Trådlös ström

Teslatransformator, bild från Wikipedia

Det första experimentet för överföring av trådlös ström var med hjälp av två antenner som var i resonans med varandra. Detta experiment inspirerade Nikola tesla till att bygga en tesla transformator. En tesla transformator fungerar enligt samma princip som en krets med två antenner. Tesla transformatorn består av två elektriska spolar utan järnkärna. Primärspolen är ihopkopplad med en kondensator och bildar en svängningskrets. Primärspolen och kondensatorn är kopplade till ett högspänningsaggregat och ett gnistgap. När kondensatorn har laddats upp sker en urladdning till spolen via gnistgapet. När kondensatorn är urladdad bryter magnetfältet i primärspolen ihop och det uppstår en spänning med motsatt potential som åter laddar kondensatorn. Det uppstår en elektrisk svängning i primärspolen som skapar ett elektromagnetiskt fält som går till sekundärspolen som också den är en svängningskrets med samma egenfrekvens som primärspolen. Det induceras en hög högfrekvent växelspänning i sekundärspolen på grund av det elektromagnetiska fältet från primärspolen och sekundärspolens höga varvtal.

Enligt samma princip fungerar också den moderna överföringen av trådlös ström. Där har man också två spolar med samma egenfrekvens. Man kan med elektroniska generatorer och transistorer sluta och bryta strömmen till sändarspolens svängningskrets i takt med dess frekvens och därmed överföra ström till den. Ett sådant drivsteg fungerar enligt samma princip som en DC till AC omvandlare fast med mycket högre frekvens.

Mellan sändare spolen och motagare spolen kan man placera ett metamaterial som förlänger räckvidden.

Ronny Östman

 

Atomen

All materia består av atomer. Den förste som kom på tanken att allt består av atomer var greken Demokritos. Han tänkte sig att en sten kunde dela upp sig i allt mindre beståndsdelar tills det inte gick att dela upp den i mindre partiklar: atomer. Ordet atom betyder odelbar.

Man tänkte sig att atomerna fastnade i varandra som magneter.

På 1700 talet gjorde man experiment som tydde på att det fanns atomer. Man fann att materia reagerade kemiskt med varandra i vissa viktproportioner. T.ex. så reagerade vid samma tryck och temperatur en liter vätgas med en halv liter syrgas till en liter vattenånga om temperatur och tryck är detsamma så innehåller samma volym gas samma antal partiklar.

Det var Albert Einstein som såg beviset på att det fanns atomer. Pollen korn i vatten uppvisar en slumpartad rörelse. Det är atomernas rörelse i vattnet som puttar till pollen kornen.

Det går inte att se atomerna i ett vanligt ljusmikroskop på grund av att ljusets våglängd är mycket större än själva atomen däremot ett elektronmikroskop med mycket kortare våglängd.

Den enklaste atomen är väteatomen. Den består av en positivt laddad atomkärna en proton och en negativt laddad elektron som roterar runt atomkärnan och bildar ett skal. Protonen och elektronen dras till varandra på grund av deras laddning. Varför elektronen och protonen inte fastnar vid varandra och kollapsar till en punkt beror på att: Elektronen som rusar runt atomkärnan dras utåt på grund av centrifugalkraften. Det beror också på att elektronen är en materievåg. Ett varv runt atomkärnan ska vara längden av en eller flera våglängder. Om vågens omkrets inte är det så kommer vågen igenom interferens att släckas ut elektronen upphör att existera. Materievågens frekvens beror av elektronens hastighet på grund av det kan elektronen bara kretsa vissa bestämda banor. När elektronen hoppar mellan vissa banor ändras atomens energi. Elektronen kan ta emot energi från strålning flyttas till en annan bana längre ut och hoppa till en annan bana med lägre energi och stråla ut ljus med lägre energi.

Om en atompartikel t.ex. en elektron stängs in i ett litet område kommer elektronens materievåg att bilda en stående våg. Där vågen gör störst utslag där finns det störst sannolikhet att elektronen befinner sig. Eftersom elektronens hastighet beror av våglängden kommer elektronens hastighet att vara större ju mindre område som elektronen är bunden till. Elektronen kan aldrig stå still. Elektronen kan därför inte finnas inuti atomkärnan eftersom den elektriska kraften mellan protonen och elektronen är för liten.

Ronny Östman

 

Hur radiovågor alstras

Radiovågor

Radiovågor. Bild hämtad på Pixabay.

 

 

 

 

 

 

 

Radiovågor alstras när elektriskt laddade partiklar t.ex. elektroner från atomer accelereras till höga hastigheter.

Det äldsta sättet att alstra radiovågor var med hjälp av ett batteri, en Gnistinduktor, ett gnistgap och en antenn. Gnistinduktorn är en typ av transformator den består av två spolar på en järnkärna. När strömmen bryts igenom primärspolen på gnistinduktorn så uppstår en hög spänning på sekundärspolen. Den strömmen leds till ett gnistgap som sitter på två antenntrådar. Varje gång en gnista uppstår på gnistgapet i antennen sker en svängning av elektriska laddningar i antennen trådarna. Det uppstår ett varierande elektriskt fält på grund av den elektriska laddningen och ett varierande magnetfält på grund av strömmen i antennen. Ett varierande elektriskt fält alstrar ett varierande magnetfält på ett annat ställe som alstrar ett varierande elektriskt fält på annat ställe.

När elektronröret uppfanns kunde man bygga elektroniska oscillatorer som avger radiovågor. En elektronisk sändare består av en oscillator som alstrar svängningar. Den består av en svängningskrets en kondensator och en spole.

Några naturliga radiovågsalstrare:
Åskblixten är en elektrisk urladdning som avger radiovågor dessa radiovågor kan man ta emot med en mellanvågs antenn. En mellanvågs antenn består av en spole med en ferrit järnkärna och en kondensator. Radivågen inducerar genom induktion en högfrekvent växelspänning i antenn spolen.

I rymden finns det neutronstjärnor som alstrar radiovågor som likt en fyr roterar och skickar ut radiovågor åt olika håll.

Kosmiska bakrundstrålningen. Är radiovågor i mikrovågsområdet som täcker varje vrå i hela universum. Dessa vågor blev till i universums begynnelse big bang. Dessa elektromagnetiska vågor var i början väldigt mycket högfrekventa och hade väldigt hög energi men medan rymden expanderade så drogs vågorna ut till mycket lägre frekvens. Genom att studera variationen i den kosmiska bakgrundsstrålningen kan man få en uppfattning av fördelningen av materia i det tidiga universum.

I rymden finns det väteatomer. Väteatomerna består av en positivt laddad proton och en negativt laddad elektron. Både protonen och elektronen har ett spinn båda roterar runt sig själva. En elektrisk laddad partikel som roterar runt sig själv alstrar ett magnetfält. Både protonen och elektronen som har spinn uppför sig därför som små magneter.
Om protonen och elektronen spinner åt samma håll så har väteatomen högre energi än om de roterar åt samma. Övergången mellan dessa tillstånd avger väteatomen radiovågor.

Ronny Östman