Az elektromágneses spektrum, benne a rádióhullámok tartományával
Rádióhullámnak nevezzük az elektromágneses sugárzásnak azt a részét, melynek frekvenciája 3 Hz-nél nagyobb és 300 GHz-nél kisebb.
A rádióhullámok felosztása
Nagyon hosszú hullámok: 20 000...10 000 m= =15...30 kHz;
Hosszúhullámok: 10 000...1000 m =30...300 kHz;
Középhullámok (KH): 1000... 200 m = 300...1500 kHz;
Átmeneti hullámok: 200...100m=1,5...3 MHz;
Rövidhullámok (RH):100...10 m=1,5...30 MHz;
Ultrarövidhullámok (URH):10. ..1 m = 30.. . 300 MHz;
Deciméteres hullámok ( Mikrohullám): 1...0,1 m=300... 3000 MHz;
Centiméteres hullámok (Mikrohullám): 10...1 cm=3...30 GHz;
Milliméteres hullámok (Mikrohullám): 1 cm alatt =30 GHz fölött.
A Rádióhullám 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.
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.
Rádióhullám adása és vétele
Rádióhullám kisugárzásához és vételéhez megfelelően méretezett antennára és egy hozzá kapcsolódó elektromos rezgőkörre van szükség.
A rádióhullám tulajdonságai
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.
A Rádióhullám Alkalmazásai
A rádióhullámok alkalmazása rendkívül széleskörű, 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.