ماهیت رادیواکتیویته

هنری بکرل (Henri Beequerel) در سال 1896 بطور اتفاقی کشف کرد که ترکیبات اورانیوم ، تشعشعاتی که ماهیت آن شبیه اشعه ایکس می‌باشد، منتشر می‌کنند. به عناصری از قبیل اورانیوم که بطور خود به خود بدون آنکه انرژی جذب نمایند، انرژی صادر می‌کنند، مواد رادیواکتیو طبیعی گفته می‌شود. آزمایشهایی که در آنها از میدانهای الکتریکی یا مغناطیسی استفاده می‌گردد، نشان داده‌اند که اشعه انتشار یافته از نوع متمایز تشکیل شده است. یک میدان الکتریکی که بر یک پرتو باریک اشعه موازی اشعه انتشار یافته از یک منبع رادیواکتیو طبیعی اعمال شده است، آنرا به سه دسته جدا می‌سازند که با آلفا (α) ، بتا (β) و گاما (γ) علامت گذاری شده است.

• پرتو α: این پرتو که به طرف منفی صفحه فلزی منحرف می‌شود، باید از ذرات با بار مثبت تشکیل شده باشد. ذره آلفا که به صورت ⁴₂He⁺² نیز شناخته می‌شود، دو واحد بار مثبت حل نموده و دارای جرم یک هسته هلیوم می‌باشد.
  
• پرتو β: این پرتو که دارای انحراف شدیدتری به طرف صفحه فلزی مثبت می‌باشد، باید از ذرات سبکتری با بار منفی تشکیل شده باشند. بار الکتریکی و جرم یک ذره بتا همانند بار یک الکترون بود.
  
• پرتو γ: خواص اشعه گاما مشابه خواص اشعه X می‌باشد ما با این تفاوت که طول موج آنها از طول موج اشعه X کوتاهترند. اشعه گاما فوتونهایی هستند که فرکانسهای آنها چندین میلیون برابر فرکانسهای نور مرئی می‌باشد.

علت رادیواکتیویته

همچنین کشف گردید که ایزوتوپهای رادیواکتیو (رادیو ایزوتوپها) به کرات عناصر دیگر را تولید می‌نمایند به عنوان مثال ، "رادرفورد" دریافت که رادیم ، ذرات α و رادون ، که یک گاز رادیواکتیو می‌باشد، را بطور خود به خود منتشر می‌نماید. برای توجیه این مشاهدات ، "رادرفورد" و "فردریک ساری" در سال 1902 فرض نمودند که رادیواکتیویته نتیجه یک تغییر خود به خود در اتمهای یک عنصر می‌باشد که به اتمهای عنصر دیگر تبدیل می‌گردند. این واکنشهای هسته‌ای (تغییرات و تبدیلات) مشمول یک تغییر در عدد اتمی یا عدد جرمی (یا هر دو) ، رادیو ایزوتوپها می‌باشد.

واکنشهای شیمیایی و واکنشهای هسته‌ای

در واکنشهای شیمیایی ، اتمها ، نظم جدید پیدا می‌کنند. آنها بوجود نمی‌آیند و از بین نمی‌روند و منهدم نمی‌گردند. از اینجاست که در واکنشهای هسته‌ای ، اعداد جرمی ثابت باقی می‌مانند. مجموع اعداد جرمی هسته‌ها و ذرات واکنش دهنده باید با مجموع اعداد جرمی هسته‌ها و ذرات واکنش دهنده باید با مجموع اعداد جرمی هسته‌ها و ذراتی که حاصل می‌گردند، برابر باشد. بقای بار ایجاب می‌کند که مجموع اعداد اتمی هسته‌ها و ذرات واکنش دهنده با مجموع اعداد اتمی هسته‌های محصولات برابر باشد.

نوترون

اگر چه نوترونها در خارج از هسته ، به پروتونها و نوترونها تجزیه می‌گردند، لیکن از پروتونها و الکترونها تشکیل نشده‌اند. آزمایشاتی که توسط رابرت هافزتادتر Robert Hafstodter در مورد پخش الکترونی بوسیله پروتونها و نوترونها انجام پذیرفته ، مشابه آنچه که توسط رادرفورد در مورد پخش ذرات α بوسیله هسته انجام گرفت، چنین پیشنهاد می‌نماید که پروتون از یک هسته خنثی که توسط دو ابر با بار مثبت احاطه شده تشکیل گردیده است و یک نوترون دارای ساختمان مشابه می‌باشد، با این تفاوت که ابر داخلی منفی است.

در یکی ، هر دو ابر الکترونی با یکدیگر جمع شده یک واحد بار مثبت را تشکیل می‌دهند، در دیگری دو برابر از یونها ذرات فرعی فرضی با خواصی که به آنها نسبت داده شده‌اند می‌باشند. این مدل پیش بینی می‌کند که پروتون ترکیبی است از یک دیون با بار و دو دیون ، هر یک با بار که بار خالص را ایجاد می‌نماید. نوترون باید از دو دیون هر یک با بار و یک دیون با بار
تشکیل شده باشد که باهم یک بار خالص را ایجاد نماید.

انرژی هسته‌ای

انرژی واکنشها هسته‌ای ، E∆ که از اختلاف بین جرم محصولات و واکنش دهندگان طبق قانون "انیشتین" محاسبه شده است، با مقادیر اندازه گیری شده مطابقت دارد. در تبدیل Ra به Rn جرم اتمها عبارتند از:


Ra = 226.0254 و پس He + Rn = 4.0026 + 22.0176 = 226.0202 بطوریکه m∆ اختلاف جرم بین محصولات و واکنش دهندگان اولیه عبارتست از مول/گرم m = -0.0052∆ و E = ∆mC² , ∆E = -1.1x10⁸ kcal/mol
انرژیی که از هسته‌های رادیواکتیو صادر می‌گردد، حین عبور از ماده ، صرف یونیزاسیون یا تحریک اتمها یا مولکولها یا یونها شده و یا بوسیله شکستن پیوندهای شیمیایی مصرف می‌گردد. ذرات α معمولا نمی‌توانند به ضخامتی بیش از چند ورق کاغذ نفوذ نمایند. جدارهای یک ظرف شیشه‌ای معمولی می‌توانند معمولا ذرات β را متوقف سازند. پرتوهای ایکس و گاما قابلیت نفوذپذیری زیادی داشته و تنها بوسیله لایه‌های ضخیم سربی یا بتونی متوقف می‌شوند. فاصله از منبع نیز در به مینیمم رساندن اثر تشعشع مهم است. چون تغییرات شدت با عکس مربع فاصله متناسب می‌باشد.

ساختمان هسته

ساختمان هسته از نقطه نظرهای معینی مشابه ساختمان الکترونی اتمها است. مکانیک کوانتومی نشان می‌دهد که انرژی حالات (سطوح) یک ذره موجود در هسته کوانتیده بوده و بوسیله چهار عدد کوانتومی مشخص شده است. اصل طرد پاولی نیز در مورد ذرات موجود در هسته صادق است: دو پروتون و دو نوترون نمی‌تواند دارای چهار عدد کوانتومی یکسان باشند.

هسته‌ای که بعد از نشر یک ذره α یا β باقی می‌ماند، غالبا یک پرتو گاما (فوتون) منتشر می‌کند. بر حسب مدل سطح انرژی هسته ، هسته در یک حالت تحریک شده قرار داشته و یک فوتون به صورتی مشابه با نشر یک فوتون بوسیله یک اتم هیدروژن تحریک شده ، انتشار می‌یابد.

پایداری هسته

انرژی لازم جهت تجزیه یک مولکول در حالت گازی به اتمهای تشکیل دهنده آن برابر است با انرژی که در هنگام ترکیب مجدد این اتمها در همان درجه حرارت ایجاد می‌گردد. بطور مشابه ، انرژی پیوند یک هسته مقدار انرژی است که برای تجزیه هسته به ذرات تشکیل دهنده آن لازم است یا انرژی که در هنگام ترکیب مجدد نوکلئونها برای تشکیل هسته ایجاد می‌گردد. به هر حال ، گرمای واکنشهای هسته‌ای تقریبا یک میلیون برابر حرارتی است که از واکنشهای شیمیایی حاصل می‌گردند. ماهیت نیرویی که نوکلئونها را به یکدیگر نگه می‌دارد باید از نظر اصولی با نیروی الکتروستاتیکی که در پیوند اتمی (پیوند شیمیایی) دخالت دارد متفاوت باشد.

همانند پیوند شیمیایی ، جاذبه ثقل و نیروهای مغناطیسی ضعیف تر از آنند که قابل ملاحظه باشند. به علاوه، نیرو نمی تواند الکتریکی باشد. برای مثال ، دو ترون که از ک نوع ذره باردار (پروتون) و یک ذره خنثی تشکیل شده است، نمی‌تواند بوسیله نیروهای الکتریکی به یکدیگر نگهداری گردد. نمایش حتی بارزتر از آن پایداری زیاد هسته sup>4₂He> می‌باشد که در آن ، برخورد الکتروستاتیکی دو پروتون دفع کننده است. در 1935 ، "هیدکی یوکاوا" Hideki Yukava پیشنهاد کرد که یک ذره به خصوص که عملا با سرعت نور بین نوکلئونها در حال نوسان است، نیرویی است که نوکلئونها را به یکدیگر نگه می‌دارد.

او مضافا پیشنهاد نمود که این ذره باید دارای جرمی تقریبا 25±275 مرتبه بزرگتر از جرم الکترون بوده و می‌تواند از نظر الکتریکی خنثی ، مثبت یا منفی باشد. این ذرات که بعدا کشف گردیدند "پای- مزونها" یا "پیونها" نامیده می‌شوند. در نتیجه انتقال دائمی پیون ، پروتونها به نوترونها به پروتونها تغییر می‌یابند.

مقدمه

از بحث امواج می‌‌دانیم که موج در محیطهای تغییر شکل پذیر یا کشسان را امواج مکانیکی می‌‌نامند. بنابراین اگر خاصیت کشسانی محیطی که موج در آن انتقال می‌‌یابد، به گونه‌ای باشد که دقیقا از قانون هوک پیروی نکند، در این صورت تپ یا موج ایجاد شده در انتهای یک ریسمان کشیده ، ممکن است در موقع حرکت در طول ریسمان تغییر شکل بدهد. هرچند هر یک از مولفه‌های موج بدون تغییر شکل حرکت می‌‌کنند، اما در این مورد سرعت هر مولفه به ازای هر فرکانس (یا طول موج) متفاوت خواهد بود. این پدیده ، پاشندگی بوده و محیط مورد نظر را پاشنده می‌‌گویند.

نتیجه اینکه شکل تپ می‌‌تواند تغییر کند و سرعت تپ ممکن است به مشخصات شکل اولیه‌اش بستگی داشته باشد. نمونه‌هایی از مواد غیر پاشنده عبارتند از:

امواج مکانیکی منتشر شده در طول یک ریسمان ایده‌آل (کاملا انعطاف پذیر) و امواج الکترومغناطیسی (نور) منتشر شده در خلا و نمونه‌های مربوط به موارد پاشنده ، شامل امواج اقیانوسها و امواج نورانی منتشر شده در یک محیط شفاف مانند شیشه است.

