电的应用
电灯泡应用的焦耳热效应也可以应用于电加热。为此,电加热有三个优点:使用方便、易于控制、安全、干净。但是,电加热有一个很大的缺点,就是相对于燃煤加热或者燃油加热来说,效率比较低[47]。关于制冷,电是一种非常实用的能源。安装在家庭和办公室,空调的使用给人们带来极大的舒适。但是空调的耗电量也很大。对于这个问题,电力公司大力推广空调的明智使用[48]。
电信技术主要依靠电来传递信息。1837年,威廉·库克和查尔斯·惠斯通展示了第一部具有商业潜力的电报。在1860年代,随着第一个跨洲电报系统的建立和十多年后跨大西洋电报电缆的建立,人们只需要几分钟就可以从地球的一端到另一端即时获得信息。如今,光纤和通信卫星这两种先进技术占据了通信技术市场的很大一部分。他们使用的传输技术仍然是基于电磁波的原理。
电机利用电磁原理将电能转化为机械能来驱动各种机器。马达是一种清洁高效的工具。像绞盘一样的固定马达可以很容易地提供能量。然而,移动电机像电动汽车一样,必须随身携带电池等能源设备,或者像受电弓一样使用滑动触点获取电力。这一要求限制了它的作用范围和工作性能。
在电子元件中使用晶体管是二十世纪最重要的发明之一。晶体管是所有现代电子电路的基本元件,最先进的集成电路可以在几平方厘米的面积内嵌入数十亿个微小的晶体管。
无线电是指在自由空间(包括空气和真空)中传播的电磁波,是一个有限的频段。上限频率为300GHz,下限频率不统一。在各种射频规范中,有3 kHz ~ 300 GHz(ITU-ITU规定)、9 kHz ~ 300 GHz和10 kHz ~ 300 GHz三种。
无线电技术是通过无线电波传输信号的技术。
无线电技术的原理是导体中电流强度的变化会产生无线电波。利用这一现象,可以通过调制将信息加载到无线电波上。当无线电波通过空间传播到达接收端时,无线电波引起的电磁场变化会在导体中产生电流。通过解调从电流变化中提取信息,达到信息传输的目的。
麦克斯韦在提交给英国皇家学会的论文《电磁场动力学理论》中首次阐述了电磁波传播的理论基础。他的工作完成于1861和1865之间。
海因里希·鲁道夫·赫兹首先通过1886年到1888年的实验验证了麦克斯韦的理论。他证明了无线电辐射具有波的所有特征,发现电磁场方程可以用偏微分方程来表示,通常称为波动方程。
1906平安夜上,雷金纳德·费森登在美国马萨诸塞州用外差法实现了历史上第一次无线电广播。菲森登播放了自己演奏《平安夜》和用小提琴背诵《圣经》的片段。英国切姆斯福德的马可尼研究中心在1922推出了世界上第一个正规的广播娱乐节目。
发明
关于谁是无线电台的发明者仍有争议。
1893年,尼古拉·特斯拉在美国密苏里州圣路易斯首次公开演示了无线电通信。他在费城富兰克林学院和国家电灯协会的报告中描述并演示了无线电通信的基本原理。他制作的仪器包含了电子管发明之前无线电系统的所有基本元件。
古列尔莫·马可尼拥有被普遍认为是世界上第一个无线电技术专利的英国专利号。12039,“电脉冲与信号传输技术及所需设备的改进”。
尼古拉·特斯拉1897获得美国无线电技术专利。然而,在1904年,美国专利局撤销了其专利权,转而授予马可尼发明无线电的专利。这一举动可能受到马可尼在美国的经济支持者的影响,包括托马斯·爱迪生和安德鲁·卡内基。1909年,马可尼和卡尔·费迪南德·布劳恩因发明无线电报而获得诺贝尔物理学奖。
1943,特斯拉去世后不久,美国最高法院重新认定特斯拉的专利有效。这个决定承认了他的发明在马可尼的专利之前就已经完成了。有人认为这个决定显然是出于经济原因。这样,二战中的美国政府可以避免支付马可尼专利使用费。
1898年,马可尼在英国切姆斯福德的霍尔街开办了世界上第一家无线电工厂,员工约50人。
无线电的使用
无线电首先用于航海,使用莫尔斯电报机在船只和陆地之间传递信息。如今,无线电有许多应用,包括无线数据网络、各种移动通信和无线电广播。
以下是一些无线电技术的主要应用:
沟通
声音
*最早的声音广播形式是海上无线电报。它是用一个开关来控制是否发射连续波,从而在接收端产生断续的声音信号,也就是莫尔斯电码。
* AM广播可以传播音乐和声音。AM广播采用调幅技术,即麦克风接收到的音量越大,电台发射的能量就越大。这种信号容易受到诸如闪电或其他干扰源的干扰。
*与调幅广播相比,调频广播能够以更高的保真度传播音乐和声音。对于频率调制,麦克风接收的音量越大,传输信号的频率越高。调频广播工作在很高的频率(甚高频)。频段越高,它拥有的频率带宽就越大,所以可以容纳更多的电台。同时,波长越短,无线电波的传播越接近光波的线性传播。
*调频广播的边带可用于传播数字信号,如台标、节目名称介绍、网站、股市信息等。在某些国家,调频收音机在移动到新的区域后,可以根据边带信息自动找到原来的频道。
*甚高频调幅技术应用于导航和航空中使用的语音站。这使得在飞机和轮船上使用轻型天线成为可能。
*政府、消防、警察和商业电台通常在专用频带上使用窄带调频技术。这些应用通常使用5KHz的带宽。相比调频广播或电视声音的16KHz带宽,保真度是要牺牲的。
*民用或军用高频语音服务使用短波在船只、飞机或孤立位置之间进行通信。大多数情况下采用单边带技术,与调幅技术相比可以节省一半的频带,更有效地利用发射功率。
* Terrestial Trunked Radio,TETRA)是一种数字集群电话系统,专为军队、警察和急救等特殊部门设计。
电话
*手机或手机是目前使用最广泛的无线通讯方式。蜂窝电话的覆盖区域通常分为多个小区。每个小区都由基站发射机覆盖。理论上,手机电池的形状是蜂巢六边形,这也是手机名字的来源。目前,广泛使用的手机系统标准包括GSM、CDMA和TDMA。运营商已经开始提供下一代3G移动通信服务,主导标准是UMTS和CDMA2000。
*卫星电话有两种形式:国际海事卫星组织和铱星系统。这两个系统都提供全球覆盖服务。INMARSAT使用地球同步卫星,需要定向高增益天线。铱星是低轨道卫星系统,直接使用手机天线。
电视
*通常,模拟电视信号通过调幅、音频调制和合成在同一信号中传输。
*数字电视采用MPEG-2图像压缩技术,只需要模拟电视信号一半左右的带宽。
应急无线电通信业务
*紧急位置指示无线电信标、紧急定位发射机或个人定位信标是小型无线电发射机,用于在紧急情况下通过卫星定位或测量。它的作用是为救援人员提供目标的准确位置,从而提供及时的救援。
数据传输
*数字微波传输设备、卫星等。通常采用正交调幅(QAM)。QAM调制使用信号的幅度和相位来加载信息。这样,可以在相同的带宽上传输更大量的数据。
* IEEE 802.11是当前的无线局域网(WLAN)标准。采用2GHz或5GHz频段,数据传输速率为11 Mbps或54 Mbps。
*蓝牙是一种短距离无线通信技术。
识别
*有源和无源无线电设备可用于识别和指示物体的身份。(参见射频识别)
其他的
*业余无线电是无线电爱好者参与的无线电通信。业余无线电台可以在整个频谱中使用许多开放的频带。粉丝使用不同形式的编码方法和技术。一些后来的商用技术,如调频、单边带调幅、数字分组无线电和卫星信号转发器,都是由业余爱好者首先应用的。
航行
所有的卫星导航系统都使用装有精确时钟的卫星。导航卫星广播它们的位置和时间信息。接收器同时接收来自多颗导航卫星的信号。接收器测量无线电波的传播时间,以获得其到每颗卫星的距离,然后计算其精确位置。
*罗兰系统也是利用无线电波的传播时间进行定位,但其发射台都位于陆地上。
* VOR系统通常用于飞行定位。它使用两个发射器。一个定向发射器总是像信标一样以固定的速率发射和旋转。当定向发射器面向北方时,另一个全向发射器将发射脉冲。飞机可以接收两个VOR站的信号,从而通过计算两个波束的交点来确定其位置。
*无线电定位是无线电导航的最早形式。无线电测向使用可移动环形天线来寻找无线电台的方向。
雷达
*雷达通过测量反射无线电波的延迟来计算目标的距离。并且目标的表面类型由反射波的偏振和频率引起。
*导航雷达使用超短波扫描目标区域。一般扫描频率为每分钟两到四次,地形由反射波决定。这项技术通常用于商船和长途商用飞机。
*多用途雷达通常使用导航雷达的频段。然而,它发出的脉冲被调制和极化,以确定反射器的表面类型。优秀的多用途雷达可以分辨暴雨、陆地、车辆等。
*搜索雷达使用短波脉冲扫描目标区域,通常每分钟2-4次。一些搜索雷达利用多普勒效应来区分运动物体和背景。
*寻的雷达采用与搜索雷达类似的原理,但它可以快速、重复地扫描一个小区域,通常每秒可达几次。
*天气雷达类似于搜索雷达,但使用圆极化波和容易被水滴反射的波长。风廓线雷达利用多普勒效应测量风速,多普勒雷达利用多普勒效应探测灾害性天气。
热
*微波炉使用高功率微波加热食物。(注:一个常见的误解是微波炉使用的频率是水分子的* * *振动频率。实际上使用的频率大约是水分子振动频率的十分之一。)
原动力
*无线电波会产生微弱的静电力和磁力。在微重力条件下,这可以用来固定物体的位置。
*航空航天动力:有人提议,高强度微波辐射产生的压力可用作星际探测器的动力。
天文学
*通过射电天文望远镜接收到的宇宙天体发出的无线电波信号,可以研究天体的物理化学性质。这门学科叫做射电天文学。
附录:
无线电频率
无线电波包含一个快速振动的磁场。振动速度是波的频率,单位是赫兹(Hz)。1赫兹等于每秒振动一次。一千赫等于1000赫兹。不同的频带用于传输不同种类的信息。
无线电频带
无线电是按波长和频率划分的。
长波:波长>;1000,频率M3000KHz-30 KHz。
中波:波长100M-1000M,频率300 KHz- 3000 KHz。
短波:波长100M-10M,频率3 MHz ~ 30 MHz。
超短波:波长1M-10M,频率30MHz -300MHz,也叫甚高频波、米波。
微波:波长1M-1MM,频率300 MHz-300 khz,
无线电分为民用、商用和军用。
民用:一般来说我们听无线广播,一般没有那么高的波段;
商用:机场和通信运营商使用的无线电;
军用:军用。