Principes van radio

Een van de meest fascinerende toepassingen van elektriciteit is het opwekken van onzichtbare rimpelingen van energie die radiogolven worden genoemd. . De beperkte reikwijdte van deze les over wisselstroom laat geen volledige verkenning van het concept toe, enkele basisprincipes zullen worden behandeld.

Met Oersteds toevallige ontdekking van elektromagnetisme, realiseerde men zich dat elektriciteit en magnetisme aan elkaar gerelateerd waren.

Wanneer een elektrische stroom door een geleider werd geleid, werd een magnetisch veld gegenereerd loodrecht op de stroomas. Evenzo, als een geleider werd blootgesteld aan een verandering in magnetische flux loodrecht op de geleider, werd er een spanning geproduceerd langs de lengte van die geleider.

Tot nu toe wisten wetenschappers dat elektriciteit en magnetisme elkaar altijd haaks leken te beïnvloeden. Er lag echter een belangrijke ontdekking verborgen net onder dit schijnbaar eenvoudige concept van gerelateerde loodrechtheid, en de onthulling ervan was een van de cruciale momenten in de moderne wetenschap.

Relatie van elektrische en magnetische velden

Deze doorbraak in de natuurkunde is moeilijk te overschatten. De man die verantwoordelijk was voor deze conceptuele revolutie was de Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell (1831-1879), die de studie van elektriciteit en magnetisme 'verenigde' in vier relatief overzichtelijke vergelijkingen.

In wezen ontdekte hij dat elektrische en magnetische velden waren intrinsiek aan elkaar gerelateerd, met of zonder de aanwezigheid van een geleidend pad om stroom te laten vloeien. Formeel geformuleerd, de ontdekking van Maxwell was deze:

Een veranderend elektrisch veld produceert een loodrecht magnetisch veld, en

Een veranderend magnetisch veld produceert een loodrecht elektrisch veld.

Dit alles kan plaatsvinden in de open ruimte, waarbij de afwisselende elektrische en magnetische velden elkaar ondersteunen terwijl ze met de snelheid van het licht door de ruimte reizen. Deze dynamische structuur van elektrische en magnetische velden die zich door de ruimte voortplanten, is beter bekend als een elektromagnetische golf .

Er zijn veel soorten natuurlijke stralingsenergie die is samengesteld uit elektromagnetische golven. Zelfs licht is elektromagnetisch van aard. Dat geldt ook voor röntgenstraling en "gamma"-straling.

Het enige verschil tussen deze soorten elektromagnetische straling is de frequentie van hun oscillatie (afwisseling van de elektrische en magnetische velden heen en weer in polariteit). Door een bron van wisselspanning en een speciaal apparaat genaamd een antenne . te gebruiken , kunnen we met gemak elektromagnetische golven (van een veel lagere frequentie dan die van licht) creëren.

Typen antennes

Een antenne is niets meer dan een apparaat dat is gebouwd om een ​​verspreidend elektrisch of magnetisch veld te produceren. Twee fundamentele soorten antennes zijn de dipool en de lus :Afbeelding hieronder

Dipool- en lusantennes.

Terwijl de dipool eruit ziet als niets meer dan een open circuit en de lus een kortsluiting, zijn deze stukjes draad effectieve stralers van elektromagnetische velden wanneer ze zijn aangesloten op wisselstroombronnen met de juiste frequentie. De twee open draden van de dipool fungeren als een soort condensator (twee geleiders gescheiden door een diëlektricum), waarbij het elektrische veld openstaat voor verspreiding in plaats van geconcentreerd te zijn tussen twee dicht bij elkaar gelegen platen.

Het gesloten draadpad van de lusantenne werkt als een inductor met een grote luchtkern, waardoor het veld opnieuw ruimschoots de gelegenheid krijgt om zich van de antenne af te verspreiden in plaats van te worden geconcentreerd en vastgehouden zoals in een normale inductor.

Terwijl de aangedreven dipool zijn veranderende elektrische veld de ruimte in straalt, wordt een veranderend magnetisch veld onder rechte hoeken geproduceerd, waardoor het elektrische veld verder de ruimte in wordt gehouden, enzovoort, terwijl de golf zich voortplant met de snelheid van het licht.

Terwijl de aangedreven lusantenne zijn veranderende magnetische veld de ruimte in straalt, wordt een veranderend elektrisch veld onder rechte hoeken geproduceerd, met hetzelfde eindresultaat van een continue elektromagnetische golf die van de antenne wordt weggestuurd. Beide antennes bereiken dezelfde basistaak:de gecontroleerde productie van een elektromagnetisch veld.

Functies van een antenne

Wanneer aangesloten op een bron van hoogfrequente wisselstroom, fungeert een antenne als een zendende apparaat, dat wisselspanning en -stroom omzet in elektromagnetische golfenergie. Antennes hebben ook het vermogen om elektromagnetische golven te onderscheppen en hun energie om te zetten in wisselspanning en -stroom. In deze modus fungeert een antenne als een ontvangende apparaat:Afbeelding hieronder

Basisradiozender en -ontvanger.

Hoewel er veel is meer gezegd kan worden over antennetechnologie, deze korte introductie is voldoende om u een algemeen idee te geven van wat er aan de hand is (en misschien genoeg informatie om een ​​paar experimenten uit te lokken).

BEOORDELING:

• James Maxwell ontdekte dat veranderende elektrische velden loodrechte magnetische velden produceren, en vice versa, zelfs in lege ruimte.
• Een dubbele reeks elektrische en magnetische velden, die haaks op elkaar oscilleren en met de snelheid van het licht reizen, vormt een elektromagnetische golf .
• Een antenne is een apparaat gemaakt van draad, ontworpen om een ​​veranderend elektrisch veld of veranderend magnetisch veld uit te stralen wanneer het wordt gevoed door een hoogfrequente wisselstroombron, of een elektromagnetisch veld te onderscheppen en om te zetten in een wisselspanning of -stroom.
• De dipool antenne bestaat uit twee stukken draad (die elkaar niet raken), die voornamelijk een elektrisch veld genereren wanneer ze worden geactiveerd en in de tweede plaats een magnetisch veld in de ruimte produceren.
• De lus antenne bestaat uit een draadlus, die voornamelijk een magnetisch veld genereert wanneer deze wordt geactiveerd en in de tweede plaats een elektrisch veld in de ruimte produceert.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Basis werkblad elektromagnetisme en elektromagnetische inductie