Wie genau sind Radiowellen, die von einem Strom in einer Schaltung selbst erzeugt Elektrotechnik
Ich bin 17, und ich bin neu in der Elektronik, und ich habe alles online gelernt und erwarte, dass so mit allen Mitteln weiter zu tun. Ich habe um gegraben und nicht präzise Antworten auf diese Frage finden.
Wie genau sind Radiowellen ausbreiten, und wie kann ich eine einfache Schaltung Paar bauen, von dem man die Radiowellen senden und die andere kann sie abfangen?
Ich habe verschiedene Dinge in verschiedenen Quellen zu lesen, und ich werde sie verbinden alle hier:
Was ich tun möchte, ist zwei einfache Schaltungen aus Kupfer machen, und eine Funkwellen erzeugen, dass die andere Schaltung abfangen und ein UND-Gatter verwenden einzuschalten eine drahtlose LED.
Allerdings verstehe ich nicht genau, wie Radiowellen ausbreiten!
Kümmere dich nicht um Photonen, wenn Sie in der Quantenphysik wagen wollen. Ein Photon ist die Quanten von elektromagnetischer Strahlung, die auch eine Welle ist. Ich habe noch eine Anwendung in Hochfrequenztechnik, wo Quanteneffekte relevant sind zu finden.
In allen elektronischen Schaltungen gibt es zwei Felder: ein elektrisches und ein magnetisches. Das elektrische Feld wird mit Spannungen verbunden ist, und der Magnet mit Strömen.
Wir haben Komponenten, die starke elektrische Felder machen: Kondensatoren.
Wir haben auch Komponenten, die starke Magnetfelder machen: Induktivitäten.
In jeder dieser Komponenten, denken wir an eine Art von Feld als dominant. Aber was passiert, wenn wir schnell das Magnetfeld durch eine Induktivität ändern, etwa durch einen starken Permanentmagneten durchquert: eine Spannung zwischen den Anschlüssen der Induktivität existieren. Diese Spannung ist ein elektrisches Feld. Wir nennen das Faradaysche Induktionsgesetz.
Ähnlich verhält es kann mit einem Kondensator passieren. Um das elektrische Feld zu ändern, muss ein Strom sein. Oder wenn Sie es schaffen, das elektrische Feld zu ändern, finden Sie eine aktuelle irgendwo finden. Manipulieren des elektrischen Feldes in einem Kondensator ist eher schwieriger als ein Magnet durch eine Spule fallen, aber wenn man eine geeignete experimentelle Vorrichtung konstruieren können, werden Sie feststellen, das ist wahr.
Somit kann ein sich änderndes elektrisches Feld, ein Magnetfeld erzeugen. Ein sich änderndes Magnetfeld, ein elektrisches Feld erzeugen.
Die elektromagnetische Strahlung ist diese beiden Felder einander im freien Raum zu schaffen. Das elektrische Feld ändert, eine Änderung in dem Magnetfeld erzeugte gerade vor ihm, um eine Änderung in dem elektrischen Feld direkt vor zu schaffen.
Um diese Felder im freien Raum so strahlen weg, müssen Sie beide schaffen, in der Phase, die senkrecht zueinander. Aus diesem Grunde ist ein Kondensator nicht eine gute Antenne ist: Es schafft ein starkes elektrisches Feld, aber das Magnetfeld relativ klein ist. Es strahlt ein wenig, aber vor allem die Energie im elektrischen Feld stecken, nicht in der Lage zu strahlen weg, weil es kein Magnetfeld hat es aus dem Kondensator wegzutragen. Gleiches gilt für eine Induktionsspule mit Strom und Spannung, magnetischen und elektrischen ausgetauscht. Siehe Warum ist eine Induktionsspule nicht eine gute Antenne?
Antennen sind nur undicht Induktivitäten oder Kondensatoren. Viele Antennen sind gleichermaßen sowohl gleichzeitig, derart, daß ihre Impedanz bei der Auslegungsfrequenz rein resistiv ist, eher als induktiv oder kapazitiv. Durch geschickte Geometrie erzeugen sie magnetische und elektrische Felder senkrecht und in-Phase, die dann weg abzustrahlen.
Funkwellen werden erzeugt, wenn das elektrische Feld schnell ändert: es muss ein Wechselstrom sein.
Ein elektrisches Feld breitet sich in den Raum aus. Wenn Sie ein elektrisches Feld zu ändern, müssen die fernen Teile davon nicht sofort. Die Änderung wird durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt. Wenn Sie das elektrische Feld schwanken, erstellen Sie also eine Welle.
Sie können daran denken als Raum durch ein elektrisches Feld überall durchdrungen wird; Ihre Schaltung erzeugt nur eine Störung darin, wie die Oberfläche des Wassers zu stören. Die Störung bewegt sich mit der Geschwindigkeit des Lichts, wie Wellen in einem Teich entfernt. Wenn Ihre Schaltung nur stetig DC durchströmt, tritt die Störung nur, wenn Sie es einschalten und wenn Sie es ausschalten.
(In der Tat, elektrische Geräte verursacht Störungen, wenn sie ein- und ausgeschaltet: Relais, Schalter, die Kommutierung des Elektromotors Bürsten, oder alles, was Funken erzeugt: alle abstrahlen und kann mit Funkkommunikation oder empfindliche Geräte stören.)
Radio-Sendeschaltungen sind zum Abstrahlen optimiert; sie bewusst Dinge, die Designer in Schaltungen vermeiden versuchen, dass ihre Strahlung minimieren müssen (was die meisten Schaltungen). Sender verstärken einige Hochfrequenz-Wechselstrom, und eine Antenne erregen.
Radiowellen wurden nicht erklärt, bis James Clerk Maxwell Elektrizität und des Magnetismus mit dem beschrieben, was nun Maxwell-Gleichungen genannt. Sie verwenden eine Form von Vektorrechnung und sind alles andere als einfach. Für Ihre Frage, läuft es auf eine Beschleunigung nach unten. Ein fließender Strom erzeugt kein Radio. Die Elektronen haben zu beschleunigen, wie hin und her. Elektronen bewegen sich durch Drähte sehr langsam, aber man kann sich hin und her sehr schnell über sehr kurze Distanzen mit einem elektrischen Wechselfeld schütteln, von AC auf den Draht aufgebracht wird. Die Elektronen werden Umkehrrichtung und strahlen wird. Ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein Magnetfeld und ein wechselndes Magnetfeld erzeugt ein elektrisches Feld. Etwas, als wenn die elektrischen und magnetische Felder werden von dem Draht abgequetscht und mit der Geschwindigkeit des Lichts wegfliegen.
Sie können auch Beschleunigung erhalten, indem in einem Kreis gehen (Richtung im Allgemeinen zu ändern) und es gibt Sender, die auf diese Weise arbeiten. Nicht mit einem Draht im Kreis, mit Elektronen in einem Vakuum geht sehr schnell in einem Kreis von einem starken Magnetfeld. Es gibt schöne Magnete, die diesen Job in älterer Mikrowelle Schaltungen tun. Suchen "Magnetron".
Die einfache Art und Weise zu demonstrieren Radio ist die ursprünglichen Experimente mit einer Funkenstrecke Sender und Drahtschleife mit einem kleinen Spalte zu duplizieren, um einen Funken von der empfangenen Leistung zu sehen. Führen Sie eine Suche auf Funkenstrecken und Radiowellen. Wenn Sie ein zu machen, passen sie, dass die Leute Ihre Experimente auf AM-Radio in alle Richtungen aufzunehmen.
Eine überraschende Tatsache der Natur wird durch die Maxwellschen Gleichungen aufgedeckt und es ist das, was Radio nützlich für die Kommunikation über große Entfernungen ermöglicht. Wir würden erwarten, dass etwas, das in alle Richtungen abstrahlt Leistung (Intensität) zu haben, die mit dem Quadrat der Entfernung fällt - wie in 1 / (r ^ 2). Wenn Funkerkennung auf dieser Basis wurde wäre es so gut wie nutzlos sein. Aber, wie die Leistung abfällt mit dem Quadrat ist die Amplitude proportional zu dem Quadrat der Leistung und fällt mit 1 / r. Und es ist die Amplitude des Feldes, die in Funk (oder die Bewegung induzierte in Elektronen in einer Drahtantenne) erfassen. Wenn Sie 1 km von einem Sender und weg zu einem Punkt 100 km gehen, die Signalamplitude ist nur 1/100 so stark - ein Wert Verstärker leicht umgehen kann. Wenn Radio auf Macht basiert, würde der Wert 1/10000 sein. Sie können das Problem Senden von Signalen 5000km (1/25000000) oder zum Mond vorstellen, wenn wir auf Amplitude abhing.
Ich würde Photonen ignorieren. Im Gegensatz zu Radio hat eine Photonenenergie durch die Frequenz bestimmt, und Sie brauchen nicht die Quantenmechanik für Radio.
Signalleistung absinkt als Quadrat-Funktion für E-Felder, da der Bereich, der durch die emittierten Signal zunimmt als Quadrat der zurückgelegten Strecke, Radius.
Der Punkt, um Photonen, denke ich. Der Schlüssel ist, dass Photonen Quanten mit einer Frequenz im Licht klassifiziert, in denen Funkwellen Quanten bei einer Frequenz unterhalb Licht sind. Aber ich weiß es wirklich nicht. Wo ist Richard Feynman, wenn man ihn braucht.