Sérfræðingur útskýrir: Hvers vegna verður nettenging óáreiðanleg í rigningunni?

Af hverju verður nettengingin þín óáreiðanleg og farsíminn þinn byrjar að valda vandræðum þegar það rignir? Ástæðan liggur í eðli rafkrafts - og hvernig slæmt veður truflar virkni þess.

Á vegi í Nýju Delí 28. ágúst 2020. (Hraðmynd: Amit Mehra)

Þegar monsúntímabilið byrjar að hörfa opinberlega munu margir á Indlandi hlakka til einhverrar léttir af fyrirbæri sem þeir hafa búist við þegar rignir: Nettengingar verða óstöðugar og farsímakerfi versna. Hvers vegna gerist þetta?

Á sjöunda áratugnum spáði skoski eðlisfræðingurinn James Maxwell tilvist nýrrar tegundar „rafsegulbylgna“ sem ferðast á ~300 milljónum metra/sekúndu hraða. Nokkrum áratugum síðar sannreyndi Heinrich Hertz kenningu Maxwells í tilraunaskyni og árið 1895 sýndi Sir Jagadish Chandra Bose í fyrsta skipti þráðlaus samskipti við rafsegulbylgjur yfir 23 metra fjarlægð í Kalkútta, sem lagði grunninn að nútíma samskiptakerfi.

Til að skilja hvernig við höfum samskipti eða sendum skilaboð í dag í gegnum internetið á milli heimsálfa - og síðan hvernig þessi samskipti truflast - þurfum við fyrst að skilja grundvallareðli rafaflsins.

Varun Makhija er lektor í eðlisfræði við háskólann í Mary Washington.

Rafeindir í samskiptum

Það eru þrjár grundvallarbyggingareiningar, eða „legókubbar“ sem náttúran notar til að búa til allt efni - tvenns konar kvarkar og rafeind. Í okkar tilgangi þurfum við aðeins að ræða rafeindina.

Allt efni samanstendur af mörgum, mörgum rafeindum. Eins og hinir legókubbarnir hafa rafeindir eiginleika sem kallast massi og gefur til kynna hversu sterkt þyngdarkrafturinn verkar á þær og er því beintengdur þyngd þeirra.

Annar eiginleiki rafeinda sem kallast rafhleðsla gefur til kynna hversu sterkt rafkrafturinn verkar á þær. Hleðsla rafeindarinnar ákveður einnig styrk rafkraftsins sem hún beitir á aðra hluti sem líka hafa hleðslu (eins og til dæmis hinir tveir legókubbar). Þessi kraftur, eins og þyngdarkrafturinn, verkar í fjarlægð. Þannig að tvær rafeindir aðskildar með langri fjarlægð beita rafkrafti án þess að hafa nokkurn tíma samband. Þar sem rafeind er hlaðin er rýmið í kringum hana fyllt af rafsviði.

Ef þú ímyndar þér að rafeind búi í hafi sem hún býr til geturðu, ef þú sveiflar rafeindinni, komið af stað bylgju í þessu hafi. Þetta er svipað og að kasta steini í kyrrstæða tjörn, sem skapar gárur sem berast frá henni. Þegar þessi bylgja fer framhjá annarri rafeind sem er í sjó rafeinda okkar mun þessi rafeind hoppa upp og niður - eins og þú gætir þegar hafsbylgja skolast yfir þig.

Þannig höfum við samskipti. Rafsegulbylgja kemur af stað á einhverjum stað með því að sveifla rafeindum, sem síðan skolast yfir rafeindir á einhverjum fjarlægum stað. Orðið „merki“ þýðir sérstaklega rafsegulbylgjur. Rafeindirnar í augum þínum geta líka brugðist við þessum bylgjum, að því tilskildu að bylgjulengdin - fjarlægðin milli toppa í bylgjunni - sé innan ákveðins sviðs. Á þessu tiltekna bylgjulengdarsviði eru rafsegulbylgjur okkur sýnilegar; þeir eru léttir! Grunnform langlínusamskipta – blikkandi björtu ljósi og nota Morse Code – notar flutning rafsegulbylgna frá einum stað til annars.

Express útskýrter núna áTelegram. Smellur hér til að taka þátt í rásinni okkar (@ieexplained) og vertu uppfærður með það nýjasta

Ljósleiðarar & rigningin

Þessi hugtök gera okkur kleift að skilja eina samskiptamátann sem skiptir lengur máli, internetið. Þetta er í raun gríðarstórt net af tölvum um allan heim sem geta flutt rafsegulbylgjur hver til annarrar og þar af leiðandi átt samskipti.

Það eru tvær meginleiðir til að flytja bylgjur - með ljósleiðara og farsímaturna (með gervihnattatengingu). Ljósleiðarar eru langar, þunnar glerstangir sem eru minni en mannshár þykkar. Ljós er bundið í stönginni vegna fyrirbærisins um heildar innri endurspeglun. Þegar ljós sem ferðast frá þéttari miðli yfir í minna þéttan miðil (til dæmis frá gleri í loft) lendir á yfirborðinu milli tveggja gagnsæra miðla í mikilvægu horni, endurkastast það algjörlega aftur inn í þéttari miðilinn. Þannig festast rafsegulbylgjur inni í trefjaranum og berast eftir endilöngu hennar. Að splæsa eða tengja saman hundruð þúsunda kílómetra af trefjum og grafa þær neðanjarðar eða neðansjávar gerir samskipti um allan heim kleift. Rafsegulbylgjur sem notaðar eru til samskipta (innrauðar bylgjur) eru myndaðar af leysigeislum og hafa aðeins lengri bylgjulengd en sýnilegt ljós, svo þær eru okkur ósýnilegar.

Ljósleiðaranetið á Indlandi var stofnað af VSNL og er nú í eigu og þróað af Tata Communications. Allar netþjónustuaðilar tengjast á einhvern hátt þessu „Tier 1“ neti og að lokum við heimili þitt. Þessar aukatengingar eru ekki endilega sjónrænar og fela í sér nokkra rafhluta. (Athugið: Rafstrengir flytja rafeindir frekar en rafsegulbylgjur, en það er efni í annan dag!) Rafmagnsíhlutir eru einnig nauðsynlegir meðfram öllu ljósleiðarakerfinu til að magna og kveikja og slökkva ljósið fyrir stafræn samskipti.

Monsúnrigning gæti truflað þetta neðanjarðarnet á margan hátt. Sambland af vatni sem seytlar niður í jörðu og skriðuföllum getur skemmt hina ýmsu rafmagnsíhluti netsins eða valdið líkamlegum skemmdum á stöðum þar sem trefjarnar eru skeyttar saman.

Það getur líka verið svipað tjón eða rafmagnsleysi á millistöðum þar sem þjónustuveitan þín tengist Tier 1 ljósnetinu og síðan við heimilið þitt. Trefjarnar eru með kjarna, klæðningu og hlífðarhúð úr plasti og er haldið í vatnsþéttri hlífðargirðingu, þannig að boðsendingin verður minnst fyrir áhrifum af rigningu. Húðin er fjarlægð á meðan tvær trefjar eru sameinaðar. Á stöðum þar sem trefjar byrja eða enda (þekkt sem „splice box“) er möguleiki á að trefjar verði fyrir regnvatni, sem veldur lækkun á merkistyrk. Að auki geta vatnssameindir fundið leið í gegnum örsprungur í trefjum, sem að lokum haft áhrif á endingu trefjanna.

Ekki missa af frá Explained | 13 loftbólur Indlands og hverjir mega ferðast til þessara landa

Farsímar í rigningunni

Þegar farsíminn þinn er tengdur við internetið berast rafsegulbylgjur frá tækinu þínu í gegnum loftið í farsímaturn. Þú gætir hugsað um þetta sem risastórt loftnet. Rafeindirnar í þessu loftneti hoppa upp og niður. Þegar þeir gera þetta framleiða þeir sínar eigin rafsegulbylgjur sem berast á miðlægan stað sem er stjórnað af þjónustuveitunni þinni. Á þessum stað verða öldurnar „meðhöndlaðar“ á einhvern hátt og berast annað hvort í ljósleiðarakerfið (netið) eða annan síma (símtal, textaskilaboð o.s.frv.).

Það er ýmiss konar vinnsla sem gæti átt sér stað. Til dæmis, einn mikilvægur munur á rafsegulbylgjum sem sendar eru frá símanum þínum og þeim frá leysinum sem ferðast í ljósleiðaranum er bylgjulengdin. Útvarpsbylgjur sem sendar eru frá og taka á móti símanum þínum eru um það bil metri að lengd. Aftur á móti eru innrauðu öldurnar sem fara í gegnum ljósleiðarakerfið um það bil milljónasta úr metra að lengd. Athugaðu að hvorug þessara bylgjulengda hefur áhrif á rafeindirnar í auga þínu, þar sem þær eru ekki sýnilegar bylgjulengdir (um 500 milljarðaustu úr metra að lengd).

Einhvern veginn þarf að „þýða“ skilaboðin úr símanum þínum úr útvarpi yfir í innrauða bylgjur. Ef þú varst að nota Morse-kóða gætirðu ímyndað þér að útvarpsbylgjur sem þjónustan þín greindi kveikja og slökkva á og innihalda skilaboðin þín. Lasarinn sem er stjórnað af þjónustuveitunni þinni þarf að vera búinn til að framleiða sömu röð leiftur sem ferðast um ljósleiðarakerfið.

Ástæður truflunar í þessari samskiptakeðju á monsúntímanum eru ólíkar í ljósleiðarakerfinu.

Útvarpsbylgjur sem ferðast á milli símans þíns og farsímaturnsins geta látið rafeindir í vatnsdropum sveiflast og trufla samskipti. Stærð og fjöldi regndropa minnkar boðstyrkinn vegna dreifingar útvarpsbylgnanna, en vatnsgufa í andrúmsloftinu gleypir útvarpsbylgjur og breytir þeim í hita (eins og í örbylgjuofni þínum).

Ennfremur geta mikil monsúnrigning, vindur og eldingar valdið skemmdum á farsímaturnum, sem leiðir til truflana á svæðinu sem þeir ná yfir. Athugaðu að þetta er líka ástæðan fyrir því að þú sért án merkis á sumum svæðum - það er enginn farsímaturn nálægt. En ef til vill er algengasta orsök truflunar „jamming“. Þegar of margir reyna að hafa samskipti í gegnum merkjavinnslustöðvar á sama tíma glatast sum skilaboð.

Það er því átak sem felur í sér að rafsegulbylgjur ferðast mörg þúsund kílómetra að koma þessu uppáhaldsmeme úr tölvu höfundar þess til þinnar. Þetta er óvenjulegt afrek nútímavísinda og það virðist ótrúlegt að það virki yfirleitt! Kannski getur þetta létt á gremju þinni eitthvað næst þegar netið þitt slokknar í rigningarstormi!

Deildu Með Vinum Þínum: