Οτιδήποτε υπάρχει σε αυτόν τον κόσμο ορατό και μη, έχει ενέργεια, η οποία φυσικά κυμαίνεται σε διάφορα επίπεδα. Στην παρουσίαση αυτή μελετάμε την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια η οποία μεταφέρεται υπό την μορφή ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Οι εφαρμογές σε αυτήν την διαδικασία πάμπολλες και πραγματικά παντού γύρω μας στην καθημερινή μας ζωή. Ραδιόφωνο, τηλεόραση, WiFi, κινητό ραντάρ και και πολλά πολλά ακόμα. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εκτείνεται σε ένα μεγάλο φάσμα εντός του οποίου περιέχονται και τα ραδιοκύματα. Για να κατανοήσουμε όμως την διαδικασία του πως ένα σήμα μεταφέρεται από μια κεραία σε μια άλλη και με το πάτημα ενός κουμπιού ακούμε μουσική σε έναν ραδιοφωνικό σταθμό θα πρέπει να εξηγήσουμε κάποιες έννοιες.

Αρχικά ας δούμε τι είναι ένα κύμα.

https://youtu.be/r4Fw-DLxBCY

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑ ΚΥΜΑ;

Κύμα είναι μια διαταραχή η οποία προκαλείται από μια πηγή και μεταδίδεται στον χώρο. Τα κύματα χωρίζονται σε δύο κατηγορίες. Τα μηχανική κύματα όπως είναι ο ήχος και τα ηλεκτρομαγνητικά όπως είναι τα ραδιοκύματα. Η βασική τους διαφορά είναι στον τρόπο μετάδοσης.

Τα μηχανικά κύματα για να μεταδοθούν χρειάζονται ένα μέσο. Ας πάρουμε για παράδειγμα τον τρόπο μετάδοσης του ήχου. Όλα ξεκινούν όταν μια πηγή αρχίζει και πάλλεται. Έτσι αυτή η πηγή μεταφέροντας ενέργεια μετατοπίζει τα μόρια του αέρα που βρίσκονται ακριβώς δίπλα της από την θέση ισορροπίας τους και αυτά με την σειρά τους τα γειτονικά τους και αυτά με την σειρά τους τα δικά τους γειτονικά κ.ο.κ. Έτσι μεταφέρεται ο ήχος ο οποίος σαν μηχανικό κύμα που είναι, είναι απαραίτητο να συναντήσει ύλη για να μεταδοθεί.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα από την άλλη δεν χρειάζονται κάποιο μέσω για να διαδοθούν. Μεταδίδονται ακόμα και στο κενό. Έτσι μεταδίδεται η ενέργειά τους στον χώρο. Εφόσον κάνουμε λόγο για κύματα δεν θα μπορούσαμε να παραλείψουμε την θεμελιώδη εξίσωση της κυματικής η οποία εξηγεί την σχέση ταχύτητας, μήκους κύματος και συχνότητας.

U=λ*f

U: Είναι η ταχύτητα με την οποία μεταδίδεται ένα κύμα

λ: Είναι το μήκος κύματος. Η απόσταση δηλαδή που διατρέχει το κύμα σε χρόνο μιας περιόδου

f: Είναι η συχνότητα. Η συχνότητα είναι αυτή που μας δείχνει τον αριθμό κυμάτων που φτάνουν σε ένα σημείο ανά μονάδα χρόνου.

Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι η ταυτόχρονη διάδοση δύο πεδίων. Του ηλεκτρικού και του μαγνητικού όπως προδίδει και το όνομά του. Η ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων αυτών στο κενό είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός.

ΠΩΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΟΥΝΤΑΙ ΤΑ ΚΥΜΑΤΑ;

Για την δημιουργία τους θα πρέπει να έχουμε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία τα οποία να μην είναι σταθερά. Μόνο στην περίπτωση που αυτά μεταβάλλονται θα έχουμε παραγωγή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ας δούμε λοιπόν τον τρόπο που παράγονται σε μια κεραία εκπομπής.

Για να καταλάβουμε τον τρόπο λειτουργίας μιας κεραίας θα απλοποιήσουμε την διάταξη της σε δύο μεταλλικές ράβδους τις οποίες τα συνδέσουμε με μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος. Πηγή δηλαδή που θα φορτίζει εναλλάξ τις ράβδους με θετικά και αρνητικά φορτία.

Από την κίνηση αυτών των φορτίων παράγεται το ηλεκτρικό πεδίο ακριβώς με τον ίδιο τρόπο που θα ξεκινούσε η κυματική απεικόνιση ενός σχοινιού αν ανεβοκατέβαζα το χέρι μου καθώς το κρατάω.

Από την κίνηση όμως αυτή του ρεύματος μέσα στον αγωγό δημιουργείται γύρω από αυτόν και το μαγνητικό πεδίο.

Σχήμα 3.

Μαζί λοιπόν σχηματίζουν το ηλεκτρομαγνητικό κύμα το οποίο ταξιδεύει στον χώρο μεταφέροντας ενέργεια από το σημείο παραγωγής του μέχρι το σημείο που θα υπάρχει μια κεραία δέκτης για να λάβει το σήμα.

Κάθε κύμα έχει την δικιά του συχνότητα και το δικό του μήκος κύματος. Ανάλογα λοιπόν με το σήμα που θέλουμε να πιάσουμε πρέπει να διαμορφώσουμε καταλλήλως και την κεραία. Για τον λόγο αυτό υπάρχουν τόσες διαφορετικές κεραίες όπως αυτή του κινητού σου ή μια κεραία τύπου δορυφορικό πιάτο.

Ας πάρουμε μία κεραία τύπου δορυφορικό πιάτο και να δούμε τον τρόπο λειτουργίας της.

Το σχήμα της συγκεκριμένης κεραίας επιτρέπει με βάση την κυρτότητας της να συγκεντρώνει το σήμα και να το εστιάζει σε ένα σημείο. Το σημείο αυτό είναι η συσκευή λήψης και ονομάζεται LNBF. Ας ανοίξουμε την συσκευή αυτή για να δούμε τον τρόπο λειτουργίας της και το τι συμβαίνει όταν το ηλεκτρομαγνητικό κύμα μπαίνει μέσα σε αυτήν.

Καθώς το κύμα οδηγείται μέσα στην χοάνη παρατηρούμε ότι υπάρχουν δύο ανιχνευτές οι οποίοι είναι κάθετα τοποθετημένοι μεταξύ τους. Έτσι πετυχαίνουμε την καλύτερη λήψη του ηλεκτρομαγνητικού κύματος το όποιο όπως αναφέραμε παραπάνω αποτελείται από ένα μαγνητικό και ένα ηλεκτρικό κύμα τα οποία είναι κάθετα μεταξύ τους. Αυτό το σήμα στην συνέχεια μεταφέρεται μέσα σε μια ηλεκτρονική πλακέτα όπου και γίνεται φιλτράρισμα σήματος, μετατροπή από υψηλή συχνότητα σε χαμηλή και τέλος ενίσχυση. Έτσι μεταφέρεται στους δέκτες μας σαν ήχος και εικόνα.

ΠΟΣΟ ΕΠΗΡΕΑΖΕΙ Η ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΤΗΝ ΥΓΕΙΑ ΜΑΣ?

Τα κύματα όπως είπαμε μεταφέρουν ενέργεια. Η ενέργεια η οποία βρίσκετε σε ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα ονομάζεται ακτινοβολία. Μια έννοια που σίγουρα μας προκαλεί φόβο. Αν τώρα η ενέργεια που μεταφέρει το κύμα είναι ικανή να σπάσει τους χημικούς δεσμούς των κυττάρων μας τότε θα προκαλέσει βλάβες. Για τον λόγο αυτό χωρίζουμε την ακτινοβολία σε δύο κατηγορίες.

ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 1Η : ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

Η ακτινοβολία αυτή μεταφέρει μεγάλα ποσά ενέργειας ικανά να σπάσουν τους χημικούς δεσμούς του DNA των κυττάρων μας και να προκαλέσουν ασθένειες μέχρι και καρκίνο. Στις ακτινοβολίες αυτές συγκαταλέγονται η υπεριώδης, η κοσμική, οι ακτίνες χ και οι ακτίνες γ.

ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 2Η : ΜΗ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

Η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρει είναι πολύ μικρή. Μη ικανή να διασπάσει τους χημικούς δεσμούς των κυττάρων μας και έτσι δεν συνδέεται με κινδύνους και βλάβες που σχετίζονται με την υγεία μας. Στις ακτινοβολίες αυτές συγκαταλέγονται η υπέρυθρη, το ορατό φως, τα ραδιοκύματα και τα μικροκύματα.

Τον θαυμαστό κόσμο των ραδιοκυμάτων των χρωστάμε στο όραμα που σε συνδυασμό με φαντασία και πίστη εφάρμοσαν ο James Clerk Maxwell ο οποίος διατύπωσε την θεωρία της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας , στον Heinrich Herzt, ο οποίος πρώτος επιβεβαίωσε πειραματικά την εκπομπή διάδοση και λήψη των σημάτων αυτών, τον Nikola Tesla, που ασχολήθηκε όσο κανείς με το εναλλασσόμενο ρεύμα και κατοχύρωσε περισσότερες από 300 πατέντες.