خاصیت پاشندگی مواد

بیشتر باریکه‌های نور از برهمنهش امواج با طول موجهایی بدست آمده‌اند که در تمام گستره طیف مرئی وجود دارند. سرعت نور در خلا برای همه طول موجها یکی است، اما درون محیط مادی سرعت انتشار برای طول موجهای مختلف متفاوت است. پس ضریب شکست یک ماده به طول موج بستگی دارد. هر محیط ناقل موج که سرعت موج در آن با طول موج تغییر کند، دارای خاصیت پاشندگی است. اندازه ضریب شکست (n) با افزایش طول موج کاهش پیدا می‌‌کند، لذا با افزایش فرکانس افزایش می‌‌یابد. در درون ماده ، طول موجهای بلندتر ، سرعت انتشار بیشتر و طول موجهای کوتاهتر ، سرعت انتشار کمتری دارند.

یک مثال

فرض کنید پرتویی از نور سفید بر یک منشور می‌‌تابد. می‌‌دانیم که نور سفید برهمنهشی از همه نورهای مرئی است. بنابراین نور خروجی از منشور به رنگهای مختلف تجزیه می‌‌شود. میزان انحراف حاصله توسط منشور با افزایش ضریب شکست و با کاهش طول موج افزایش پیدا می‌‌کند. نور بنفش بیشترین و نور سرخ کمترین انحراف را دارند و رنگهای دیگر بین این دو رنگ قرار دارند. وقتی که نور از منشور خارج می‌‌شود، به صورت واگرا می‌‌باشد. مقدار پاشیدگی به تفاضل ضریب شکست پرتوهای سرخ و بنفش بستگی دارد. بنابراین می‌‌توان گفت که درخشندگی الماس بخشی به دلیل پاشیدگی زیاد و بخشی دیگر به خاطر ضریب شکست زیاد آن است.

رابطه پاشندگی

در مباحث الکترومغناطیسی در مورد هر محیطی اعم از رسانا یا عایق (دی الکتریک) یک ضریب دی الکتریک k\prime و یک تابع رسانندگی g تعریف می‌‌کنند. حال اگر تابش الکترومغناطیسی که با عدد موج مخصوص به خود مشخص می‌‌شود، از خلا بر یک محیط بتابد، با استفاده از معادلات ماکسول رابطه بین ضریب شکست محیط و ثابت دی الکتریک و عدد موج را مشخص می‌‌کنند که این رابطه را رابطه پاشندگی می‌‌گویند.

بنابراین در حالت کلی اگر عدد موج را با k و سرعت زاویه‌ای موج را با ω و ضریب شکست را با n نشان دهیم، رابطه پاشندگی را به صورت بیان می‌‌کنند، یعنی ضریب شکست تابعی از مشخصات موج است. به عنوان مثال ، در خلا که برای آن ضریب شکست را برابر یک اختیار می‌‌کنند، رابطه پاشندگی به فرم ساده در می‌‌آید که در آن C سرعت نور است.

نگاه اجمالی

انسان بیش از 100 سال است که با امواج الکترومغناطیسی آشناست و امروز از آنها به طور وسیعی در زندگی خود استفاده می‌کند و این فیزیک امواج در یک میدان مغناطیسی و یک میدان الکتریکی عمود بر هم بوجود آمده‌اند. ویژگی بارزشان که آنها را متمایز ساخته این است که برای سیر نیاز به محیط‌ هادی ندارد. و در خلا به راحتی حرکت می‌کنند. فیزیک امواج رادیویی نیز دسته‌ای از این فیزیک امواج هستند.

ماهیت فیزیک امواج رادیویی

هر اتم از الکترون و نوترون تشکیل شده است. نوترون و پروتون در مرکز قرار گرفته‌اند و هسته اتم را تشکیل می‌دهند و الکترونها اطراف هسته می‌چرخند. هسته بعضی از اتم‌ها به دلیل پروتونهای آنها خنثی می‌شود. دارای حرکت وضعی هستند. یعنی به دور محور خود می‌چرخند. این نوع حرکت را حرکت اسپنی می‌گویند، که ویژگیهای طبیعی هسته‌ها است. همچنین هسته به دلیل وجود پروتون دارای بار مثبت هست و از هر ذره بارداری که حرکت داشته باشد‌، فیزیک امواج الکترومغناطیس تابش می‌شود.

بطور کلی فیزیک امواج ، از جمله فیزیک امواج الکترومغناطیسی دارای فرکانس هستند. در اینجا فرکانس به معنی تعداد نوسانهای میدان الکتریکی یا مغناطیسی در واحد زمان از هر نقطه از فضا است. اگر نیروی محرکی را با فرکانس یکسان با فرکانس طبیعی نوسانگر بکار ببریم دامنه حرکت نوسانی یعنی حداکثر فاصله‌ای تا نقطه‌ای از موج از مرکز تعادل می‌گیرد افزایش می‌یابد، که این پدیده را تشدید می‌گویند.

نحوه برخورد فیزیک امواج رادیویی با بافتها

در بیشتر اجسام مانند بافت نرم هسته‌ها دارای راستای دوقطبی تصادفی هستند‌، در نتیجه برآیند کلی موجها به دلیل اینکه همدیگر را خنثی می‌کنند صفر است. ولی اگر میدان مغناطیسی در اطراف نمونه ایجاد کنیم، بخشی از اتمهای H که انرژی کمتری دارند در راستای میدان و عده‌ای دیگر که انرژی بیشتر دارند‌، در خلاف راستای میدان قرار می‌گیرند. در اثر ایجاد این میدان H یا هر هسته فعال تشدید مغناطیسی دارای حرکت انتقالی نیز می‌شود و در راستای یک دایره با زاویه نسبت به خط عمود چرخش می‌کند. بسامد این حرکت برای اتمها متفاوت است و به نوع هسته و بزرگی میدان بستگی دارد.

هرچقدر میدان مغناطیسی قویتر باشد، بسامد چرخش انتقالی افزایش می‌یابد. بسامد چرخش هسته دارای حرکت اسپینی را حول میدان بزرگتر ، بسامد لارمور می‌گویند. با محاسبه فرکانس لارمو ، می‌توان نسبتی به نام نسبت ژیرومغناطیسی را محاسبه کرد. که آنرا با «γ» نشان می‌دهند. هر هسته دارای نسبت ژیرومغناطیسی ویژه خود است و با کمک آن می‌توان نوع هسته را تعیین کرد. این نسبت برای اتم H وقتی در میدان مغناطیسی یک تسلا قرار می‌گیرد. برابر 42.57 است.

امواج RF در فیزیک امواج رادیویی

با ایجاد یک میدان مغناطیسی رادیو فرکانسی (امواج RF در گستره فیزیک امواج الکترومغناطیسی است) قوی تمام هسته‌ها را در راستای آن قرار دهیم. در RF برای ایجاد تصویر مطلوب باید به گونه‌ای باشد که زاویه انحراف راستای حرکت از حالت و پایه برابر 90 درجه شود. اگر فرکانس میدان با فرکانس لارمور هسته یکی باشد پدیده تشدید رخ می‌دهد. این حالت را برانگیختگی هسته می‌گویند. وقتی که میدان قطع می شود پروتونها که انرژی دریافت کرده به تراز انرژی بالاتر رفته بوده ، انرژی خود را به صورت فیزیک امواج RF و به مقدار ناچیزی هم به صورت گرما از دست می‌دهند.

آسایش فیزیک امواج RF

میزان انرژی جذب شده توسط هسته به شدت RF در مدت زمان اعمال موج RF بستگی دارد. و میزان انرژی که پروتون به اطراف می‌فرستد به هسته و ترکیبات شیمیایی مواد اطراف مربوط می‌شود. این پدیده از دست دادن انرژی و بازگشت به حالت پایه را آسایش و زمان لازم برای رسیدن به حالت پایه را زمان آسایش می‌گویند. پدیده آسایش یا از دست دادن انرژی به صورت فیزیک امواج RF به دو صورت روی می‌دهد. یا موج روی بافت اثر می‌گذارد، که به آن آسایش اسپین شبکه یا آسایش طولی می‌گویند و با T₂ نشان می‌دهند و T₁ اسپین خود مولکول یا مولکولهای دیگر اثر می‌گذارد. که به آن آسایش اسپین شبکه یا آسایش عرضی می‌گویند و با T₂ نشان می‌دهند. و به عبارت دیگر T₁ مدت زمانی است که طول می‌کشد تا پروتون به انرژی اولیه‌اش برسد. و T₂ مدت زمانی است که طول می کشد تا دامنه موج RF ضعیف شود و از بین برود.

موجهای رادیو

موجهای رادیویی یک فرمی از اشعه الکترومغناطیس هستند و بوجود می آیند. وقتی یک شارژ الکتریکی موضوع شتاب با یک فرکانس که در فرکانس رادیو قرار دارد و قسمتی از طیف الکترومغناطیسی است. این یک تیررس از مقداری هرتز در برابر مقداری گیگا هرتز. اشعه الکترومغناطیس (تکثیر) حرکت می‌کنند توسط نوسان الکتریکی و زمینه‌های مغناطیسی که از هوا و خلاء فضا بخوبی عبور می‌کند و نیاز به وسیله برای حرکت و جابجایی ندارد.

توسط تفاضل ، دیگر اشعه‌های الکترومغناطیسی با فرکانسهای بیشتر از RF اشعه گاما ، اشعه ایکس و مادون قرمز ، ماورای بنفش و روشنایی قابل دیدن هستند. وقتی موجهای رادیو از یک سیم عبور می‌کنند، نوسان الکتریکی آنها یا زمینه مغناطیسی (بستگی به جنس سیم دارد) که ولتاژ را زیاد می‌کند، که این می‌تواند به صدا یا علامتهای دیگر که حاوی اطلاعات هستند تغییر فرم دهد. با وجود اینکه کلمه رادیو برای توضیح این پدیده بکار می‌رود، وسایل ارتباطی که ما می‌شناسیم تلویزیون ، رادیو ، رادار و موبایل ، همه در زیر مجموعه فرکانسهای رادیو قرار دارند.

رادیو - طیف مغناطیسی

کشف

پایه تئوریک تکثیر موجهای الکترومغناطیس ابتدا در سال 1873م توسط جیمز کلرک ماکسول شرح داده شد، در مقاله‌اش به جامعه اشرافی تئوری حرکتی زمینه الکترومغناطیس که موضوع کار او در بین سالهای 1861م و 1865م بود. هیزیچ رادولف هرتز بین سالهای 1886م و 1888م بود که تئوری ماکسول را نقض کرد و نشان داد که اشعه رادیو تمام جزئیات موجها را دارا می‌باشد (امروزه هرتزین نامیده می‌شود) و کشف کرد که معادله الکترومغناطیس می‌تواند با معادله متفاوتی دوباره فرمول نویسی شود.

کاربردها

استفاده‌های اولیه آن بیشتر در نیروی دریایی بود، برای فرستادن پیامهای که مورس بین کشتی و خشکی بکار می‌رفت. امروزه ، رادیو شکلهای متعددی دارد، شامل سیستم بی‌سیم ، ارتباط همراه در انواع گوناگون ، به خوبی رادیو صدا. قبل از اختراع تلویزیون ، رادیو فقط شامل اخبار و موسیقی نبود، بلکه قصه‌ها ، طنزها ، شوهای مختلف ، و فرم بسیاری از نمایش را دارا بود. رادیو در بین نمایشهای دراماتیک بی‌نظیر بود زیرا فقط از صدا استفاده می‌شد. استفاده‌های متعددی از رادیو وجود دارد:

صوتی

موج رادیو که صحبتها و موزیک را در یک فرکانس متوسط می‌فرستد، رادیوی از دامنه متغیر استفاده می‌کند. در حالی صداهای بلند در میکروفن سبب نوسان بیشتری در قدرت نمایش می‌شود در حالی که فرکانس نمایش بدون تغییر باقی می‌ماند. نمایشها توسط آمار مورد تأثیر قرار می‌گیرند، زیرا روشنایی و منابع دیگر رادیو موجهای رادیویی خود را به یکی از نمایش دهنده‌ها اضافه می‌کند. موج رادیو که صحبت و موزیک می‌فرستد، با توانایی بیشتر نسبت به در تغییر فرکانس ، صداهای بلند در میکروفن باعث می‌شود تا فرکانس نمایشگر نوسان بیشتری داشته باشد و قدرت نمایشگر بی‌تغییر باقی می‌ماند.

در فرکانس بسیار بالا نمایش داده می شود. به فضای فرکانس رادیویی بیشتری نیاز دارد و در فرکانس بالا فرکانسهای بیشتری قابل دسترس می‌باشند، بنابراین جایگاههای زیادی وجود دارد که هر کدام حاوی اطلاعاتی می‌باشند. موضوع دیگر این است که موجهای کوتاه رادیو خیلی بهتر عمل می‌کنند، که در یک خط مستقیم سیر می‌کنند که بازتابی نسبت به زمین ندارند توسط (یونسفر) که در یک تیر رس دریافت کوتاهتری نتیجه می‌شود. دریافت کننده‌های به صورت افکت متمرکز قرار می‌گیرند، که سبب می‌شوند که رادیو فقط سیگنالهای قوی را وقتی سیگنالهای زیادی روی یک فرکانس قرار می‌گیرد، دریافت کنند.

سرویسهای سیگنالهای دوگانه هستند که «روی شانه» را نشان می‌دادند که در مدت طولانی با یک برنامه مهم طول کشید. سرویس دهنده‌های مخصوص نیاز به بکارگیری و بهره برداری از این سرویسها دارند. کانالهای مشابه ممکن است بصورت برنامه‌های متصل باقی بمانند، مثل خواندن سرویسها برای نابینایان ، موزیک پشت صحنه یا سیگنالهای صدای استدیو. در بعضی مناطق شهری بسیار شلوغ ، برنامه‌های این کانال ممکن است بصورت برنامه رادیویی زبان خارجی متناوب باشد برای گروهها و اقشار مختلف.

رادیوی صدای هوانوردی از رادیو استفاده می‌کند، بنابراین ایستگاههای مختلف روی یک کانال را می‌توان دریافت کرد. (این امر باعث می‌شود تا ایستگاههای قویتر مانع از دریافت ایستگاههای ضعیفتر شوند، با توجه به افکت متمرکز بشقاب پرنده اغلب بسیار بالا است که رادیوی آن می‌تواند صدها مایل را بخوبی ببیند، با اینکه آنها از استفاده می کنند. رادیوی نیروی دریایی یا دریانوردها می‌توانند از موج کوتاه و فرکانس بالا استفاده کنند. اسپکتروم رادیو برای هر تیررس رادیو یا رادیو برای تیررسهای خیلی کمتر استفاده می‌شود.

دولتمردان ، پلیس ، سرویسهای صدای آتش یا تجاری از نوار در یک فرکانس مخصوص استفاده می‌کنند. کیفیت عالی برای استفاده از تیررس کمتر از فرکانسهای رادیو قربانی شده است، معمولا پنج کیلو هرتز (پنج هزار دور در هر ثانیه) برای فشار بالا ، بیشتر از 75 که توسط موج تا 25 که تلویزیون از آن استفاده می‌کند. نظامی و غیر نظامی (فرکانس بالا) برای سرویس صدا از موج کوتاه رادیو برای ارتباط کشتیها استفاده می‌کنند. بیشترین از کانال تنها از صدای استفاده می‌کنند. صداهای مثل اردکها در رادیو صدا می‌آورد. سیگنال نشان می‌دهد قدرت را هر جایی را که فرکانسهای صدا به فرکانس اصلی رادیو اضافه می‌شود، این نمایشگر را سه برابر قویتر می‌سازد، زیرا این نیازی به نمایش کانال بی‌استفاده ندارد.

رادیوی بین شهری خشکی یک سیستم تلفن همراه دیجیتالی برای نظام می‌باشد، پلیس و آمبولانسها. سرویسهای تجاری مثل رادیو ماهواره سیریوس رادیو ماهواره دیجیتالی را ساماندهی می‌دهد.

تلفنی

تلفن همراه به رادیوی همراه محلی نمایش می‌دهد، که به برنامه تلفنی سرویس عمومی متصل می‌شود. وقتی تلفن منطقه رادیوی همراه را ترک می‌کند، کامپیوتر مرکزی تلفن را به حالت جدیدی درمی‌آورد. تلفنهای همراه عموما امروزه از کدهای دیجیتال مختلف استفاده می‌کنند. تلفنهای ماهواره‌ای به دو دسته تقسیم می‌شوند: اینمار تست و ایریدیوم تست. هر دو نوع کل جهان را پوشش می‌دهند. اینمارتست از ماهواره‌های هماهنگ زمینی استفاده می‌کند، با هدف آنتنهایی یا قدرت دریافت بالا در وسایل نقلیه. ایریدیوم تلفنهای همراه را فراهم می‌کند، غیر از ماهواره‌هایی که روی مدار قرار دارند.

