Karantino dirbtuvės: kaip namuose pasigaminti 5G detektorių?

Baisus tas gyvenimas. Tačiau ne dejuoti čia susirinkome. 5G yra ryšio standartas, kuris informacijos perdavimui naudoja elektromagnetinę spinduliuotę (EMS). Kas ta elektromagnetinė spinduliuotė, po paraliais, yra, kad dėl jos jau ir referendumus organizuoja? Ir kaip ją aptikti? Čia mums pagelbės prietaisas, vadinamas EMS detektoriumi. Pasigaminkime!

Kas yra elektromagnetinė banga? Geras klausimas. Kas yra bangos, mes visi žinome, protingesni galėtų ne tik pavyzdžius duoti bet ir paaiškintų, kaip jos veikia. Bet kaip paaiškinti bangas sudarytas iš elektrinių ir magnetinių laukų? Gamta mums nedavė įrankio, kuris leistų jausti šiuos laukus. Taip, mes turime akis ir matome šviesą. Bet liūto dalis EMS yra paslėpta nuo mūsų ir apie ją mes sužinome tik įvairių mūsų pasigamintų prietaisų dėka.

Elektromagnetines bangas skleidžia specialios antenos, kuriomis teka srovės. Tekanti srovė yra nepastovi – ji svyruoja. Kuomet elektros srovė teka laidu, ji aplink laidą kuria magnetinį lauką. Jei srovė yra pastovi, magnetinis laukas yra pastovus ir nieko įdomaus nevyksta. Tačiau jei srovė auga, su ja auga ir aplinkui laidą esantis magnetinis laukas. Jei srovė mažėja, kartu su ja mažėja ir magnetinis laukas.

Šioje vietoje įsijungia Maxwello lygčių magija. Lygtys sako, kad jei magnetinis laukas kinta laike (didėja, mažėja), atsiranda elektrinis laukas. Elektrinis laukas yra specifinis, jis yra uždaras. Fizikai sako, kad elektrinis laukas yra solenoidinis, jis neturi šaltinio – krūvio. Šis laukas yra kažkiek lygiagretus laidui ir praeina pro magnetinio lauko spartaus kitimo sritį.

Kažkurio momentu elektrinis laukas irgi keisis – silpnės arba stiprės. Toks laukas jau kitame artimiausiame taške, anot Maxwello dėsnių, taip pat sukurs lauką. Šis laukas jau bus magnetinis. Jis taipogi bus uždaras, solenoidinis ir bus jau toliau nuo laido. Savo ruožtu, jis bus statmenas elektriniam laukui, bet gulės toje pačioje plokštumoje, kaip ir pradinis magnetinis. Stiprėdamas ir silpnėdamas jis savo ruožtu dar toliau nuo šaltinio sukurs elektrinį lauką. Ir taip be galo, be krašto. Mes aprašėme elektromagnetinės bangos sklidimą! Tokia banga yra paprasčiausia ir fizikai ją vadina plokščia EMS banga.

Elektromagnetinę bangą sudaro elektrinio ir magnetinio lauko svyravimai

Tokia EMS banga turi sritis, kur laukai stipriausi ir silpniausi – keteras ir įdubas. Atstumas tarp dvejų įdubų yra lygus pusei svarbaus dydžio – pusei bangos ilgio. Kodėl bangos ilgis toks svarbus? Todėl, kad visų EMS bangų greitis vakuume yra pastovus. Žinodami greitį mes galime surasti bangos dažnį – sužinoti, kaip dažnai vyksta „dūžiai“. Kodėl tai yra svarbu? Nes bangos dažnis pasako mums, kokia banga yra. Kuriai elektromagnetinio spektro daliai ji priklauso.

Elektromagnetinis spektras nusako visą elektromagnetinių bangų įvairovę. Jei bangos svyruoja lėtai, mes kalbame apie radijo bangas, kurių ilgiai yra kilometriniai. Jeigu bangos ilgiai yra centimetrų eilės, mes kalbame apie mikrobangas. Jas sutinkame šiuolaikinio ryšio sistemose – „Wi-Fi“, 4G ir ateinančios kartos 5G ryšyje. Kai bangos ilgiai tampa mikrometrų eilių, mes kalbame apie šiluminę spinduliuotę – tai yra infraraudonosios bangos. Už jas dar smulkesnes bangas mes matome akimis – tai yra šimtų nanometrų ilgio regimos šviesos bangos. Kada bangos ilgis tampa palyginamas su nanometrais, mes kalbame apie ultravioletinę spinduliuotę ir ją dažniausiai sutinkame soliariume arba saulėkaitoje. Dar smulkesnės EMS bangos yra Rentgeno bangos, kurios rado pritaikymą medicinoje. Pačios smulkiausios žmogui žinomos EMS bangos yra gama spinduliai – jos tokios energingos, kad mes jų net nebevadiname bangomis, o kalbame tik apie spindulius.

Elektromagnetinių bangų spektro dažniai ir savybės

Apie atskirų bangų pritaikymą ir šaltinius plačiau pakalbėsime kitą kartą, kadangi tai yra mokslas, kuriuo dėstytojai antro kurso fizikos studentus kankina ne vieną paskaitą. Galu gale, mes gi nesame vieno sadisto ir mazochistų klubas? Pakalbėkime būtent apie mikrobangas. Jų daugiausia mūsų aplinkoje – mikrobangų krosnelė, telefonai, bevielis namų ryšys. Kaip mes galime jas aptikti?

O aptikti jas galime labai paprastai. Pakanka kokioje nors elektronikos prekių parduotuvėje pasidairyti, kaip atrodo antenos, sumontuotos 4G ryšio arba „Wi-FI“ signalo stiprintuvuose. Jos yra palyginus mažos, nes tokių bangų ilgiai yra centimetro eilės. Mums gera žinia yra ta, kad antena gali būti ir laidas. Svarbu kad ilgis tiktų – ne per trumpas, nei per ilgas.

Taigi pereikime prie EMS detektoriaus. Mums bus būtinos šios dalys, kurių bendra kaina nesiekia 30 eurų:

Visas dalių rinkinys ant stalo atrodo taip:

S.Orlovo nuotr./Elektromagnetinių bangų jutikliui pasigaminti reikalingos detalės

Darbą pradėkime nuo karpymo – pasigaminkime maitinimo šaltinį mūsų detektoriui. Šių dvejų dalių nėra sąraše, nes kai kuriuose „Arduino“ mikrokompiuterių komplektuose būna iš anksto įdėtas tam skirtas maitinimo laidas. Mūsų pigesnis jame laido nėra.

S.Orlovo nuotr./Pirma konstravimo užduotis – pasiruošti „Arduino“ mikrokompiuterio maitinimo laidą

Kitas žingsnis – prilituoti du laidus prie mūsų garsiakalbio.

S.Orlovo nuotr./Prie garsiakalbio prilituoti laidai

Garsiakalbį mums reikės pajungti prie „Arduino“ mikrokompiuterio, tad iš „Arduino“ dalių rinkinio paruošiame metalinius kontaktus, kuriuos gumomis fiksuojame ant laidų.

S.Orlovo iliustr./Garsiakalbio tvirtinimas prie „Arduino“

Laidus pritvirtiname prie „Arduino“. Vėliau schemoje pakartosiu tikslią jų prijungimo poziciją.

Dabar laikas imtis antenos. Prie vieno antenos galo pritvirtiname rezistorių, kitas galas bus laisvas. Šviesos diodą tvirtiname lygiagrečiai garsiakalbiui.

S.Orlovo nuotr./Elektromagnetinių bangų jutiklio antenos prijungimas

S.Orlovo nuotr./Prie mikrokompiuterio prijungta antena

„Arduino“ mikrokompiuterį prijungiame prie kompiuterio ir įkrauname į jį šį kodą:

#include
#define SerialIn 5
#define SerialOut 7

#define wDelay 900

int inPin = 5;
int val = 0;
int OutLedPin = 2;

SoftwareSerial mySerialPort(SerialIn, SerialOut);

void setup()
{
pinMode(SerialOut, OUTPUT);
pinMode(SerialIn, INPUT);
pinMode(OutLedPin, OUTPUT);

mySerialPort.begin(19200);
mySerialPort.print("vv");

mySerialPort.print("xxxx");
delay(wDelay);
mySerialPort.print("----");
delay(wDelay);
mySerialPort.print("8888");
delay(wDelay);
mySerialPort.print("xxxx");
delay(wDelay);

Serial.begin(9600);
}

void loop()
{

val = analogRead(inPin);

Serial.println(val);
dispData(val);
val = map(val, 1, 100, 1, 2048);
if(val >= 1){

digitalWrite(OutLedPin, HIGH);
}else{
digitalWrite(OutLedPin, LOW);
}
tone(9,val,10);

}

void dispData(int i)
{
if((i<-999) || (i>9999))
{
mySerialPort.print("ERRx");
return;
}
char fourChars[5];
sprintf(fourChars, "%04d", i);

mySerialPort.print("val");
mySerialPort.print(fourChars);

}

Patikriname, ar viskas veikia be klaidų.

Ten kur stiprus EMS fonas, mes turėtume matyti intensyvų lemputės mirksėjimą ir girdėti garsiakalbio zvimbimą.

S.Orlovo nuotr./Užbaigtas, bet į korpusą nesumontuotas EMS jutiklis

VIDEO: EMI detector in work / EMS detektorius veikia

EMI detector in work / EMS detektorius veikia

Paprastutė EMS detektoriaus schema.

S.Orlovo iliustr./EMS detektoriaus eskizas

S.Orlovo iliustr./EMS detektoriaus schema

Tokį įrenginuką sumeistravo Fizinių ir technologijos mokslų centro mokslininkai kartu su Mėškėnų laboratorija, projekto „PhabLabs 4.0“ metu. Galutinis neformalus projekto rezultatas atrodė štai taip:

S.Orlovo nuotr./Galutinis EMS jutiklio vaizdas korpuse

Smagaus projekto atkartojimo karantino metu! Dabar ir jūs galėsite aptikti tas vietas, kuriose būti pavojinga taip pat, kaip gerti karštą kavą.

VIDEO: EMI detector on a table / EMS detektorius ant stalo

EMI detector on a table / EMS detektorius ant stalo