kommunikáció, wi-fi, GPS.

Ezen kívül van orvosi alkalmazása is (pl. rövidhullámú kezelés).

Alkalmazási területei közé tartozik a rádiócsillagászat és a földön kívüli élet kutatása is.

Érdekesség

• Rádióhullámok nem csak mesterséges úton keletkezhetnek, hanem elsősorban csillagászati folyamatok által, ezeket természetes eredetű rádiósugárzásnak nevezzük. Ilyen sugárforrás a mi Napunk is, ami nem csak fényt és meleget, hanem emellett rádióhullámokat, UV-fényt, röntgen- és gammasugarakat is kibocsát.

• A Földön a villámlás hoz létre rádióhullámokat, ezt a tényt manapság a meteorológia is felhasználja a viharfelhők észleléséhez.

Kapcsolódó szócikkek

• Elektromágneses sugárzás
• Maxwell-egyenletek
• Schumann-rezonanciák

Források

Jegyzetek

1. ↑ Elektrotechnikai kislexikon, Műszaki könyvkiadó
2. ↑ Kendall Haven: 100 Greatest Science Discoveries of All Time (Unlimited Libraries, 2007)

Irodalom

• Campbell, Lewis: The Life of James Clerk Maxwell. Dover, DE: Adamant Media, 2001
• Francis, C. W.: James Clerk Maxwell: Physicist and Natural Philosopher. New York: Scribner’s, 1994
• Harmon, Peter: The Natural Philosophy of James Clerk Maxwell. New York: Cambridge University Press, 2001
• Mahon, Basil: The Man Who Changed Everything: The Life of James Clerk Maxwell. New York: John Wiley & Sons, 2004
• Maxwell, James: Matter and Motion. Amherst, NY: Prometheus Books, 2002

További információk

Sablon:Telekommunikáció m v sz Telekommunikáció Története Jeladó Broadcasting Cable protection system Kábeltelevízió Távközlési műhold Számítógép-hálózat Adattömörítés audio DCT Képtömörítés Videótömörítés Digital media Internet video online video platform közösségi média streaming Drums Edholm's law Electrical telegraph Fax Heliographs Hydraulic telegraph Information Age Information revolution Internet Mass media Mobile phone Smartphone Optical telecommunication Optical telegraphy Pager Photophone Prepaid mobile phone Radio Radiotelephone Satellite communications Semaphore Semiconductor device MOSFET transistor Smoke signals Telecommunications history Telautograph Telegraphy Teleprinter (teletype) Telephone The Telephone Cases Television digital streaming Undersea telegraph line Videotelephony Whistled language Wireless revolution Úttörők Nasir Ahmed Edwin Howard Armstrong Mohamed M. Atalla John Logie Baird Paul Baran John Bardeen Alexander Graham Bell Emile Berliner Tim Berners-Lee Francis Blake (telephone) Jagadish Chandra Bose Charles Bourseul Walter Houser Brattain Vint Cerf Claude Chappe Yogen Dalal Donald Davies Amos Dolbear Thomas Edison Lee de Forest Philo Farnsworth Reginald Fessenden Elisha Gray Oliver Heaviside Robert Hooke Erna Schneider Hoover Harold Hopkins Gardiner Greene Hubbard Internet pioneers Bob Kahn Dawon Kahng Charles K. Kao Narinder Singh Kapany Hedy Lamarr Innocenzo Manzetti Guglielmo Marconi Robert Metcalfe Antonio Meucci Nisizava Dzsunicsi Charles Grafton Page Radia Perlman Alexander Stepanovich Popov Puskás Tivadar Johann Philipp Reis Claude Shannon Almon Strowger Henry Sutton Charles Sumner Tainter Nikola Tesla Camille Tissot Alfred Vail Thomas Augustus Watson Charles Wheatstone Vladimir K. Zworykin Átviteli közeg Koaxiális kábel Fiber-optic communication optikai szál Free-space optical communication Molecular communication Rádióhullámok wireless Távvezeték data transmission circuit telecommunication circuit Hálózati topológia és átkapcsolás Bandwidth Links Nodes terminal Network switching circuit packet Telephone exchange Multiplexing Space-division Frequency-division Time-division Polarization-division Orbital angular-momentum Code-division Fogalmak Communication protocols Computer network Data transmission Store and forward Telecommunications equipment Hálózattípusok Cellular network Ethernet ISDN LAN Mobile NGN Public Switched Telephone Radio Television Telex UUCP WAN Wireless network Nevezetes hálózatok ARPANET BITNET CYCLADES FidoNet Internet Internet2 JANET NPL network Usenet