Odborník vysvetľuje: Prečo sa internetové pripojenie v daždi stáva nespoľahlivým?

Prečo je vaše internetové pripojenie nespoľahlivé a váš mobilný telefón začína robiť problémy, keď prší? Dôvod spočíva v povahe elektrickej sily - a spôsoboch, akými zlé počasie narúša jej fungovanie.

Na ceste v Naí Dillí 28. augusta 2020. (Express Photo: Amit Mehra)

Keď monzún začne oficiálne ustupovať, mnohí v Indii sa budú tešiť na určitú úľavu od javu, ktorý očakávali vždy, keď prší: internetové pripojenie sa stáva nestabilným a siete mobilných telefónov sa zhoršujú. Prečo sa to deje?

V šesťdesiatych rokoch 19. storočia škótsky fyzik James Maxwell predpovedal existenciu nového druhu „elektromagnetických“ vĺn, ktoré sa šíria rýchlosťou ~ 300 miliónov metrov za sekundu. O niekoľko desaťročí neskôr Heinrich Hertz experimentálne overil Maxwellovu teóriu a v roku 1895 Sir Jagadish Chandra Bose prvýkrát predviedol v Kalkate bezdrôtovú komunikáciu s elektromagnetickými vlnami na vzdialenosť 23 metrov, čím položil základy moderného systému komunikácie.

Aby sme pochopili, ako dnes komunikujeme alebo posielame správy cez internet naprieč kontinentmi – a potom, ako je táto komunikácia narušená – musíme najprv pochopiť základnú povahu elektrickej sily.

Varun Makhija je odborným asistentom fyziky na Univerzite Mary Washington.

Elektróny v komunikácii

Existujú tri základné stavebné bloky alebo „kocky Lega“, ktoré príroda používa na výrobu všetkej hmoty – dva druhy kvarkov a elektrón. Pre naše účely musíme diskutovať iba o elektróne.

Všetka hmota pozostáva z mnohých, mnohých elektrónov. Rovnako ako ostatné Lego kocky, aj elektróny majú vlastnosť zvanú hmotnosť, ktorá udáva, ako silne na ne pôsobí gravitačná sila, a teda priamo súvisí s ich hmotnosťou.

Ďalšia vlastnosť elektrónov nazývaná elektrický náboj naznačuje, ako silne na ne pôsobí elektrická sila. Náboj elektrónu tiež rozhoduje o sile elektrickej sily, ktorú aplikujú na iné predmety, ktoré tiež majú náboj (ako napríklad dve ďalšie kocky Lego). Táto sila, podobne ako gravitačná sila, pôsobí na diaľku. Takže dva elektróny oddelené na veľkú vzdialenosť aplikujú elektrické sily bez toho, aby sa vôbec dotkli. Keďže elektrón je nabitý, priestor okolo neho je vyplnený elektrickým poľom.

Ak si predstavíte, že elektrón žije v oceáne, ktorý vytvára, môžete, ak elektrónom zavrtíte, spustiť vlnu v tomto oceáne. Je to podobné, ako keď hodíte kameň do stojaceho jazierka, čím sa vytvorí vlnenie, ktoré sa z neho šíri. Keď táto vlna prejde okolo iného elektrónu, ktorý sa náhodou nachádza v oceáne nášho elektrónu, tento druhý elektrón sa bude odrážať hore a dole – ako by ste mohli, keď vás zaplaví oceánska vlna.

Takto komunikujeme. Elektromagnetická vlna je iniciovaná na určitom mieste kývaním elektrónov, ktoré potom premývajú elektróny na nejakom vzdialenom mieste. Slovo „signál“ konkrétne znamená elektromagnetické vlny. Elektróny vo vašich očiach môžu tiež reagovať na tieto vlny za predpokladu, že vlnová dĺžka – vzdialenosť medzi vrcholmi vo vlne – je v určitom rozsahu. V tomto konkrétnom rozsahu vlnových dĺžok sú pre nás viditeľné elektromagnetické vlny; sú ľahké! Najzákladnejšia forma komunikácie na diaľku – blikanie jasného svetla a používanie Morseovej abecedy – využíva prenos elektromagnetických vĺn z jedného miesta na druhé.

Expresné vysvetlenieje teraz zapnutátelegram. Kliknite tu, aby ste sa pripojili k nášmu kanálu (@ieexplained) a buďte informovaní o najnovších

Optické vlákna a dážď

Tieto pojmy nám umožňujú pochopiť jediný spôsob komunikácie, na ktorom už záleží, a to internet. Ide v podstate o rozsiahlu sieť počítačov po celom svete, ktoré dokážu navzájom prenášať elektromagnetické vlny, a teda komunikovať.

Existujú dva hlavné spôsoby prenosu vĺn — optickým vláknom a celulárnymi vežami (cez satelitné spojenie). Optické vlákna sú dlhé tenké sklenené tyčinky s hrúbkou menšou ako ľudský vlas. Svetlo je obmedzené v tyči kvôli fenoménu úplného vnútorného odrazu. Keď svetlo prechádzajúce z hustejšieho média do média s menšou hustotou (napríklad zo skla do vzduchu) dopadne na povrch medzi dvoma priehľadnými médiami pod kritickým uhlom, úplne sa odrazí späť do hustejšieho média. Týmto spôsobom sú elektromagnetické vlny zachytené vo vnútri vlákna a šíria sa po jeho dĺžke. Spájanie alebo spájanie stoviek tisíc kilometrov vlákien dohromady a ich pochovanie pod zemou alebo pod hladinou mora umožňuje komunikáciu po celom svete. Elektromagnetické vlny používané na komunikáciu (infračervené vlny) sú generované lasermi a majú o niečo väčšiu vlnovú dĺžku ako viditeľné svetlo, takže sú pre nás neviditeľné.