ویدئو

تلویزیون مثل تصویر می‌فرستد و مثل صدا می‌فرستد، بر روی یک سیگنال رادیویی. تلویزیون دیجیتال سر بیت را کد گذاری می‌کند که برابر هشت قدرت سیگنال می‌باشد. بیتها پیغامها و دستورات را می‌فرستند، برای کمتر کردن صداهای ناهنجار رادیویی. یک تصحیح کننده اشتباه رید - سولومون می‌گذارند تا دریافت کننده اشتباهات را در اطلاعات پیدا و رفع کند. با وجود اینکه بیشتر اطلاعات باید فرستاده شوند، ولی استانداردش استفاده از برای ویدئو می‌باشد و پنج کیفیت سی دی (6601) کانالهای دیجیتالی (مرکز ، چپ ، راست ، چپ عقب ، راست عقب) می‌باشد.

هدایت کشتی

تمام ماهواره‌های هدایت کشتی با این سیستم از ماهواره با زمان دقیق استفاده می‌کنند. ماهواره موقعیت خود را نشان می‌دهد و حتی زمان و ساعت نمایش را اعلام می‌کند. دریافت کننده به چهار ماهواره گوش می‌دهد و می‌تواند موقعیتهای آنان را اعلام کند که بر روی یک خط که باید مماس بر صدف کروی شکل که دور هر ماهواره است باشد و باید از ساعت پرواز سیگنالهای رادیو از ماهواره مطمئن باشد. یک کامپیوتر در دریافت کننده محاسبات ریاضی انجام می‌دهد.

لوران سیستم ساعت پرواز سیگنالهای رادیو را اعلام می‌کند، ولی از ایستگاه رادیوی روی زمین. سیستم (برای سفینه بکار می‌رود) دو نمایشگر دارد. نمایشگر مستقیم جستجو می‌کند یا سیگنالهای این را می‌چرخاند مثل یک خانه روشن بر روی یک اندازه ثابت. وقتی که نمایشگر مستقیم رو به شمال باشد، نمایشگر چند وجهی پالس می‌کند، سفینه می‌تواند از این دو بخواند و موقعیتش را بگوید و بر روی بخشی از این دو پرتو معلوم کند. پیدایشگر مستقیم رادیو قدیمیترین فرم رادیوی هدایت کشتی می‌باشد. قبل از سال1960 هدایت کننده‌ها از دورهای آنتن متحرک برای معلوم کردن محل نزدیک شهر استفاده می‌کردند. در بعضی موارد آنها از هدایتگرهای دریایی استفاده می‌کردند، که یک اندازه از فرکانسهای فقط بالای رادیویی با کارفرماهای آماتور رادیو نشان می‌داد.

رادار

رادار چیزها را در فاصله‌های دور و معلوم کردن موقعیت امواج رادیویی آنها پیدا می‌کند. تأخیر باعث می‌شود که اکو فاصله را اندازه گیری کند. هدایت پرتو هدایت بازتاب را قطبی می‌کند. قطبی شدن و فرکانس برگشت می‌تواند انواع سطح را معلوم کند. رادارهای هدایت یک منطقه وسیع را دو یا چهار بار در دقیقه جستجو می‌کند. آنها از امواج کوتاهی که از زمین و سنگ بازتاب می‌کند استفاده می‌کنند و این هدایتگرها در کشتیهای تجاری یا خصوصی و سفینه‌های خصوصی با فاصله زیاد معمول می‌باشد.

هدف اصلی و عمومی این است که رادارها عموما از فرکانسهای رادار هدایتگر استفاده می‌کنند، ولی پالس را تنظیم و قطبی می‌کنند. بنابراین دریافت کننده از نوع سطح بازتاب کننده مطلع می‌شود. بهترین مورد استفاده که رادارها باران طوفانهای سنگین را تشخیص می‌دهد، بخوبی زمین و وسایل نقلیه ، بعضیها می‌توانند اطلاعات صوتی را روی هم بیاندازند و اطلاعات را از موقعیت بدهند. رادارهای ردیاب یک منطقه وسیع را با موجهای رادیویی کوتاه جستجو می‌کند. آنها معمولا 2 یا 4 بار در دقیقه این جستجو را ادامه می‌دهند. بعضی اوقات رادارهای جستجوگر از افکت دوپلر برای جداکردن وسایل نقلیه از شلوغی و سر و صدا استفاده می‌کنند.

رادارهای هدفدار از یک مدیریت استفاده می‌کنند، به عنوان جستجوی رادار ، ولی مناطق بسیار کوچکتر را جستجو می‌کنند، معمولا چندین بار در ثانیه یا بیشتر این کار را انجام می‌دهند. رادارهای هواشناسی همانند رادارهای جستجوگر کار می‌کنند، ولی از امواج رادیو با قطبیت کروی و یک موج دراز برای بازتاب از آب استفاده می‌کنند. بعضی رادارهای هواشناسی ازپدیده دوپلر برای اندازه گیری سرعت باد استفاده می‌کنند.

سرویسهای ضروری

آژیر نجات دهنده نمایشگر موقعیت ضروری ، نمایشگر محل ضرورت یا آژیر محل شخصی یک نمایشگر رادیوی کوچک هستند که ماهواره‌ها می‌توانند استفاده کنند تا محل شخصی یا ماشینی که به کمک احتیاج دارد را تعیین کنند. هدف آنها کمک کردن به مردم در روز اول می‌باشد، وقتی که جستجو خیلی طول بکشد. انواع مختلفی وجود دارد، با نمایشگر و نمایش زیاد و مختلف ، اطلاعات رادیوی دیجیتال قدیمیترین فرم رادیوی دیجیتال مدل تلگرافی بود که توسط پیشینیان مثل مارکونی استفاده می‌شود. با فشار یک دگمه ، اپراتور می‌توانست پیغام را بفرستد کد مورس.

مبدل چرخشی یک صدایی را دریافت کننده تولید می‌کرد، جایی که سوراخ سوزنی یک صدای هیس را بوجود می‌آورد، فرم قابل مقایسه. سوراخ سوزنی نمایشگر امروزه غیر قانونی به شمار می‌رود، زیرا نمایشگر آنها چند صد مگا هرتز مصرف دارند. این بسیار اصراف هم در فرکانس رادیو و هم در قدرت و نیروی رادیو به شمار می‌رود. پیشرفت بعدی یا گام بعدی امواج متداول تلگرافی بودند، وقتی که فرکانس رادیو ، توسط تیوب خلاء نوسانگر الکترونیکی روشن و خاموش می‌شد با یک کلمه. یک دریافت کننده با یک نوسانگر محلی باید با فرکانس رادیو هیتروداین می‌شدند. کمتر از 100 مصرف داشت، هنوز استفاده می‌شوند، امروزه مقدما با کارفرماهای رادیویی آماتور استفاده می‌شود.

تلتایپ رادیو معمولا روی موج کوتاه عمل می‌کند و نظامیان به آن علاقه زیادی دارند. زیرا آنها اطلاعات نوشته شده را بدون یک اپراتور استاد انجام می‌دهند. آنها یک بیت را در یک یا دو صدا می‌فرستند. گروههای پنج یا هفت بیتی شخصیتی می‌شوند که توسط تلتایپ چاپ می‌شوند. از سالهای 1975 تا1925، از تلتایپ برای فرستادن پیغامهای خصوصی یا تجاری به کشورهای توسعه نیافته استفاده می‌شد، که اینها همچنان توسط نظام یا گروه هواشناسی استفاده می‌شد.

سفینه هوایی از 1200 باود سرویس بر برای فرستادن پیامهایشان استفاده می‌کنند، جایگاه و موقعیت و اطلاعاتی را توسط ارتباط در هوا دریافت می‌کنند. بشقابهای مایکرو ویو در ماهواره‌ها ، مبادله‌های تلفن و ایستگاههای تلویزیون از تنظیم دامنه دو وجهی استفاده می‌کنند. اطلاعاتی را توسط تعویض مرحله و دامنه سیگنالهای رادیو می‌فرستد. معمولا بیتها بصورت «ساختمان (منظم)» فرستاده می‌شوند که تکرار شوند. یک بیت مخصوص برای تعیین محل شروع یک ساختمان بکار می‌رود.

گرمایش

اجاق مایکرو ویو امواج رادیو را بیشتر می‌کند تا غذا را گرم کند. (یادداشت: درک نکردن آن متداول است که امواج رادیو فرکانس مولکولهای آب را تشدید می‌کنند. فرکانس مایکرو ویو در حدود 10 برابر پایینتر از فرکانس شدید می‌باشد.)

نیروی مکانیکی

• پرتوهای تراکتور: امواج رادیو نیروی مغناطیسی و الکتروستاتیکهای کوچک را شدت می‌بخشند. اینها برای نشان دادن نگهداری ایستگاه در مرکز ثقل محیط کافی است.
• نیروی رانش سفینه فضایی: فشار متعدد از تشدید امواج رادیو به عنوان روش نیروی رانش توصیه شده است که برای کاوشگر میان ستاره‌ای که دسته ستاره نامیده می‌شود، بکار رود. از وقتی که امواج طولانی شدند، کاوشگر می‌تواند خیلی سبک باشد و بنابراین شتاب بیشتری را کسب می‌کند اگر به عنوان فضاپیما بود.
  
  دیگر رادیوی آماتور یک سرویس رادیوی عمومی و ضروری می‌باشد که توسط کسی که نیازمندیهایش را خودش ساخت و خریداری کرد. این در مقدار زیاد عمل می‌کند. رادیوهای آماتور از تمام فرمهایی که دهنده استفاده می‌کند، که شامل فرم آزمایشی و جدا می‌باشد. فرمهای زیاد رادیو توسط آماتورهای رادیو پیش قدم شدند و بعدا هم از نظر تجاری بسیار مهم تلقی شدند، که شامل ، باند جدای ، رادیویی جیبی دیجیتال و تکرار کننده ماهواره بود.
  
  
• نمایش پرتوان: تعداد زیادی از برنامه‌ها و نقشه‌ها توصیه کردند که نمایش پرتوان از مایکرو ویو استفاده می‌کند. برای مثال ، قدرت خورشیدی.
  
  
• کنترل از راه دور برای رادیو: استفاده از امواج رادیو برای نمایش اطلاعات کنترل در یک شی دور که در فرمهای اولیه پرانه هدایت شده بود، کنترلهای اولیه تلویزیون و مدلهای آن ، ماشین کنترل کننده رادیو و هواپیماها بود.

دید کلی

نظریه ماکسول با آزمایشهایی با امواج الکترومغناطیسی تایید شدند و آزمایشهای هرتز خیلی زود برای تمام دانشمندان سراسر جهان شناخته شدند. و بدین ترتیب اندیشه استفاده از امواج الکترومغناطیسی برای مخابرات و حتی برای انتقال بی سیم ، انرژی پدیدار شد.

تاریخچه

پوپوف فیزیکدان و مهندس برق با تکرار آزمایشات هرتز طرح سوار کردن را بهبود بخشید. و در خلال سال 1889 توانست در تشدید کننده‌های گیرنده حرفه‌هایی را بوجود آورد که در سالن بزرگ و بدون تاریک کردن ، مرئی باشد. بزودی او متوجه شد که برای استفاده علمی از امواج الکترومغناطیسی ، اول از همه گیرنده حساس و مناسبی مورد نیاز است.

پوپوف در 7 مه 1895 طرز کار گیرنده‌‌اش را در انجمن فیزیک و شیمی روسیه نمایش داد و این روز به راستی باید روز تولد رادیو در نظر گرفته شود. چنین گیرنده‌ای در سال 1894 توسط پوپوف طرح شد. که اجزای اصلی دستگاه او را در وسیله گیرنده امروزی می‌توان یافت.

گیرنده پوپوف

ویژگیهای اصلی اولین گیرنده پوپوف چه بود و اساس کار آن چیست؟ پوپوف برای بهتر شدن حساسیت گیرنده از پدیده تشدید استفاده کرد. مزیت دوم اختراع پوپوف در آرایه آنتن گیرنده بسیار خوبی بود که گستره دریافت امواج را به مقدار خیلی زیادی افزایش داد و هنوز هم در ایستگاههای دریافت موج رادیویی بکار می‌روند. ویژگیهای ممتاز در گیرنده پوپوف در روش ثبت فیزیک امواج است. برای این منظور پوپوف بجای جرقه وسیله خارجی را بکار برد، یعنی موج یابی را که به تازگی توسط برنلی اختراع شده بود، در تجارب آزمایشگاهی بکار گرفت.

ساختمان موج یاب

براده‌های ظریف آهن در یک لوله شیشه‌ای قرار داده می‌شوند دو سیم به دو انتهای شیشه محکم شده‌اند، بطوری که با براده‌ها تماس دارند. در شرایط عادی مقاومت الکتریکی بین براده‌های مجزا نسبتا زیاد است، بطوری که کل موج یاب مقاومت بالایی دارد. موج الکترومغناطیسی جریان متناوب با فرکانس بالا در مدار موج یاب ایجاد می‌کند و جریان مخصوص بین براده‌ها باعث می‌شود که آنها به هم جوش بخورند. در نتیجه مقاومت موج یاب ناگهان افت می‌کند.

برای افزایش مقاومت موج یاب تا مقدار اولیه و حساس کردن دوباره آن به امواج الکترومغناطیسی باید آنرا تکان داد. پوپوف موج یابی را در مداری شامل باتری و یک رله تلگراف قرار داد. قبل از وارد شدن موج الکترومغناطیسی مقاومت موج یاب زیاد است و جریان جاری از آن و رله ضعیف است و آرمیچر جذب آهنربای الکتریکی پایینی نمی‌شود.

وقتی که موج الکترومغناطیسی ظاهر شد، مقاومت امواج موج یاب افت می‌کند، جریان الکتریکی به تندی فردی می‌یابد و رله آرمیچر جذب آهنربای الکتریکی می‌شود. بنابراین اتصال رله آهنربای پایینی که یک زنگ الکتریکی معمولی را به باطری وصل می‌کند، برقرار می‌شود. چکش به زنگ می‌خورد یا سوراخی بر نوار کاغذی متحرک ثبت می‌کند و به این ترتیب ورود موج خبر داده می‌شود. در حرکت به عقب چکش به موج یاب می‌خورد و در نتیجه حساسیت آن برقرار می‌ماند. به این ترتیب پوپوف به اصطلاح رله مدار اتصال را تحقق بخشید.

موج رادیویی FM

گیرنده رادیویی

انرژی خیلی کم امواج ورودی بطور مستقیم برای دریافت (مثلا برای هر جرقه) بکار نمی‌رود، بلکه برای کنترل چشمه انرژی‌ که وسیله ثبت کننده را تغذیه می‌کنند، بکار گرفته می‌شوند. در گیرنده‌های رادیویی امروزی ، لامپهای الکترونی جایگزین موج یاب شده‌اند، ولی اساس رله به قوت خود باقی است. لامپ الکترونی اصولا مثل رله کار می‌کند. سیگنالهای ضعیفی که به لامپ داده می‌شوند قدرت و جریان چشمه‌های تغذیه لامپ را کنترل می‌کنند.

به علاوه پوپوف در گیرنده‌اش اساس پسخوراند را که هنوز هم در مهندسی رادیو بکار می‌رود، نشان داد. سیگنال تقویت شده در خروجی گیرنده (مدار زنگ الکتریکی) بطور خودکار بر ورودی گیرنده (مدار موج یاب) اثر می‌کند. پسخوراند در اختراع پوپوف از اساس امر به کلی تازه‌ای است.

پوپوف در بررسیهای بیشتری که همراه با ریبکین آنجام داد به دریافت سیگنالهای صوتی نیز پی برد و معلوم شد که اگر سیگنالها برای بکار انداختن موجیاب خیلی ضعیف باشند، تماسهای ناچیز براده‌ها به صورت آشکارساز عمل می‌کند. و هر سیگنالی با صدایی در تلفن متصل به موج یاب همراه است. این کشف امکان داد تا گستره مخابرات رادیویی وسیع شود.

تکامل رادیو

قدم بعدی که در تکامل رادیویی خیلی سریع پس از اختراع پوپوف برداشته شد و آن بهبود فرستنده‌ها بود فاصله جرقه را از آنتنها حذف کردند و بجای آن مدار نوسانی خاصی قرار دادند که به صورت چشمه نوسانها کار می‌کرد. آنتن متصل به این مدار به صورت تابشگر امواج عمل می‌کند. اختراع لامپهای الکترونی توسط لوی دوفارست (ت1906) دانشمند آمریکایی که راه را برای ایجاد چشمه‌های نوسانهای الکتریکی نامیرا باز کرد، در تکامل رادیو اهمیت فوق العاده‌ای داشت. این اختراع نه فقط سیگنالهای تلگرافی ، بلکه انتقال صوتهای کلامی ، موسیقی و غیره را نیز توسط رادیو میسر ساخت، یعنی مخابرات بی سیم و پخش رادیویی را تحقق بخشید.