Nu sunt audibile, nu sunt vizibile si de cele mai multe ori nici nu pot fi simtite: campurile electromagnetice ne inconjoara zilnic. Daca ar disparea de la o zi la alta, am avea o mare problema

Introducere

Nu sunt audibile, nu sunt vizibile si de cele mai multe ori nici nu pot fi simtite: campurile electromagnetice ne inconjoara zilnic. Daca ar disparea de la o zi la alta, am avea o mare problema. Avioanele nu ar mai zbura, politia si pompierii ar fi complet debusolate, la fel ca si spitalele. Pe scurt: ordinea publica ar disparea.

Undele electromagnetice sunt omniprezente, trecand prin materie si vid. Au efecte diferite, in functie de lungimea de unda, fiind posibila utilizarea lor in mai multe scopuri - sunt atat constructive cat si distructive. In plus, sunt ceva cu totul natural: chiar si lumina soarelui este legata de undele electromagnetice. Doar o mica parte a acestora este perceputa de noi ca si lumina. Ceva mai sus pe spectrul frecventelor se gasesc cele mai periculoase tipuri de radiatii pentru formele de viata cunoscute si anume undele electromagnetice ionizante. Acestea pot deteriora celule vii, reprezentand o componenta naturala a calatoriilor mai lungi cu avionul. In functie de durata zborului, toti pasagerii sunt atinsi de cantitati infime de radiatii de frecventa inalta. Hrana si aerul reprezinta de asemenea o sursa constanta de radiatii ionizante pentru fiecare dintre noi.

Trăim într-un univers îmbibat cu radiaţii electromagnetice. În presă apar adesea articole alarmiste despre efectul radiaţiilor din diferite game. Ce sunt aceste radiaţii şi cât sunt ele de periculoase? Ne putem feri de ele? Sunt ele dăunătoare prin simpla prezenţă ?

Iata intrebarile care mi le-am pus odata cu inceperea cercetarilor pentru tema aleasa de mine- « undele electromagnetice ». Am incercat sa inaintez ipoteze si sa fac concluzii, sa analizez experimente efectuate de minti ilustre nu doar ale secolului prezent ci si a altor perioade istorice, si poate, chiar daca nu am dat intr-u totul raspuns problemelor ce ma framantara, cel putin mi-am indestulat completamente setea de cunoastere,

Iar eu, prezentandu-va rezultatele unei munci seculare a intregii umanitati, va invit sa va informati macar cate putin din cele insiruite in cele ce urmeaza. Dar daca, voi fi reusit decat sa va plictisesc, va rog sa credeti ca nu am facut-o dinadins.

Undele electromagnetice

Undele electromagnetice sau radiaţia electromagnetică sunt fenomene fizice în general naturale, care constau dintr-un câmp electric şi unul magnetic în acelaşi spaţiu, şi care se generează unul pe altul pe măsură ce se propagă.

Spectrul electromagnetic reprezintă totalitatea radiaţiilor electromagnetice existente în univers. Aceste radiaţii au frecvenţe cuprinse între aproximativ 10²³ herți şi la 0 herți. Nu există totuşi o delimitare teoretică exactă a acestui spectru, întrucât practic lungimea de undă poate avea orice valoare, valoarea maximă fiind dimensiunea universului. În funcţie de utilitatea radiaţiei electromagnetice, spectrul electromagnetic este împărțit în mai multe regiuni, dintre care de importanţă deosebită pentru noi este regiunea spectrului vizibil (între 400 şi 700 nanometri), adică acele frecvenţe ale spectrului care pot fi interpretate de către ochi. Nu există graniţe precise între aceste regiuni, prin urmare delimitările prezente mai jos numai aproximative şi sunt stabilite în scop didactic, dar şi operaţional, pentru a crea o idee clară despre dimensiunile acestor zone alespectrului electromagnetic.

( ₪Reprezentare grafică a modului de transmitere în spațiu a undelor electromagnetice)

Undele electromagnetice călătoresc în spațiu în modul descris grafic mai sus. Cei doi vectori reprezentați cu roșu și albastru reprezintă vectorul electric, respectiv vectorul magnetic, care sunt perpendiculari unul pe celălalt, iar ambii sunt perpediculari pe direcția de deplasare a undelor. Este de reținut că nimeni nu a văzut vreodată unde electromagnetice în forma de mai sus; reprezentarea lor grafică se bazează pe imaginația omului care încearcă să-și facă inteligibilă natura, chiar și atunci când simțurile îi sunt insuficiente.
REGIUNILE SPECTRULUI ELECTROMAGNETIC

Undele terahertziene au început abia de curând să fie cercetate şi folosite în aplicaţii practice.

Undele radio: lungime de undă între 10 cm şi 10 km. Sunt folosite în transmisiile radio ori de către radarele civile şi militare.

Microundele: lungime de undă între 1 mm şi 1 m. Sunt folosite, de pildă, de cuptoarele cu microunde.
Infraroşii: lungime de undă între 0.7 şi 300 µm. În această gamă intră radiaţia corpului uman. Prin captarea acestei radiaţii de către dispozitive speciale este posibilă detectarea prezenţei organismelor vii chiar şi în condiţii de vizibilitate zero.
Spectrul vizibil: lungime de undă între 400 nm (violet) şi 700 nm (roşu). (Cât de mare este un nanometru? 1 mm = 1.000.000 nm; ori, altfel spus, dacă împărțim un milimetru într-un milion de segmente egale, un nanometru este dimensiunea unuia dintre cele un milion de părţi.)

  (₪Modul în care lumina albă este transformată, la trecerea printr-o prismă, în culorile fundamentale.)

Culorile fundamentale 
se găsesc între următoarele valori de frecvenţă: 

Roşu: 610 - 700 nm 

Portocaliu: 590 - 610 nm 

Galben: 570 - 590 nm

Verde: 500 - 570 nm

Albastru: 450 - 500 nm

Indigo: 430 - 450 nm 

Violet: 400 - 430 nm 

Ultraviolet: lungime de undă între 3 şi 400 nm. Folosite ca germicid (substanţe folosite pentru distrugerea germenilor) ori pentru bronzarea artificială .

Raze X: folosite pentru radiografii medicale şi industriale.

Raze gama: folosite în tratarea cancerului

OCHIUL UMAN ŞI SPECTRUL VIZIBIL
Se întâmplă, rezultat al evoluţiei, ca ochiul omenesc să fie calibrat pentru captarea undelor electromagnetice din spectrul vizibil. Celule specializate din globul ocular sunt sensibile la diferitele frecvenţe ale spectrului vizibil, creierului transformând apoi radiaţia electromagnetică în senzaţii vizuale, în culori. Faptul că vedem lucrurile din jurul nostru se datorează interacţiunii dintre fotoni (purtătorii luminii) şi mediu, precum şi faptului că lucrurile au capacitatea de a absorbi şi reflecta diferite frecvenţe din spectrul vizibil. Un măr roşu reflectă radiaţia cu frecvenţe între 610 şi 700 nm, absorbind celelalte frecvenţe. Cum lesne se poate înţelege, lucrurile nu au culoare în sine, ci doar felul de construcţie al ochiului uman şi specificitatea interacţiunii dintre materie şi lumină face ca noi să spunem că un obiect are o culoare sau alta.
INVIZIBILITATEA
În principiu, un lucru devine invizibil în două situaţii, când nu reflectă lumina ori când lumina reflectată nu ajunge la ochi. Un geam complet transparent are un indice extrem de mic de reflexie a luminii; astfel, cu greu determinăm prezenţa acestuia. În laborator s-a reuşit în mare măsură "invizibilitatea" unui obiect prin curbarea radiaţiilor reflectate.

Aceleaşi principii sunt folosite şi de celebrele avioane de luptă americane tip "Stealth". Acestea devin greu detectabile ori nedetectabile de către radarele militare, întrucât vopseaua folosită are un indice ridicat de absorbţie a undelor electromagnetice; pe de altă parte, construcţia specială a avionului oferă suprafeţe de reflexie foarte mici, în aşa fel încât undele reflectate către radar sunt neconcludente.

 

SCUTUL ANTI-ELECTROMAGNETIC AL PĂMÂNTULUI

Cea mai mare parte a undelor electromagnetice nu pot atinge pământul. Atmosfera terestră reprezintă un adevărat scut împotriva radiaţiilor cosmice. Desigur, după cum se ştie, o parte a acestora ca, de pildă, frecvenţele radio, radiaţiile din spectrul vizibil ori parte din undele ultraviolete traversează atmosfera. Astronomii, pentru a putea capta unde din altă gamă trebuie să-şi posteze instrumentele la altitudini care să le permită acest lucru; prin urmare, folosesc baloane urcate la peste 35 km, avioane ori sateliţi.

Partea teoretica
Undele electromagnetice au fost prezise teoretic de "ecuaţiile lui Maxwell" şi apoi descoperite experimental de Heinrich Hertz. Variaţia unui câmp electricproduce un câmp magnetic variabil, căruia îi transferă în acelaşi timp şi energia. La rândul lui, câmpul magnetic variabil generează un câmp electric care preia această energie. În acest fel energia este transformată alternativ şi permanent dintr-o formă în cealaltă, iar procesul se repetă ducând la propagarea acestuicuplu de câmpuri.

Proprietăţi

Radiatia electromagnetică, indiferent de frecvenţă, prezintă următoarele proprietăţi :

• 
  interferenţă
  
• 
  reflexie
  
• 
  refracţie
  
• 
  absorbţie
  
• 
  difracţie
  

Radiaţia electromagnetică are o natură duală: pe de-o parte, ea se comportă în anumite procese ca un flux de particule (fotoni), de exemplu la emisie,absorbţie, şi în general în fenomene cu o extensie temporală şi spaţială mică. Pe de altă parte, în propagare şi alte fenomene extinse pe durate şi distanţe mari radiaţia electromagnetică are proprietăţi de undă.

ENERGIA UNDELOR ELECTROMAGNETICE ŞI FOTONII

Conform fizicii cuantice, undele electromagnetice sunt transmise discretizat, în particule de energie numite fotoni (împotriva opiniei comune, fotonii nu sunt doar vehicule ale luminii, ci, în general, ale radiaţiei electromagnetice). Există o legătură directă între cantitatea de energie pe care o deţine un foton şi frecvenţa undei electromagnetice; cu cât este mai mare frecvenţa, cu atât este mai mare cantitatea de energie.

Formula de calcul pentru energia undelor este foarte simplă: E = h f , adică energia unui foton este rezultatul înmulţirii dintre frecvenţa undei şi constanta lui Planck, h. H are valoarea 6.626 x 10^-34 J s.
Sa luam ca exemplu de cercetare telefonul mobil. Si, pentru ca o asemenea inventie necesita un studiu aprofundat, vom incepe prin a ne familiariza cu istoria acestuia.

Istoria telefonului
(₪ Al. Graham Bell )

In anul 1876 Al. Graham Bell a devenit prima persoana care a brevetat un dispozitiv capabil sa emita si sa receptioneze cuvintele rostite.

In transmitatorul sau microfonul lui Bell, undele sonore loveau o diafragma flexibila de care era atasat un magnet pemanent. Diafragma si magnetul vibrau, si un efect numit inductie electro- magnetica, producea un curent variabil intr-o bobina alaturata. Acest curent variabil era transmis prin cabluri la un receptor in care trecea prin bobina unui electromagnet. Curentul variabil producea un camp magnetic variabil, care facea sa vibreze o diafragma subtire de fier, pentru a reproduce vibratiile sonore initiale. Transmitatorul lui Bell producea doar un semnal slab, fara mijloace de a-l amplifica.

Rezultate mai bune a obtinut inventatorul american Tomas Alva Edison in 1878. Edison a folosit un microfon cu granule de carbon (stanga). Rezistenta granulelor la un curent electric de la o baterie electrica varia in functie de presiunea aplicata asupre lor. Variatile presiunii sonore determinau un curent electric trecut prin granule, sa se modifice in mod similar. Ca si in sistemul initial al lui Bell, curentul variabil era transformat inapoi in sunet, prin intermediu uniu receptor electromagnetic.

Pana nu de mult, majoritatea telefoanelor se fabricau cu microfoane de carbon. Noile telefoane au un microfon electric, care poarta o sarcina electrica permanenta. Acest model asigura un semnal mai clar cu o reproducere a sunetului de mai buna calitate.

Posesorii de telefoane sunt toti conectati intre ei printr-o instalatie la centrale telefonice.

Prima centrala a fost deschisa in Connecticut in 1878. La inceput, telefonistii efectuau manual conectarile cerute. Prima centrala telefonica automata s-a deschis in Indiana in 1892. Impulsuri electrice, transmise de la un disc cu numere automat atasat la telefonul vorbitorului, actionau intrerupatoare electromagmetice, care selectau linia dorita.

La telefoanele moderne, numerele se formeaze prin apasarea unor taste. Aceasta provoaca transmiterea mesajelor audibile la instalatia electronica de la centrala. Instalatia recunoaste semnalele si conecteaza apelul automat.

In prezent, telefonul face parte dintr-o retea vasta de comunicatii care include tehnologia transmisiei prin fibre optice, televiziunea, calculatoarele si satelitii. Utilizand transmisia prin fax si E-mailul, orice informatie poate fi transmisa prin linii telefonice.
Telefonul mobil

Motorola DynaTAC 8000X, unul din primele telefoane mobile, care funcţiona în sistem analogic

Istoria telefonului mobil cuprinde evenimentele legate de apariţia primelor telefoane mobile, dezvoltarea şi evoluţia acestora, trecând prin diverse forme, de la staţiile de emisie-recepţie, utilizate la autovehicule, până la telefoanele celulare moderne.

La început, staţiile de emisie-recepţie erau utilizate în dotarea taxiurilor, ambulanţelor, vehiculelor de poliţie şi altor vehicule similare, unde era necesară o intervenţie promptă şi operativă. Acestea nu puteau fi considerate telefoane mobile în sensul actual al cuvântului: nu puteau fi conectate la reţeaua de telefonie fixă clasică şi nu erau dotate cu numere pentru apelare.

Ulterior au apărut şi variantele portabile ale acestora. Astfel, după 1940, Motorola produce o staţie de emisie-recepţie numită "Handie-Talkie", care era de aproape o jumătate de metru lungime şi era utilizată de armata americană.

În Europa, telefonia-radio este folostă prima dată în 1926 în trenul de lux Berlin - Hamburg. La scurt timp, radio-telefonia este introdusă şi pe avioanele de pasageri în scopul îmbunătăţirii siguranţei zborului. Acest mijloc de comunicaţie este utilizat şi de tancurile germane în cel de-al Doilea Război Mondial. La încheierea războiului, aceste echipamente telefonice intră în dotarea maşinilor de patrulă ale poliţieigermane din zona de ocupaţie britanică. În toate aceste cazuri, utilizarea acestor telefoane era încredinţată doar specialiştilor. De-abia după 1950 astfel de telefoane au început să fie folosite şi de nespecialişti, aceasta petrecându-se pe vasele care navigau pe Rin.

Primii ani




turn-releu

În 1910, inventatorul şi omul de afaceri suedez Lars Magnus Ericsson pune în practică conceptul de telefonie mobilă instalându-si un astfel de dispozitiv în maşina sa. Prin intermediul unei antene bifilare, reuşeşte să se conecteze cu reţeaua de telefonie naţională în timp ce se deplasa prin ţară.

În 1946, inginerii sovietici G. Saphiro şi I. Zaharcenko testează cu succes un telefon montat într-un autovehicul care, pe o rază de 20 de kilometri, se putea conecta la reţeaua locală.

Conceptul de bază de telefonie celulară se naşte în 1947, când cercetătorii îşi dau seama că, prin introducerea unor zone celulare pot îmbunătăţi substanţial eficacitatea convorbirilor. Astfel, în decembrie 1947, Douglas H. şi W. Rae Young, ingineri la firma americană de cercetare Bell Laboratories, propun construcţia unor celule hexagonale ca relee pentru telefoanele mobile. Philip T. Porter (tot de la Bell Labs) propune ca turnurile celulare să fie plasate în vârfurile unor hexagoane imaginare, astfel ca emisia-recepţia să se desfăşoare în trei direcţii. Dar în acea perioadă, tehnologia aferentă nu se dezvoltase încă şi nici frecvenţele specifice nu erau alocate. Abia prin anii 60', Richard H. Frenkiel şi Joe S. Engel (de la Bell Labs) fac descoperiri care revoluţionează electronica.

Totuşi telefoane mobile prin care se puteau forma numere existau deja înainte de 1950. Astfel, în 1948 serviciul de telefonie mobilă fără fir este disponibil în aproape 100 de oraşe americane şi majoritatea autostrăzilor.

Primul telefon mobil complet automat, numit MTA (Mobile Telephone System A) a fost dezvoltat de Ericsson şi lansat pe piaţă în Suedia în 1956. Avem de-a face cu primul sistem care nu necesită control manual, dar avea dezavantajul greutăţii (cântărea 40 kg!). MTB Produce o versiune mai evoluată, cântărea "doar" 9 kg şi a fost introdus în 1965 şi ajunsese până la 600 la desfiinţare.

În 1957, radio-inginerul sovietic Leonid Kuprianovici din Moscova a creat un telefon portabil numit după iniţialele sale LK-1 sau "radiofon". Acesta era prevăzut cu antenă, rotiţă pentru formarea numerelor şi putea comunica cu o staţie-bază. Avea o greutate de 3 kg, raza de acţiune 20-30 km, iar timpul de funcţionare al acumulatorilor ajungea până la 20-30 de ore. Kuprianovici şi-a patentat invenţia în acelaşi an, 1957 (#115494/01.11.1957). Staţia de bază a lui LK-1 se putea conecta la reţeaua locală de telefonie mobilă putând astfel deservi mai mulţi clienţi. În 1958, Kuprianovici şi-a reproiectat telefonul ajungând la o versiune "de buzunar" de 500 gr.

În 1958, URSS începe să dezvolte serviciul naţional de telefonie mobilă Altay. În 1963, acest serviciu se înfiinţează şi la Moscova, iar în următorii ani în 30 de oraşe ruse.

Prin anii 60' se aduc o serie de îmbunătăţiri, mai ales prin contribuţiile lui Frenkiel şi Engel de la Bell Labs, care pun în practică o serie de descoperiri din domeniul electrinicii şi al computerului. În 1970, Amos E. Joel, Jr. (tot de la Bell Labs) inventează un sistem care să permită telefoanelor să treacă dintr-o "arie celulară" într-alta fără întreruperea convorbirii telefonice. În decembrie 1971, AT&T îşi prezintă oferta pentru serviciul de telefonie celulară către Comisia Federală de Comunicaţii (FCC). După ani de dezbateri şi audienţe, oferta este acceptabilă abia în 1982 ca Serviciu Avansat de Telefonie Mobilă (Advanced Mobile Phone Service - AMPS), alocându-i-se frecvenţe din gama 824 - 894 MHz. Serviciul analogic AMPS este depăşit şi înlocuit de cel digital în 1990.

Una din primele reţele publice de telefonie mobilă de succes este ARP din Finlanda, lansată în 1971. Ulterior aceasta a fost considerată ca fiind de generaţie zero (0 G).

Prima generaţie

Dr. Martin Cooper (Motorola) efectuează prima convorbire cu un telefon mobil în 1973 (reconstituire în 2007)

Telefonia mobilă modernă înregistrează un salt uriaş pe 3 aprilie 1973 când Dr. Martin Cooper de la Motorola, în timp ce se deplasa pe o stradă din New York, efectuează o convorbire cu Dr. Joel S. Engel, şeful direcţiei de cercetare de laAT&T Bell Labs, fiind prima convorbire cu un telefon mobil Era vorba de un telefon Motorola DynaTAC.

În afară de Martin Cooper de la Motorola căruia i se atribuie primul telefon mobil practic, bazat pe utilizarea undelor radio, putem menţiona şi alţi inventatori care şi-au adus contribuţia în evoluţia telefoniei mobile:

• 
  Nathan B. Stabbefield din Kentucky (patent 887,357);
  
• 
  George Sweigert din Ohio căruia i se atribuie primul telefon modern fără fir;
  
• 
  Charles A. Gladder şi Martin H. Parelman din Nevada, invenţie patentată în 1979 ce prevedea utilizarea frecvenţelorradio.
  

Dacă Bell Laboratories introdusese ideea comunicaţiilor celulare pentru maşinile poliţiei (în 1947), meritul Motorola şi mai ales al lui Cooper constă în utilizarea acestuia şi în afara automobilului.

În 1977, AT&T şi Bell Labs construiesc un prototip de sistem celular, iar în anul următor Bell Labs lansează testarea primei reţele celulare din Chicago, având peste 2000 de clienţi de probă, utilizân serviciul AMPS, dar această reţea a fost aprobată de Comisia Federală de Comunicaţii (FCC) abia în 1982. În octombrie 1983, Illinois Bell deschide primul sistem celular comercial.

Prima lansare comercială a telefoanelor celulare a avut loc în Tokio în 1979 (firma NET) În 1981, Motorola şi American Radio Telephone lansează o a doua testare de serviciu comercial pe teritoriul SUA. În acelaşi an, sistemul NMT este lansat în Danemarca, Finlanda, Norvegia şi Suedia.

În 1982, după amânări îndelungate, FCC aprobă serviciul comercial celular pe teritoriul american.

Primul telefon mobil de pe piaţa americană a fost Motorola DynaTAC 8000 X, care a primit aprobarea în 1983. Destul de redus ca dimensiuni pentru acea epocă, acest tip de telefon, considerat primul telefon mobil veritabil, a fost dezvoltat cu portul substanţial al lui M. Cooper şi a necesitat costuri de cercetare de peste 100 milioane de dolari.

Telefon mobil din anii '80 realizat deAEG

În 1983, Ameritech introduce în Chicago primul serviciu analog celui furnizat de Advanced Mobile Phone Service(AMPS).

Primul telefon mobil care putea face trecerea de la o arie celulară la alta a fost comercializat de Bell Labs în 1984. Astfel, telefoanele încep să se micşoreze, iar aria lor de acoperire să se mărească.

În anii '80 are loc o dezvoltare susţinută a telefoniei mobile. Apar reţele celulare cu o multitudine de staţii-bază având asigurat şi protocoluil aferent de trecere de la o celulă la alta, fără întreruperea convorbirii. În 1987, numărul de abonaţi americani depăşeşte un milion.

În acea perioadă transmisia se efectua în sistem analog, tehnologie care nu era la fel de performantă ca cea digitală de astăzi. Apăreau interferenţe legate de electricitatea statică şi de zgomot, iar transmisiile erau departe de a fi perfecte. Sistemele utilizate (NMT, AMPS, TACS, RTMI, C-Net şi Radiocom 2000) vor fi desemnate ulterior sub denumirea generală de generaţia I (1 G) de telefoane mobile.