Radiowellen sind eine unsichtbare Form elektromagnetischer Strahlung (EMR), deren Wellenlänge von etwa 0.04 Zoll (ein Millimeter) bis über 62,000 Meilen (100,000 km) variiert, was sie zu einem der breitesten Bereiche im elektromagnetischen Spektrum macht. „Radio“ ist ein Sammelbegriff, der alle Formen von EMR mit einer Wellenlänge von mehr als 0.04 Zoll (ein Millimeter) und einer Frequenz unter 300 GHz beschreibt. Es wird durch die Bewegung elektrischer Ladung erzeugt, die aus einem elektrischen Strom oder aus der zufälligen Bewegung von Atomen und Molekülen resultieren kann. Diese Form der EMR ist für die menschliche Kommunikation von entscheidender Bedeutung und wird für Fernsehen, Radio und Mobiltelefone sowie in Radar und Astronomie verwendet.
Wie Radiowellen erzeugt werden
Alle elektromagnetischen Strahlungen können als Wellen betrachtet werden, die sich durch ein elektromagnetisches Feld wellen, wie Wellen in einem Teich. Sie entstehen, wenn ein elektrisch geladenes Teilchen, meist ein Elektron, seine Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung ändert. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen, beispielsweise durch das Erhitzen von Atomen und Molekülen und durch Änderungen des Energieniveaus von Elektronen; Die von Funksendern erzeugten Wellen resultieren aus dem Fluss von elektrischem Strom. Die Frequenz und Wellenlänge hängen von der beteiligten Energiemenge ab, wobei höhere Frequenzen und kürzere Wellenlängen höhere Energien anzeigen. Wenn die Energieänderung relativ klein ist, können Radiowellen erzeugt werden.
Verwendung
Die bekannteste Verwendung von Radiowellen ist das Senden von Bildern, Audio und Text in Form von Signalen – die lange Wellenlänge des Radios ermöglicht es, Hindernisse zu umgehen und große Entfernungen zurückzulegen, im Gegensatz zu sichtbarem Licht und anderer höherfrequenter Strahlung. Radiowellen mit einer Wellenlänge von weniger als etwa 10 Metern werden von der Atmosphäre absorbiert. Längere Wellen prallen zwischen der Ionosphäre und dem Boden hin und her, was Radio ideal für die Übertragung über den Horizont macht. Die niedrigsten Frequenzen werden aufgrund ihrer geringen Energie – für Tarnung – und ihrer hohen Durchschlagskraft für die Kommunikation mit U-Booten verwendet. Diese tieferen Frequenzen können als „basser“ angesehen werden, dh sie dringen weiter ein, insbesondere durch dicke Medien wie Wasser.
Um Informationen über Funkwellen zu senden, müssen sie in irgendeiner Weise codiert werden. Es gibt zwei Hauptmethoden, die als Amplitudenmodulation (AM) und Frequenzmodulation (FM) bekannt sind. Bei AM werden Informationen durch Variieren der Amplitude oder Höhe der Wellen codiert, während das FM-Verfahren die Verwendung von Frequenzänderungen zur Übertragung von Daten beinhaltet. Die Muster mit unterschiedlichen Amplituden oder Frequenzen werden dort, wo sie empfangen werden, dekodiert, um die Originalinformationen wiederzugeben, die Bilder, Töne oder Text sein können. Auf diese Weise können komplexe Informationen kostengünstig über weite Distanzen übertragen werden.
Die Radioastronomie ist ein wichtiges Werkzeug, um das Universum zu verstehen. Aufgrund der Existenz von Gas- und Staubwolken in Galaxien ist die Informationsmenge, die mit sichtbarem Licht oder höheren EMR-Frequenzen gewonnen werden kann, begrenzt. Radiowellen können diese Hindernisse jedoch durchdringen, und vieles, was man über das Innere von Galaxien gelernt hat, stammt aus der Analyse natürlicher Radioquellen. Astronomen konnten auch die Strahlung des Urknalls selbst nachweisen, die durch die Expansion des Universums von ihren anfänglich sehr hohen Frequenzen in den Mikrowellenbereich gestreckt wurde – die sogenannte kosmische Hintergrundstrahlung (CMB .). ).
Auswirkungen auf die Gesundheit
Es wurden Bedenken hinsichtlich möglicher gesundheitlicher Auswirkungen von Funkwellen, insbesondere solchen im Mikrowellenbereich, die von Mobiltelefonen und Radar verwendet werden, geäußert. Wenn Hochfrequenzstrahlung vom Gewebe absorbiert wird, kann es zu einer Erwärmung kommen. Es wird angenommen, dass eine normale Exposition keine Probleme verursacht, aber die Nähe zu einem leistungsstarken Radarsender kann potenziell gefährlich sein. Die Augenlinse ist besonders anfällig für Schäden durch Erwärmung, und eine übermäßige Exposition gegenüber Mikrowellenstrahlung kann möglicherweise zu Katarakten führen. Es gibt auch Bedenken hinsichtlich der langfristigen Auswirkungen der häufigen Handynutzung, aber seit 2013 waren klinische Studien nicht schlüssig.
Geschichte
Radiowellen wurden erstmals 1865 von James Clerk Maxwell vorhergesagt, der die Gleichungen für den Elektromagnetismus aufstellte, die später als Maxwell-Gleichungen bekannt wurden. Während er an der Beziehung zwischen Elektromagnetismus und Licht arbeitete, erkannte er, dass andere Formen elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen oberhalb und unterhalb des sichtbaren Bereichs möglich waren. Die Existenz der niederwelligen Strahlung wurde 22 Jahre später, 1887, experimentell nachgewiesen, als Heinrich Hertz in seinem Labor Radiowellen erzeugte. Innerhalb weniger Jahrzehnte wurden sie weit verbreitet zur Übertragung von Informationen verwendet. Guglielmo Marconi und Nikola Tesla werden beide als frühe Pioniere auf dem Gebiet des Radios zugeschrieben, aber Marconi patentierte 1896 das erste drahtlose Telegrafiesystem.