Tenho 17 anos e sou novo em eletrônica, e aprendi tudo on-line e espero continuar fazendo isso com todos os recursos. Eu pesquisei e não consigo encontrar respostas concisas sobre esta pergunta ...
Como exatamente as ondas de rádio são propagadas e como posso construir um par de circuitos simples a partir do qual um pode enviar as ondas de rádio e o outro pode interceptá-las?
Eu li coisas diferentes em fontes diferentes, e vou vincular todas elas aqui:
1. http://www.nrao.edu/index.php/learn/radioastronomy/radiowaves
O site mencionado alega que as ondas de rádio são essencialmente EM (sabia disso), mas menciona fótons. Os fótons são a essência de todos os EM, mas em um circuito simples há apenas fluxos de corrente pela bateria. Como eu produziria fótons a partir de uma corrente de mão única?
O site acima afirma que você pode "fazer uma onda de rádio" simplesmente tendo um campo elétrico, que é um circuito elétrico. Então, por essa lógica, qualquer circuito elétrico está produzindo ondas de rádio como está? Nesse caso, um motor homopolar também tecnicamente produziria ondas de rádio (é um circuito completo, sim)? Então as ondas de rádio se propagam em um padrão, dependendo de quantas vezes o circuito liga e desliga, para que eu possa codificar dados por padrões apenas removendo e colocando a bateria de volta no circuito? Eu não entendo. Alguém pode esclarecer mais esse artigo?
O que eu quero fazer é criar dois circuitos simples de cobre e produzir uma onda de rádio que o outro circuito intercepte e use uma porta AND para ligar um LED sem fio.
No entanto, eu não entendo exatamente como as ondas de rádio são propagadas!
Respostas:
Não se preocupe com fótons, a menos que queira se aventurar na física quântica. Um fóton é o quantum de radiação eletromagnética, que também é uma onda. Ainda não encontrei uma aplicação em engenharia de RF em que os efeitos quânticos sejam relevantes.
Em todos os circuitos eletrônicos, existem dois campos: um elétrico e um magnético. O campo elétrico está associado às tensões e o magnético às correntes.
Temos componentes que produzem fortes campos elétricos: capacitores.
Também temos componentes que produzem fortes campos magnéticos: indutores.
Em cada um desses componentes, pensamos em um tipo de campo como dominante. Mas considere o que acontece se mudarmos rapidamente o campo magnético através de um indutor, digamos, passando um forte ímã permanente por ele: haverá uma tensão entre os terminais do indutor. Essa tensão é um campo elétrico. Chamamos isso de lei de indução de Faraday .
Uma coisa semelhante pode acontecer com um capacitor. Para alterar o campo elétrico, deve haver uma corrente. Ou, se você conseguir alterar o campo elétrico, encontrará uma corrente em algum lugar. Manipular o campo elétrico dentro de um capacitor é um pouco mais difícil do que soltar um ímã através de uma bobina, mas se você puder construir um aparato experimental apropriado, verá que isso é verdade.
Assim, um campo elétrico variável pode criar um campo magnético. Um campo magnético variável pode criar um campo elétrico.
Radiação eletromagnética são esses dois campos que se criam no espaço livre. O campo elétrico muda, criando uma mudança no campo magnético logo à frente dele, criando uma mudança no campo elétrico logo à frente ...
Para que esses campos sejam irradiados em espaço livre como este, você deve criar ambos, em fase, perpendiculares um ao outro. É por isso que um capacitor não é uma boa antena: ele cria um forte campo elétrico, mas o campo magnético é relativamente pequeno. Ele irradia um pouco, mas principalmente a energia está presa no campo elétrico, incapaz de irradiar porque não possui campo magnético para afastá-lo do capacitor. O mesmo se aplica a um indutor, com corrente e tensão, magnéticas e elétricas trocadas. Consulte Por que um indutor não é uma boa antena?
As antenas são apenas indutores ou capacitores com vazamento. Muitas antenas são igualmente ambas ao mesmo tempo, de modo que sua impedância é puramente resistiva na frequência de projeto, em vez de indutiva ou capacitiva. Através de geometria inteligente, eles criam campos magnéticos e elétricos perpendiculares e em fase, que depois irradiam.
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As ondas de rádio são produzidas quando o campo elétrico muda rapidamente: deve haver uma corrente alternada.
