Odborník vysvětluje: Proč se internetové připojení v dešti stává nespolehlivým?

Proč se vaše připojení k internetu stává nespolehlivé a váš mobilní telefon začíná dělat problémy, když prší? Důvod spočívá v povaze elektrické síly – a ve způsobech, jak špatné počasí narušuje její fungování.

Na silnici v Novém Dillí 28. srpna 2020. (Expresní foto: Amit Mehra)

Jak monzun začne oficiálně ustupovat, mnozí v Indii se budou těšit na určitou úlevu od jevu, který očekávají vždy, když prší: připojení k internetu se stává nestabilním a sítě mobilních telefonů se zhoršují. proč se to děje?

V 60. letech 19. století skotský fyzik James Maxwell předpověděl existenci nového druhu „elektromagnetických“ vln, které se šíří rychlostí ~300 milionů metrů za sekundu. O několik desetiletí později Heinrich Hertz experimentálně ověřil Maxwellovu teorii a v roce 1895 Sir Jagadish Chandra Bose poprvé předvedl bezdrátovou komunikaci s elektromagnetickými vlnami na vzdálenost 23 metrů v Kalkatě, čímž položil základy moderního systému komunikace.

Abychom pochopili, jak dnes komunikujeme nebo posíláme zprávy přes internet napříč kontinenty – a jak je tato komunikace narušena – musíme nejprve porozumět základní povaze elektrické síly.

Varun Makhija je odborným asistentem fyziky na University of Mary Washington.

Elektrony v komunikaci

Existují tři základní stavební kameny neboli „kostky Lega“, které příroda používá k výrobě veškeré hmoty – dva druhy kvarků a elektron. Pro naše účely musíme diskutovat pouze o elektronu.

Veškerá hmota se skládá z mnoha, mnoha elektronů. Stejně jako ostatní Lego kostky mají elektrony vlastnost zvanou hmotnost, která udává, jak silně na ně působí gravitační síla, a souvisí tedy přímo s jejich hmotností.

Další vlastnost elektronů zvaná elektrický náboj udává, jak silně na ně elektrická síla působí. Náboj elektronu také rozhoduje o síle elektrické síly, kterou působí na jiné předměty, které také mají náboj (jako například dvě další kostky Lego). Tato síla, stejně jako gravitační síla, působí na dálku. Takže dva elektrony oddělené velkou vzdáleností aplikují elektrické síly, aniž by se kdy dotýkaly. Protože je elektron nabitý, prostor kolem něj je vyplněn elektrickým polem.

Pokud si představíte, že elektron žije v oceánu, který vytváří, můžete, pokud elektronem zatřesete, iniciovat vlnu v tomto oceánu. Je to podobné, jako když hodíte kámen do tichého jezírka, čímž se vytvoří vlnky, které se od něj pohybují. Když tato vlna projde kolem jiného elektronu, který se shodou okolností nachází v oceánu našeho elektronu, tento druhý elektron se bude odrážet nahoru a dolů – jako byste mohli, když vás zaplaví oceánská vlna.

Takto komunikujeme. Elektromagnetická vlna je v určitém místě iniciována třesoucími se elektrony, které pak přeplavují elektrony na nějakém vzdáleném místě. Slovo „signál“ konkrétně znamená elektromagnetické vlny. Elektrony ve vašich očích mohou také reagovat na tyto vlny za předpokladu, že vlnová délka – vzdálenost mezi vrcholy ve vlně – je v určitém rozsahu. V tomto konkrétním rozsahu vlnových délek jsou pro nás viditelné elektromagnetické vlny; jsou lehké! Nejzákladnější forma komunikace na dálku – blikání jasného světla a používání Morseovy abecedy – využívá přenos elektromagnetických vln z jednoho místa na druhé.

Express Vysvětlenoje nyní zapnutoTelegram. Klikněte zde, abyste se připojili k našemu kanálu (@ieexplained) a zůstaňte informováni o nejnovějších

Optická vlákna a déšť

Tyto koncepty nám umožňují porozumět jedinému způsobu komunikace, na kterém již záleží, internetu. Jedná se v podstatě o rozsáhlou síť počítačů po celém světě, které dokážou přenášet elektromagnetické vlny mezi sebou, a tedy komunikovat.

Existují dva hlavní způsoby přenosu vln – optickým vláknem a celulárními věžemi (přes satelitní spojení). Optická vlákna jsou dlouhé tenké skleněné tyčinky o tloušťce menší než lidský vlas. Světlo je omezeno v tyči v důsledku jevu úplného vnitřního odrazu. Když světlo putující z hustšího média do méně hustého (například ze skla do vzduchu) dopadá na povrch mezi dvěma průhlednými médii pod kritickým úhlem, je zcela odraženo zpět do hustšího média. Tímto způsobem jsou elektromagnetické vlny zachyceny uvnitř vlákna a postupují po jeho délce. Spojování nebo spojování stovek tisíc kilometrů vláken dohromady a jejich zahrabávání pod zem nebo pod moře umožňuje komunikaci po celém světě. Elektromagnetické vlny používané ke komunikaci (infračervené vlny) jsou generovány lasery a mají o něco delší vlnovou délku než viditelné světlo, takže jsou pro nás neviditelné.

Síť optických vláken v Indii byla zahájena společností VSNL a v současné době ji vlastní a vyvíjí společnost Tata Communications. Všichni poskytovatelé internetových služeb se nějakým způsobem připojují k této síti „Tier 1“ a nakonec k vaší domácnosti. Tato sekundární spojení nejsou nutně optická a zahrnují několik elektrických součástí. (Poznámka: Elektrické kabely přenášejí elektrony spíše než elektromagnetické vlny, ale to je téma na jiný den!) Elektrické komponenty jsou také vyžadovány podél celé sítě optických vláken pro zesílení a zapínání a vypínání světla pro digitální komunikaci.

Monzunový déšť může přerušit tuto podzemní síť mnoha způsoby. Kombinace vody prosakující do země a sesuvů půdy může poškodit různé elektrické komponenty v síti nebo způsobit fyzické poškození v místech, kde jsou vlákna spojena dohromady.

K podobnému poškození nebo výpadkům proudu může také dojít na přechodných místech, kde se váš místní poskytovatel služeb připojuje k optické síti Tier 1 a poté k vám domů. Vlákno má jádro, plášť a plastový ochranný povlak a je drženo ve vodotěsném ochranném pouzdře, takže přenos signálu je nejméně ovlivněn deštěm. Povlak se odstraní při spojování dvou vláken. V místech, kde vlákna začínají nebo končí (známé jako „splice boxy“), existuje možnost, že vlákna budou vystavena dešťové vodě, což způsobí snížení síly signálu. Molekuly vody si navíc mohou najít cestu přes mikrotrhlinky ve vláknech, což nakonec ovlivní životnost vlákna.

Nenechte si ujít Explained | 13 vzduchových bublin v Indii a kdo smí do těchto zemí cestovat

Mobilní telefony v dešti

Když je váš mobilní telefon připojen k internetu, elektromagnetické vlny se šíří z vašeho zařízení vzduchem do mobilní věže. Můžete si to představit jako obří anténu. Elektrony v této anténě se odrážejí nahoru a dolů. Když to dělají, produkují své vlastní elektromagnetické vlny, které putují do centrálního umístění spravovaného vaším poskytovatelem služeb. V tomto místě se vlny nějakým způsobem ‚zpracují‘ a jsou odeslány buď do sítě optických vláken (internet) nebo jiného telefonu (telefonát, textová zpráva atd.).

Mohou nastat různé druhy zpracování. Například jeden důležitý rozdíl mezi elektromagnetickými vlnami vyzařovanými z vašeho telefonu a těmi z laseru, který se šíří v optickém vláknu, je vlnová délka. Rádiové vlny vysílané a přijímané vaším telefonem jsou přibližně metr dlouhé. Naproti tomu infračervené vlny, které se šíří sítí vláken, jsou dlouhé přibližně miliontinu metru. Všimněte si, že ani jedna z těchto vlnových délek neovlivňuje elektrony ve vašem oku, protože nejde o viditelné vlnové délky (délky kolem 500 miliardtin metru).

Nějakým způsobem je třeba zprávu z vašeho telefonu ‚přeložit‘ z rádia na infračervené vlny. Pokud jste používali Morseovu abecedu, můžete si představit, že rádiové vlny detekované vaším poskytovatelem se zapínají a vypínají a obsahují vaši zprávu. Laser spravovaný vaším poskytovatelem musí být vyroben tak, aby produkoval stejnou sekvenci záblesků, které procházejí optickou sítí.

Důvody přerušení tohoto komunikačního řetězce během monzunu jsou odlišné ve srovnání se sítí optických vláken.

Rádiové vlny pohybující se mezi vaším telefonem a mobilní věží mohou způsobit, že se elektrony ve vodních kapkách chvějí a přerušují komunikaci. Velikost a počet dešťových kapek snižuje sílu signálu v důsledku rozptylu rádiových vln, zatímco vodní pára v atmosféře rádiové vlny pohlcuje a přeměňuje je na teplo (jako ve vaší mikrovlnné troubě).

Silný monzunový déšť, vítr a blesky navíc mohou způsobit poškození věží buněk, což má za následek přerušení v oblasti, kterou pokrývají. Všimněte si, že to je také důvod, proč se v některých oblastech ocitnete bez signálu – v blízkosti není žádná mobilní věž. Ale možná nejčastější příčinou přerušení je „zasekávání“. Když se příliš mnoho lidí pokouší komunikovat přes místa zpracování signálu současně, některé zprávy se ztratí.

Dostat tento oblíbený mem z počítače jeho autora do vašeho je tedy snaha, která zahrnuje elektromagnetické vlny, které cestují mnoho tisíc kilometrů. Je to mimořádný výdobytek moderní vědy a zdálo by se úžasné, že to vůbec funguje! Možná to může trochu zmírnit vaši frustraci, až vám příště vypadne internet během bouřky!

Sdílej Se Svými Přáteli: