Thomas Edison (1847 – 1931)

1. Thomas Edison (1847 – 1931) Οι καθηγητές του τον θεωρούσαν «διατελώντα εν συγχύσει». Ο Edison έγινε ο πιο γόνιμος εφευρέτης όλων των εποχών!

2. Thomas Edison Το μεγαλύτερο μέρος της παιδείας του προήλθε από διάβασμα στο σπίτι.

3. Thomas Edison Εργαζόταν 20 ώρες την ημέρα και κατοχύρωσε πάνω από 1.100 εφευρέσεις. Μεταξύ άλλων ανακάλυψε το συνεχές ρεύμα και τον ηλεκτρικό λαμπτήρα

4. Κεφάλαιο 16ο Αρχές Επικοινωνίας με ήχο και εικόνα

5. Πώς λειτουργούν οι ηλεκτρονικές επικοινωνίες Ένα βασικό υπόδειγμα ηλεκτρονικής επικοινωνίας αποτελείται από έναν πομπό, το δίαυλο μεταδόσεως και το δέκτη. Ο πομπός (transmitter) στέλνει το μήνυμα. Ο δίαυλος (κανάλι) μεταδόσεως (transmissionchannel) το μεταφέρει. Ο δέκτης (receiver) το λαμβάνει. Πομπός Δίαυλος Επικοινωνίας Δέκτης

6. Παράδειγμα ηλεκτρονικής επικοινωνίας Επικοινωνία μέσω τηλεφώνου Κατά τη διάρκεια μας τηλεφωνικής επικοινωνίας: η φωνή σου στέλνεται από το μικρόφωνο του τηλεφώνου σου (πομπός)… μέσω ενός σύρματος (δίαυλος μεταδόσεως)… στο ακουστικό ενός άλλου τηλεφώνου (δέκτης).

7. Το προηγούμενο υπόδειγμα μας δείχνει πώς λειτουργούν γενικά οι ηλεκτρονικές επικοινωνίες. Για να κατανοήσεις πραγματικά τα διαφορετικά συστήματα, χρειάζεται να μάθεις ορισμένα βασικά πράγματα σχετικά με: τη μετατροπή ενέργειας, τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό.

8. Μετατροπή Ενέργειας Όλες οι ηλεκτρονικές επικοινωνίες αρχίζουν με ενέργεια της μιας ή της άλλης μορφής. Σε κάθε όμως περίπτωση να θυμάσαι ότι όλα προέρχονται από τον…

10. Επικοινωνίες Ήχου Οι επικοινωνίες ήχου για παράδειγμα, ξεκινούν ως μηχανική ενέργεια (τα ηχητικά κύματα σχηματίζονται από μετακινούμενο αέρα) Αν κτυπήσουμε ελαφρά ένα διαπασών, θα του προκαλέσουμε ταλάντωση Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μεταβολή της πυκνότητας του αέρα στον γύρω χώρο

11. Τι ακριβώς όμως συμβαίνει με τα μόρια του αέρα; Η πυκνότητά τους αρχίζει να μεταβάλλεται

12. Και συνεχίζει να μεταβάλλεται για όσο χρονικό διάστημα το διαπασών ταλαντώνεται.

13. Όσο απομακρυνόμαστε από το διαπασών, τόσο πιο πολύ ελαττώνεται η ένταση του ήχου. Δηλαδή, τόσο πιο πολύ ελαττώνεται η πυκνότητα των μορίων του αέρα.

14. Αν δεν ξαναχτυπήσουμε το διαπασών, θα αρχίσουν οι ταλαντώσεις του σταδιακά να αποσβένουν (να μικραίνουν). Ώσπου κάποια στιγμή θα πάψει να ταλαντεύεται, τα μόρια του αέρα θα σταματήσουν να συμπυκνώνονται και να αραιώνουν και τέλος θα τερματιστεί η παραγωγή του ήχου.

15. Διαμήκη Κύματα Διαμήκη κύματα ονομάζονται τα κύματα των οποίων η διεύθυνση διάδοσης είναι παράλληλη στη διεύθυνση της ταλάντωσης των σωματιδίων που αποτελούν το μέσο διάδοσης. Παραδείγματα διαμήκους κύματος είναι ο ήχος και η διαταραχή που διαδίδεται στις σπείρες ενός ελατηρίου. Διαμήκες Κύμα

16. Εγκάρσια Κύματα Εγκάρσια κύματα ονομάζονται τα κύματα στα οποία η κατεύθυνση του διαταρασσόμενου μεγέθους είναι κάθετη στην κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Παραδείγματα εγκάρσιων κυμάτων είναι το θαλάσσιο κύμα και το φως. Εγκάρσιο Κύμα θαλάσσιο κύμα φως

17. Επικοινωνίες με εικόνες Οι επικοινωνίες με εικόνες αρχίζουν ως ενέργεια φωτός.

18. Οι μορφές αυτές ενέργειας (μηχανική και φωτεινή ενέργεια), για τον ήχο και την εικόνα αντίστοιχα, πρέπει να μετατραπούν σε ηλεκτρική ενέργεια προκειμένου να χρησιμοποιηθούν σε ένα σύστημα επικοινωνίας Στα συστήματα ήχου, τα ηχητικά κύματα (ήμηχανική ενέργεια) μετατρέπονται σε ηλεκτρική ενέργεια.

19. Στα συστήματα εικόνας, συσκευές λήψεως εικόνων μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια.

20. Η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται κατόπιν με τη μορφή σήματος

21. Τα σήματα αυτά στέλνονται: • είτε μέσω της ατμόσφαιρας,

22. υποβοηθούμενα και από δορυφόρους

23. είτε μέσω ενός σύρματος (χαλκού),

24. είτε μέσω οπτικών ινών.

25. Τέλος, προσλαμβάνονται με μία κεραία ή με άλλη συσκευή.

26. Ηλεκτρισμός και Μαγνητισμός Ηλεκτρισμός Τα ηλεκτρόνια είναι πολύ μικροσκοπικά σωματίδια που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου. Ο πυρήνας του ατόμου είναι θετικά φορτισμένος. Θετικά και αρνητικά φορτία έλκονται το ένα με το άλλο. Η έλξη αυτή βοηθά στο να συγκρατούνται τα άτομα μεταξύ τους. Νάτριο

27. Δομή Μετάλλων Η ενσύρματη μετάδοση ηλεκτρικών σημάτων γίνεται μέσω μεταλλικών (χάλκινων) καλωδίων Η δομή των μετάλλων είναι κρυσταλλική. Τα άτομα του μετάλλου συγκρατούνται σε συγκεκριμένες θέσεις εκτελώντας μόνο πολύ μικρές ταλαντώσεις.

28. Ελεύθερα Ηλεκτρόνια Τα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται σε απομακρυσμένες στιβάδες αυτών των ατόμων μπορούν εύκολα να αποσπαστούν από το συγκεκριμένο άτομο στο οποίο ανήκουν. Με αυτόν τον τρόπο το άτομο του μετάλλου που έχει χάσει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια, μετατρέπεται έτσι σε θετικό ιόν. Στην περίπτωση αυτή, τα συγκεκριμένα ηλεκτρόνια κινούνται πλέον ελεύθερα μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα του μετάλλου. Γι’ αυτό και ονομάζονται ελεύθερα ηλεκτρόνια.

29. Υπό κανονικές συνθήκες τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κινούνται σε τυχαίες τροχιές, συγκρουόμενα συνεχώς με τα σχεδόν ακίνητα μεταλλικά ιόντα. Αφετέρου γνωρίζουμε ότι κίνηση ηλεκτρικών φορτίων, όπως τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, σημαίνει δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος. Επειδή όμως τα ελεύθερα αυτά ηλεκτρόνια κινούνται σε τυχαίες τροχιές, τα αντίστοιχα ρεύματα που δημιουργούν, αλληλοαναιρούνται, με αποτέλεσμα το συνολικό ρεύμα να είναι μηδέν.

30. Αν εφαρμόσουμε στα άκρα ενός μεταλλικού σύρματος ηλεκτρική τάση (π.χ. συνδέσουμε μια μπαταρία), τότε το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται ωθεί τα ελεύθερα ηλεκτρόνια να κινηθούν προς μια κατεύθυνση (από τον αρνητικό, προς τον θετικό πόλο της πηγής τάσης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα επιμέρους ηλεκτρικά ρεύματα που δημιουργούνται από τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, να προσανατολίζονται και να κινούνται προς την ίδια φορά.

31. Δηλαδή όλα τα επιμέρους αυτά ηλεκτρικά ρεύματα προστίθενται και δίνουν ένα σχετικά μεγάλο ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό το ηλεκτρικό ρεύμα μπορούμε να το παρατηρήσουμε, αλλά και να το αξιοποιήσουμε.

32. Το ηλεκτρικό ρεύμα διαρρέει συνήθως υλικά που επιτρέπουν στα ελεύθερα ηλεκτρόνια να κινούνται εύκολα, χωρίς εμπόδια. Αυτά τα υλικά ονομάζονται αγωγοί. Ο χαλκός είναι ένα καλό παράδειγμα αγωγού, ενώ είναι ταυτόχρονα και σχετικά φθηνό υλικό. Ο άργυρος είναι λίγο καλύτερος αγωγός, αλλά έχει μεγαλύτερο κόστος. Για το λόγο αυτό τα σύρματα χαλκού χρησιμοποιούνται ευρύτατα στα συστήματα επικοινωνίας.

33. Η ηλεκτρική πίεση ή η δύναμη που ωθεί τα ηλεκτρόνια διαμέσου ενός αγωγού ονομάζεται ηλεκτρική τάση. Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα (electricalcircuit) είναι το κλειστό μονοπάτι που ακολουθούν τα ηλεκτρόνια, από την πηγή, διά μέσου ενός αγωγού και μίας συσκευής καταναλώσεως ή λήψεως. Για παράδειγμα, ένα κύκλωμα ηλεκτρικού φακού περιλαμβάνει τη μπαταρία (πηγή), το χάλκινο σύρμα (αγωγό), το λαμπάκι και τον διακόπτη.

34. Ηλεκτρομαγνητισμός Ενσύρματη επικοινωνία Ορισμένες συσκευές επικοινωνίας, όπως το τηλέφωνο, στέλνουν μηνύματα μέσω πολύ χαμηλού ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό. Ασύρματη επικοινωνία Άλλες, όπως το ραδιόφωνο, εξαρτώνται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Τα κύματα αυτά καθιστούν δυνατή την επικοινωνία χωρίς ένα συνδετικό σύρμα.

35. Τι είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα; Χωρίς αμφιβολία, έχεις δει τα αποτελέσματα ενός μαγνήτη. Στην πραγματικότητα όμως δεν μπορείς να δεις τον ίδιο το μαγνητισμό.

36. Ο μαγνητισμός εκδηλώνεται με τη δύναμη που ασκεί το μαγνητικό του πεδίο: 1) σε μαγνητικά υλικά Από το μαγνητικό αυτό πεδίο προέρχεται η δύναμη που επιτρέπει σε έναν μαγνήτη να σηκώσει ένα συνδετήρα χαρτιών. 2) σε κινούμενα φορτία που βρίσκονται μέσα σε αυτό.

37. Και η γη, αλλά και ο ήλιος δημιουργούν γύρω τους μαγνητικό πεδίο Γη

38. Η κίνηση ηλεκτρικών φορτίων μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης για να δημιουργηθεί ένα μαγνητικό πεδίο. Η μορφή αυτή μαγνητισμού ονομάζεται ηλεκτρομαγνητισμός (electromagnetism) Κάθε φορά που διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα μέσω ενός αγωγού, δημιουργείται ένα αόρατο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.

39. Για παράδειγμα, όταν ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός χάλκινου αγωγού, αναπτύσσεται μαγνητικό πεδίο γύρω από το σύρμα. Μπορείς αυτό να το δεις μετακινώντας μία μαγνητική πυξίδα σε ένα επίπεδο κάθετο προς ένα χάλκινο σύρμα που διαρρέεται από ρεύμα προς μία κατεύθυνση. Η βελόνα της πυξίδας θα έχει πάντοτε φορά κυκλική γύρω από το σύρμα, ποτέ όμως φορά προς αυτό ή μακριά από αυτό. Η πυξίδα ακολουθεί τις γραμμές μαγνητικής δυνάμεως.

40. Αν τυλίξεις το χάλκινο σύρμα γύρω από μία σιδερένια ράβδο, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο γίνεται πολύ ισχυρότερο. Όσο το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω του σύρματος, το μαγνητικό πεδίο συνεχίζει να υπάρχει. Όταν το ρεύμα διακοπεί, το μαγνητικό πεδίο παύει να υφίσταται. Αυτό μπορείς να το δεις στην πράξη, αν κινήσεις έναν ηλεκτρομαγνήτη κοντά σε ένα συνδετήρα χαρτιών. Όταν το ρεύμα ρέει, ο μαγνήτης έλκει το συνδετήρα. Όταν διακόψεις το κύκλωμα, ο συνδετήρας πέφτει.

41. Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή Ενώ ο ηλεκτρισμός μπορεί να δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο, μπορεί επίσης να συμβεί και το αντίστροφο. Ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρισμό.

42. Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή Αν κινήσεις ένα χάλκινο σύρμα στην περιοχή ενός μαγνήτη, μπορείς να δημιουργήσεις στο σύρμα ένα ηλεκτρικό ρεύμα (εφόσον το κύκλωμα είναι κλειστό). Αυτό ονομάζεται επαγωγή (induction). Λέμε τότε ότι ένα ρεύμα έχει δημιουργηθεί εξ επαγωγής στο σύρμα από το μαγνήτη. Αυτό συμβαίνει επίσης αν ο μαγνήτης κινηθεί κοντά στο σύρμα.

43. Συνεχές Ρεύμα Όταν χάλκινο σύρμα διέρχεται μέσω ενός μαγνητικού πεδίου, τα ηλεκτρόνια (το ρεύμα) ρέουν προς μία κατεύθυνση. Αυτό ονομάζεται συνεχές ρεύμα.

44. Εναλλασσόμενο Ρεύμα Αν το σύρμα κουλουριασθεί και κατόπιν περιστραφεί στο μαγνητικό πεδίο, τα ηλεκτρόνια ρέουν πρώτα προς τη μία κατεύθυνση και κατόπιν προς την αντίθετη. Το παραγόμενο ρεύμα ονομάζεται εναλλασσόμενο ρεύμα (alternatingcurrent).

45. Κάθε αλλαγή στην κατεύθυνση ονομάζεται κύκλος. Είναι δυνατόν να δημιουργηθεί εναλλασσόμενο ρεύμα που αντιστρέφει την κατεύθυνσήτου χιλιάδες, ακόμη και δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που προκύπτουν από τόσο γρήγορες εναλλαγές ταξιδεύουν σε μεγάλη απόσταση και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μετάδοση σημάτων ραδιοφώνου και τηλεοράσεως. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα κινούνται στο κενό ή στον αέρα με την ταχύτητα του φωτός.

46. Ραδιοκύματα Για σήματα ραδιοφώνου και τηλεοράσεως χρησιμοποιείται μία κεραία μεταδόσεως της οποίας το κύκλωμα φέρει εναλλασσόμενο ρεύμα.Αυτή απελευθερώνει ηλεκτρομαγνητικά κύματα στην ατμόσφαιρα. Παρά το γεγονός ότι τα ηλεκτρομαγνητικά αυτά κύματα χρησιμοποιούνται για πολλά είδη εκπομπών, συνηθίζεται να ονομάζονται ραδιοκύματα (radiowaves). Αυτά τα κύματα ταξιδεύουν εκατοντάδες χιλιόμετρα. Μία κεραία λήψεως τα προσλαμβάνει. Στη συνέχεια παράγεται εξ επαγωγής στην κεραία λήψεως ένα ασθενέστερο ηλεκτρικό ρεύμα, όπως αυτό που δημιούργησε τα κύματα.

47. Πλάτος και συχνότητα • Όλες οι μορφές των κυμάτων (ηχητικά κύματα, ραδιοκύματα, κύματα του νερού) έχουν πλάτος, ταχύτητα (u), μήκος κύματος (λ) και συχνότητα (f). u = λ · f • Η δύναμη ενός κύματος είναι το πλάτος. Μετρείται από το μέσο σημείο μέχρι την κορυφή της ταλαντώσεως. • Ένα μήκος κύματος (λ) μετρείται από ένα σημείο στο πρώτο κύμα, μέχρι το ίδιο σημείο στο επόμενο. • Ο αριθμός των κυμάτων που εκκινούν από μία πηγή κάθε δευτερόλεπτο είναι η συχνότητα (f).

48. Μονάδα μέτρησης της συχνότητας Η βασική μονάδα μετρήσεως για τη συχνότητα των κυμάτων είναι ένας κύκλος ανά δευτερόλεπτο ή ένα Hertz (Hz). Η ατμόσφαιρα είναι γεμάτη από ραδιοκύματα όλων των διαφορετικών συχνοτήτων. Για να αποφευχθεί σύγχυση, το Υπουργείο Μεταφορών και Επικοινωνιών καθορίζει σε κάθε σταθμό τη δική του συχνότητα.

49. Ζώνες Συχνοτήτων Η συχνότητα των ραδιοκυμάτων κυμαίνεται από 30 ως 300 δισεκατομμύρια Hertz (30 Hz ως 300 GHz). Όλες αυτές οι συχνότητες μπορούν να μεταφέρουν πληροφορίες. Για να μπορούμε να ελέγχουμε τις συχνότητες αυτές, τις υποδιαιρούμε σε δέκα ζώνες συχνότητας (frequencybands). Πιθανόν να έχεις ακούσει VHF (πολύ υψηλές συχνότητες) και UHF (παρά πολύ υψηλές συχνότητες). Αυτές είναι οι ζώνες συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται για τα κανάλια στην τηλεόρασή σου.

50. Πίνακας - Ζώνες Συχνοτήτων