Експерт обяснява: Защо интернет връзката става ненадеждна при дъжд?

Защо вашата интернет връзка става ненадеждна и мобилният ви телефон започва да създава проблеми, когато вали? Причината се крие в естеството на електрическата сила - и начините, по които лошото време нарушава нейната работа.

На път в Ню Делхи на 28 август 2020 г. (Експресна снимка: Амит Мехра)

Тъй като мусонът започва официално да се оттегля, мнозина в Индия ще очакват с нетърпение известно облекчение от явление, което са очаквали всеки път, когато вали: интернет връзките стават нестабилни, а мрежите за клетъчни телефони се влошават. Защо се случва това?

През 1860-те шотландският физик Джеймс Максуел предсказва съществуването на нов вид „електромагнитни“ вълни, които се движат със скорост от ~300 милиона метра/секунда. Няколко десетилетия по-късно Хайнрих Херц експериментално потвърждава теорията на Максуел и през 1895 г. сър Джагадиш Чандра Бозе демонстрира за първи път безжична комуникация с електромагнитни вълни на разстояние от 23 метра в Калкута, поставяйки основата на модерна комуникационна система.

За да разберем как общуваме или изпращаме съобщения днес чрез интернет на различни континенти – и след това как се нарушава тази комуникация – първо трябва да разберем фундаменталната природа на електрическата сила.

Варун Махиджа е асистент по физика в Университета на Мери Вашингтон.

Електроните в комуникацията

Има три основни градивни блока или „лего тухли“, които природата използва, за да направи цялата материя – два вида кварки и електрон. За нашите цели трябва да обсъдим само електрона.

Цялата материя се състои от много, много електрони. Подобно на другите тухли Lego, електроните имат свойство, наречено маса, което показва колко силно гравитационната сила действа върху тях и следователно е пряко свързана с теглото им.

Друго свойство на електроните, наречено електрически заряд, показва колко силно електрическата сила действа върху тях. Зарядът на електрона също така определя силата на електрическата сила, която прилагат върху други обекти, които също имат заряд (като другите две тухли Lego, например). Тази сила, подобно на силата на гравитацията, действа на разстояние. И така, два електрона, разделени на голямо разстояние, прилагат електрически сили, без изобщо да осъществят контакт. Тъй като електронът е зареден, пространството около него е изпълнено с електрическо поле.

Ако си представите, че един електрон живее в океан, който създава, можете, ако размърдате електрона, да инициирате вълна в този океан. Това е подобно на хвърляне на камък в неподвижно езерце, което създава вълни, които се отдалечават от него. Когато тази вълна премине покрай друг електрон, който се намира в океана на нашия електрон, този друг електрон ще отскача нагоре и надолу – както бихте могли, когато океанска вълна ви заля.

Така общуваме. Електромагнитна вълна се инициира на някакво място от мърдащи електрони, които след това измиват електроните на някакво далечно място. Думата „сигнал“ конкретно означава електромагнитни вълни. Електроните в очите ви също могат да реагират на тези вълни, при условие че дължината на вълната - разстоянието между пиковете на вълната - е в определен диапазон. В този конкретен диапазон на дължина на вълната, електромагнитните вълни са видими за нас; леки са! Най-основната форма на комуникация на дълги разстояния - мигаща ярка светлина и използване на морзова азбука - използва прехвърлянето на електромагнитни вълни от едно място на друго.

Експресно обясненосега е включеноТелеграма. Щракнете върху тук, за да се присъедините към нашия канал (@ieexplained) и бъдете в течение с най-новото

Оптични влакна и дъжд

Тези концепции ни подготвят да разберем единствения начин на комуникация, който вече има значение, Интернет. Това по същество е огромна мрежа от компютри по целия свят, които могат да прехвърлят електромагнитни вълни един към друг и следователно да комуникират.

Има два основни начина за транспортиране на вълни - чрез оптично влакно и клетъчни кули (чрез сателитна връзка). Оптичните влакна са дълги, тънки стъклени пръчки с дебелина, по-малка от човешката коса. Светлината е ограничена в пръчката поради феномена на пълно вътрешно отражение. Когато светлината, преминаваща от по-плътна среда към по-малко плътна (например от стъкло към въздух), удари повърхността между две прозрачни среди под критичен ъгъл, тя се отразява изцяло обратно в по-плътната среда. По този начин електромагнитните вълни се улавят вътре във влакното и се движат по дължината му. Съединяването или свързването на стотици хиляди километри влакна заедно и заравянето им под земята или под водата позволява комуникация по целия свят. Електромагнитните вълни, използвани за комуникация (инфрачервени вълни), се генерират от лазери и имат малко по-голяма дължина на вълната от видимата светлина, така че са невидими за нас.

Мрежата с оптични влакна в Индия е инициирана от VSNL и в момента е собственост и разработена от Tata Communications. Всички доставчици на интернет услуги се свързват по някакъв начин с тази мрежа от ниво 1 и в крайна сметка с вашия дом. Тези вторични връзки не са непременно оптични и включват няколко електрически компонента. (Забележка: Електрическите кабели пренасят електрони, а не електромагнитни вълни, но това е тема за друг ден!) Електрическите компоненти също са необходими по цялата мрежа от оптични влакна за усилване и включване и изключване на светлината за цифрови комуникации.

Мусонният дъжд може да прекъсне тази подземна мрежа по много начини. Комбинацията от проникване на вода в земята и свлачища може да повреди различните електрически компоненти в мрежата или да причини физически щети на места, където влакната са съединени заедно.

Може също да има подобни повреди или прекъсвания на захранването на междинни места, където вашият местен доставчик на услуги се свързва с оптичната мрежа от ниво 1 и след това с вашия дом. Влакното има сърцевина, облицовка и пластмасово защитно покритие и се държи във водонепроницаем защитен корпус, така че предаването на сигнала е най-малко засегнато от дъжд. Покритието се отстранява при свързване на две влакна. На места, където започват или завършват влакната (известни като „кутии за снаждане“), има възможност влакната да бъдат изложени на дъждовна вода, което да доведе до намаляване на силата на сигнала. Освен това, водните молекули могат да намерят път чрез микропукнатини във влакната, което в крайна сметка повлияе на живота на влакното.

Не пропускайте от Explained | 13-те въздушни мехурчета на Индия и на кого е разрешено да пътува до тези страни

Мобилни телефони в дъжда

Когато вашият мобилен телефон е свързан с интернет, електромагнитните вълни пътуват от вашето устройство през въздуха към клетъчна кула. Можете да мислите за това като за гигантска антена. Електроните в тази антена подскачат нагоре и надолу. Когато правят това, те произвеждат свои собствени електромагнитни вълни, които пътуват до централно място, управлявано от вашия доставчик на услуги. На това място вълните се „обработват“ по някакъв начин и се изпращат или до мрежата с оптични влакна (интернет), или до друг телефон (телефонно обаждане, текстово съобщение и т.н.).

Има различни видове обработка, която може да възникне. Например, една важна разлика между електромагнитните вълни, излъчвани от вашия телефон, и тези от лазера, който се движи в оптичното влакно, е дължината на вълната. Радиовълните, излъчвани и приемани от вашия телефон, са дълги приблизително един метър. За разлика от тях, инфрачервените вълни, които преминават през влакнеста мрежа, са приблизително една милионна част от метъра. Обърнете внимание, че нито една от тези дължини на вълната не засяга електроните в окото ви, тъй като те не са видими дължини на вълната (дължини около 500 милиардни от метъра).

По някакъв начин съобщението от телефона ви трябва да бъде „преведено“ от радио към инфрачервени вълни. Ако използвате морзова азбука, може да си представите, че радиовълните, открити от вашия доставчик, мигат и изгасват, съдържащи вашето съобщение. Лазерът, управляван от вашия доставчик, трябва да бъде направен да произвежда същата последователност от светкавици, които преминават през оптична мрежа.

Причините за прекъсване на тази комуникационна верига по време на мусоните са различни в сравнение с мрежата с оптични влакна.

Радиовълните, които се движат между вашия телефон и клетъчната кула, могат да накарат електроните във водните капки да се движат, прекъсвайки комуникацията. Размерът и броят на дъждовните капки намаляват силата на сигнала поради разсейването на радиовълните, докато водните пари в атмосферата поглъщат радиовълните, преобразувайки ги в топлина (като във вашата микровълнова фурна).

Освен това, силен мусонен дъжд, вятър и мълнии могат да причинят щети на клетъчните кули, което да доведе до прекъсвания в областта, която покриват. Имайте предвид, че това е и причината да се окажете без никакъв сигнал в някои райони – наблизо няма клетъчна кула. Но може би най-честата причина за прекъсване е „заглушаване“. Когато твърде много хора се опитват да комуникират чрез места за обработка на сигнали по едно и също време, някои съобщения се губят.

Следователно прехвърлянето на този любим мем от компютъра на неговия автор към вашия е усилие, което включва електромагнитни вълни, пътуващи много хиляди километри. Това е изключително постижение на съвременната наука и ще изглежда невероятно, че изобщо работи! Може би това може да облекчи донякъде разочарованието ви следващия път, когато интернетът ви изгасне по време на дъждовна буря!

Споделете С Приятелите Си: