Antenes
Les antenes dels mòbils i altres dispositius són elements per emetre o rebre ones electromagnètiques ("electro" perquè estan relacionades amb l'electricitat i "magnètiques" perquè estan relacionades amb el magnetisme).
A continuació veuràs, d'una forma simplificada, com funciona una antena, per tal d'entendre perquè s'aplica geometria fractal per dissenyar-ne algunes d'elles.
Què són les ones electromagnètiques?
Podem veure intuïtivament què són les ones electromagnètiques comparant-les amb les ones del mar i les de so:
| | Ones del mar | Ones de so | Ones electromagnètiques |
| Exemple | Ona on fer surf. | Música, veu, soroll... | Llum, ràdio, wifi, Bluetooth... |
| Medi | Superfície de l'aigua. | Aire (també pot ser altres medis). | Cap (es poden transmetre a l'espai fora la terra). |
| Velocitat | Entre 10-50 km/h. | ~1200 km/h (a l'aire) | ~1000 milions km/h (la velocitat de la llum). |
| Vibració | Perpendicular a l'ona (transversal) | Igual que l'ona (longitudinal) | Perpendicular a l'ona (transversal) |
| Propagació | en 2D = en el pla (ex. una pedra en un llac "dibuixa anelles") | en 3D = en l'espai (ex. la música forta en un pis se sent a totes les plantes) | en 3D = en l'espai (ex. una bombeta penjant il·lumina tota l'habitació |
Què t'ha resultat més curiós de la taula anterior?
Hi ha ones electromagnètiques de moltes freqüències:
Quines ones tenen més freqüència?
Emissió d'ones electromagnètiques amb una antena
Intuïtivament, podem comparar l'emissió d'ones electromagnètiques amb la generació de bombolles de sabó:
| | Bombolles de sabó | Ones electromagnètiques |
| Exemple | Fer bombolles bufant. | Emetre ones amb una antena. |
| Inici | En bufar creem una pertorbació a la capa fina de sabó. | En moure càrregues elèctriques creem una pertorbació magnètica. |
| Condicions insuficients | Si anem bufant "fluixet" intermitentment, la pertorbació al sabó es va "inflant" i "desinflant" però no se separa. | Si anem movent les càrregues "fluixet" intermitentment, la pertorbació magnètica varia, però no emetem una ona que se "separi" de l'antena. |
| Condicions de generació | Si en un moment donat bufem més fort, es tanca la bombolla i se separa. | Si movem ràpidament les càrregues positives i negatives, s'emet una oscil·lació (que se "separa" de l'antena). |
| Condicions de continuació | Si repetim el procés amb els mateixos "temps" es van generant bombolles semblants una darrera l'altra. | Si repetim l'oscil·lació de les càrregues amb la mateixa periodicitat, es va emetent una oscil·lació (una ona d'una determinada freqüència). |
Un cop vista la comparació de generar bombolles de sabó i ones electromagnètiques, explica amb les teves paraules cada pas de la tira (de 5 imatges) que tens sobre aquesta pregunta:
Recepció d'ones electromagnètiques amb una antena
Imatge gran de l'esquerra:
- Amb un senyal elèctric podem moure càrregues positives i negatives en una antena emissora i es generen ones com hem vist abans.
- La freqüència de l'ona que es genera té a veure amb la longitud de l'antena (i la velocitat de variació de les càrregues).
- De fet, només es mouen els electrons, que es concentren en una banda de l'antena, de manera que tindrà molta càrrega negativa, i l'altra banda de l'antena que s'ha "buidat" d'electrons tindrà càrrega positiva.
- La recepció, per exemple, es pot fer amb una antena anomenada dipol (dos pols, el positiu i el negatiu).
- Quan l'ona electromagnètica arriba a l'antena receptora, provoca que es moguin les càrregues positives i negatives (és a dir, que provoca un senyal elèctric).
- La longitud de l'antena receptora està relacionada amb la freqüència d'ones que rep més "nítidament".
Per què usar fractals en antenes? (veure del minut 2 amb 19 segons al minut 4 amb 36 segons; podeu activar els subtítols traduïts)
Explica amb les teves paraules perquè pot ser interessant fabricar antenes amb formes de fractals:
Estora de Sierpinski
Observa l'applet anterior de l'Estora de Sierpinski (movent el punt lliscant) i descriu amb les teves paraules quina és la regla de formació d'aquest fractal: (és a dir, explica com el crearies dibuixant-lo a mà)
Creus que el matemàtic Sierpinski pensava en antenes per mòbils quan va inventar la "Catifa de Sierpinki"? En què imagines que devia pensar?