Sieť optických vlákien v Indii bola iniciovaná spoločnosťou VSNL av súčasnosti ju vlastní a vyvíja spoločnosť Tata Communications. Všetci poskytovatelia internetových služieb sa nejakým spôsobom pripájajú k tejto sieti „Tier 1“ a nakoniec k vám domov. Tieto sekundárne spojenia nie sú nevyhnutne optické a zahŕňajú niekoľko elektrických komponentov. (Poznámka: Elektrické káble prenášajú skôr elektróny ako elektromagnetické vlny, ale to je téma na iný deň!) Elektrické komponenty sú potrebné aj pozdĺž celej siete optických vlákien na zosilnenie a zapnutie a vypnutie svetla pre digitálnu komunikáciu.

Monzúnové dažde môžu prerušiť túto podzemnú sieť mnohými spôsobmi. Kombinácia vody presakujúcej do zeme a zosuvov pôdy môže poškodiť rôzne elektrické komponenty v sieti alebo spôsobiť fyzické poškodenie na miestach, kde sú vlákna navzájom spojené.

K podobnému poškodeniu alebo výpadkom prúdu môže dôjsť aj na medziľahlých miestach, kde sa váš miestny poskytovateľ služieb pripája k optickej sieti Tier 1 a potom k vám domov. Vlákno má jadro, plášť a plastový ochranný povlak a je držané vo vodotesnom ochrannom obale, takže prenos signálu je najmenej ovplyvnený dažďom. Povlak sa odstráni pri spájaní dvoch vlákien. Na miestach, kde vlákna začínajú alebo končia (známe ako „splice boxy“), existuje možnosť, že vlákna budú vystavené dažďovej vode, čo spôsobí zníženie sily signálu. Molekuly vody si navyše môžu nájsť cestu cez mikrotrhlinky vo vláknach, čo nakoniec ovplyvní životnosť vlákna.

Nenechajte si ujsť Vysvetlené | 13 vzduchových bublín v Indii a kto môže cestovať do týchto krajín

Mobilné telefóny v daždi

Keď je váš mobilný telefón pripojený k internetu, elektromagnetické vlny sa šíria z vášho zariadenia vzduchom do mobilnej veže. Môžete si to predstaviť ako obrovskú anténu. Elektróny v tejto anténe sa odrážajú hore a dole. Keď to urobia, produkujú svoje vlastné elektromagnetické vlny, ktoré putujú do centrálneho miesta spravovaného vaším poskytovateľom služieb. Na tomto mieste sa vlny nejakým spôsobom „spracujú“ a odošlú sa buď do siete optických vlákien (internet) alebo iného telefónu (telefonát, textová správa atď.).

Môžu sa vyskytnúť rôzne druhy spracovania. Napríklad jeden dôležitý rozdiel medzi elektromagnetickými vlnami vyžarovanými z vášho telefónu a tými z lasera, ktorý sa šíri v optickom vlákne, je vlnová dĺžka. Rádiové vlny vysielané a prijímané vaším telefónom sú približne meter dlhé. Naproti tomu infračervené vlny, ktoré prechádzajú sieťou vlákien, majú dĺžku približne milióntinu metra. Všimnite si, že ani jedna z týchto vlnových dĺžok neovplyvňuje elektróny vo vašom oku, pretože nejde o viditeľné vlnové dĺžky (dlhé okolo 500 miliardtín metra).

Správa z vášho telefónu musí byť nejakým spôsobom „preložená“ z rádia na infračervené vlny. Ak ste používali Morseovu abecedu, možno by ste si predstavovali, že rádiové vlny zistené vaším poskytovateľom sa zapínajú a vypínajú a obsahujú vašu správu. Laser spravovaný vaším poskytovateľom musí byť vyrobený tak, aby produkoval rovnakú sekvenciu zábleskov, ktoré prechádzajú cez optickú sieť.

Dôvody prerušenia tohto komunikačného reťazca počas monzúnu sú odlišné v porovnaní so sieťou z optických vlákien.

Rádiové vlny, ktoré sa pohybujú medzi vaším telefónom a vežou mobilného telefónu, môžu spôsobiť, že sa elektróny v kvapkách vody krútia a prerušujú komunikáciu. Veľkosť a počet dažďových kvapiek znižuje intenzitu signálu v dôsledku rozptylu rádiových vĺn, zatiaľ čo vodná para v atmosfére pohlcuje rádiové vlny a premieňa ich na teplo (ako vo vašej mikrovlnnej rúre).

Okrem toho silný monzúnový dážď, vietor a blesky môžu spôsobiť poškodenie bunkových veží, čo má za následok prerušenia v oblasti, ktorú pokrývajú. Všimnite si, že aj preto sa v niektorých oblastiach ocitnete bez signálu – v blízkosti nie je žiadna mobilná veža. Ale možno najčastejšou príčinou prerušenia je „zaseknutie“. Keď sa príliš veľa ľudí pokúša komunikovať cez miesta spracovania signálu súčasne, niektoré správy sa stratia.

Dostať tento obľúbený meme z počítača jeho autora do vášho je preto snaha, ktorá zahŕňa elektromagnetické vlny, ktoré cestujú mnoho tisíc kilometrov. Je to mimoriadny úspech modernej vedy a zdalo by sa úžasné, že vôbec funguje! Možno to môže trochu zmierniť vašu frustráciu, keď vám nabudúce vypadne internet počas búrky!

Zdieľajte So Svojimi Priateľmi: