Elektromágneses hullámok terjedése

Sokan nem tudják elképzelni, hogy valójában mi is hordozza az ember hangját adáskor, mi jön ki a rádióból amit mi emberek nem látunk. Nos a válasz majdnem egyenlő a fénnyel. Ahogyan nem látjuk a röntgen, vagy az ultraibolya sugárzást, úgy nem látjuk a rádióhullámokat sem, pedig ugyan azok a jelenségek, csak egyvalamiben különböznek: a frekvenciában.

A bal oldali kép szemlálteti az elektromágneses hullámok felosztását a frekvencia függvényében. Míg a fény frekvenciája 10¹⁵MHz, addig a legnagyobb rádióhullámnak minősülő rezgésis csak 10⁷MHz, vagyis nagyságrendekkel, egészen pontosan 10⁸-oddal kissebb. A szem dícséretére legyen mondva, hogy ezt a gyors változást képes érzékelni!

De miből is épül fel maga a rádióhullám. A neve magában hordozza azon két összetevőt, amely segítségével képes a jel fentmaradni: ez a kettő pedig nem más, mint az elektromos, és a mágneses tér! A rádióamatőrök, de talán az egész emberiség szerencséjére ezen két jelenség szoros kapcsolatban áll egymással. Fizikai tanulmányainkból talán még rémlik az az ismeret, miszerint mozgó elektromos töltés képes maga körül mágneses teret kelteni. Ilyen például egy vezetőkeret amelyben áramot hajtunk keresztül. Ez a folyamat viszont visszafelé is igaz, vagyis mozgó, vagy pontosabban időben változó erősségű mágneses mező villamos teret gerjeszt, vagy elektromos áramot kelt a benne mozgatott vezetőkeretben. A levegőben ugyan ez az öngerjesztő jelenség játszódik le. Az egyik periódusban elektromos teret sugároz ki az antenna, a másikban mágnesest. Az antennáról való leválás után ez a két tér egymást segítve halad tovább. Az elektromos tér mágneses teret gerjeszt, majd a mágneses elektromost. A két jelenség térbeni irányítottsága nem egyezik meg, hanem derékszöget zárnak be egymással. A folyamatot az alábbi ábra jól szemlélteti:

Kísérleti tapasztalatok szerint, ezek a hullámok mint vákumban, mint levegőben megközelítőleg fénysebességgel terjednek, attól minimálisan maradnak el. Ilyen bizonyító kísérlet lehet az un. EME kapcsolat (Earth-Moon-Earth), ahol a holdnak irányítanak rádióhullámokat, majd precíz műszerrel mérik az út megtételéhez szükséges időt. Mivel a Hold-Föld távolságot már korábban ki tudták számítani -fény dopplerjelensége, vagy egyébb módszer alapján-, ezért minden adat megvolt, hogy kiszámolják a jel terjedési sebességét. Ez minden gáznemű közegre igaz, viszont ha a jel elnyelődik például egy antennában, és továbbkerül a levezetőkábelbe, már másként fog viselkedni. lecsökken a sebessége az antennakábel típusától függően. Ennek a sebességcsökkenésnek a nagyságát adja meg a rövidülési tényező, amelyet a fénysebességgel megszorozva, megkapjuk a jel sebességét az adott kábelben. Külön érdekesség, a jelek terjedése párhuzamos vezető mentén. Azok ugyanis minimális mértékben terjednek a vezetékekben, inkább a vezeték közvetlen közelében.

Ahhoz, hogy ezeket a jeleket valamilyen úton fel lehessen használni, kell hogy energiát szállítsanak, mert különben nem lehetne őket erőssíteni. Ez viszont elkerülhetetlen, mert önmagukban csak az adóantenna közvetlen közelében lehetne őket detektálni úgy, hogy azok hallhatóak legyenek. Szerencsére van energiájuk, melyet a Poynting-vektorral jellemeznek, és az elektromos, mágneses tér erejéből lehet számolni. Így lehetővé válik, hogy több száz, de akár több ezer km-es összeköttetéseket, vagy éppen Föld-Hold-Föld kapcsolatot hozzanak létre.