Um campo elétrico se espalha para o espaço. Quando você altera um campo elétrico, suas partes distantes não mudam instantaneamente. A mudança é limitada pela velocidade da luz. Se você flutua no campo elétrico, cria uma onda.
Você pode pensar nisso como o espaço sendo permeado em toda parte por um campo elétrico; seu circuito apenas cria uma perturbação, como perturbar a superfície da água. A perturbação viaja à velocidade da luz, como ondas em um lago. Se o seu circuito apenas tiver corrente contínua fluindo através dele, a perturbação ocorrerá exatamente quando você o liga e quando o desliga.
(De fato, o equipamento elétrico causa interferência quando liga e desliga: relés, interruptores, comutação de escovas de motor elétrico ou qualquer coisa que gere faíscas: todos irradiam e podem interferir na comunicação por rádio ou em equipamentos sensíveis.)
Os circuitos transmissores de rádio são otimizados para irradiar; eles deliberadamente fazem coisas que os designers tentam evitar em circuitos que devem minimizar sua radiação (que é a maioria dos circuitos). Os transmissores amplificam alguma CA de alta frequência e energizam uma antena .
Existem muitos tipos de antenas e como todas elas funcionam é um grande tópico. Um exemplo de antena é simplesmente um dipolo de meio comprimento de onda: dois condutores longos apontando em direções opostas, cada um com um quarto de comprimento de onda.
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As ondas de rádio não foram explicadas até James Clerk Maxwell descrever a eletricidade e o magnetismo com o que hoje é chamado de Equações de Maxwell. Eles usam uma forma de cálculo vetorial e estão longe de serem simples. Para sua pergunta, tudo se resume a aceleração. Uma corrente que flui não produz rádio. Os elétrons precisam acelerar, como ir e voltar. Os elétrons se movem pelos fios muito lentamente, mas você pode sacudi-los rapidamente para frente e para trás por distâncias muito curtas com um campo elétrico alternado, aplicando CA ao fio. Os elétrons estão invertendo a direção e irradiam. Um campo elétrico variável produz um campo magnético e um campo magnético variável produz um campo elétrico. De certa forma, como se os campos elétrico e magnético fossem arrancados do fio e voassem para longe na velocidade da luz.
Você também pode obter aceleração andando em círculo (mudando de direção em geral) e existem transmissores que funcionam dessa maneira. Não com um fio em círculo, com elétrons no vácuo indo muito rápido em um círculo a partir de um forte campo magnético. Existem ótimos ímãs que fazem esse trabalho em circuitos antigos de forno de microondas. Pesquise "magnetron".
A maneira mais simples de demonstrar o rádio é duplicar as experiências originais com um transmissor de centelha e um fio com uma pequena fenda para ver uma centelha da energia recebida. Faça uma pesquisa sobre fagulhas e ondas de rádio. Se você escolher um, lembre-se de que as pessoas irão captar suas experiências em rádios AM em todas as direções.
Um fato surpreendente da natureza é revelado pelas equações de Maxwell e é o que torna o rádio útil para a comunicação de longa distância. Esperamos que qualquer coisa que irradie em todas as direções tenha potência (intensidade) que caia com o quadrado da distância - como em 1 / (r ^ 2). Se a detecção de rádio fosse baseada nisso, seria quase inútil. Mas, como a potência cai com o quadrado, a amplitude é proporcional ao quadrado da potência e cai como 1 / r. E é a amplitude do campo que detectamos no rádio (ou o movimento induzido nos elétrons em uma antena de arame). Se você está a 1 km de um transmissor e vai a um ponto a 100 km, a amplitude do sinal é apenas 1/100 tão forte - um amplificador de valor pode ser facilmente manipulado. Se o rádio fosse baseado na potência, o valor seria 1/10000. Você pode imaginar o problema ao enviar sinais 5000 km (1 / 25.000,
Eu ignoraria os fótons. Ao contrário do rádio, um fóton tem energia determinada pela frequência e você não precisa de mecânica quântica para o rádio.
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A potência do sinal cai como uma função quadrada para os campos E, porque a área coberta pelo sinal emitido aumenta como um quadrado da distância, raio.
O ponto sobre os fótons, eu acho ... A chave é que os fótons são quanta em uma frequência classificada na luz, onde as ondas de rádio são quanta em uma frequência abaixo da luz. Mas eu realmente não sei. Onde está Richard Feynman quando você precisa dele?
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