Эксперт объясняет: почему интернет-соединение становится ненадежным во время дождя?

Почему во время дождя ваше интернет-соединение становится ненадежным, а ваш мобильный телефон начинает давать сбои? Причина кроется в природе электрической силы и в том, как плохая погода нарушает ее работу.

По дороге в Нью-Дели 28 августа 2020 г. (Экспресс-фото: Амит Мехра)

По мере того, как сезон дождей официально отступает, многие в Индии будут с нетерпением ждать некоторого облегчения от явления, которого они привыкли ожидать всякий раз, когда идет дождь: Интернет-соединения становятся нестабильными, а сети сотовой связи ухудшаются. Почему так происходит?

В 1860-х годах шотландский физик Джеймс Максвелл предсказал существование нового вида «электромагнитных» волн, которые распространяются со скоростью ~ 300 миллионов метров в секунду. Спустя пару десятилетий Генрих Герц экспериментально подтвердил теорию Максвелла, а в 1895 году сэр Джагадиш Чандра Боз впервые продемонстрировал беспроводную связь с электромагнитными волнами на расстоянии 23 метров в Калькутте, заложив основу современной системы связи.

Чтобы понять, как мы сегодня общаемся или отправляем сообщения через Интернет на разных континентах, а затем как это общение нарушается, нам сначала нужно понять фундаментальную природу электрической силы.

Варун Махиджа - доцент кафедры физики Университета Мэри Вашингтон.

Электроны в общении

Есть три основных строительных блока, или «кирпичиков Лего», которые природа использует для создания всей материи - два вида кварков и электрон. Для наших целей нам нужно обсудить только электрон.

Вся материя состоит из множества электронов. Как и другие кирпичи Lego, электроны обладают свойством, называемым массой, которое указывает, насколько сильно на них действует гравитационная сила, и, следовательно, напрямую связано с их весом.

Другое свойство электронов, называемое электрическим зарядом, показывает, насколько сильно на них действует электрическая сила. Заряд электрона также определяет силу электрической силы, которую он прикладывает к другим объектам, которые тоже имеют заряд (например, к двум другим кубикам Lego). Эта сила, как и сила тяжести, действует на расстоянии. Таким образом, два электрона, разделенные большим расстоянием, прикладывают электрические силы, не вступая в контакт. Поскольку электрон заряжен, пространство вокруг него заполнено электрическим полем.

Если вы вообразите, что электрон живет в океане, который он создает, вы можете, пошевелив электроном, вызвать волну в этом океане. Это похоже на бросание камня в тихий пруд, который создает рябь, уходящую от него. Когда эта волна проходит мимо другого электрона, оказавшегося в океане нашего электрона, этот другой электрон будет подпрыгивать вверх и вниз - как вы могли бы, когда океанская волна накрыла вас.

Так мы общаемся. Электромагнитная волна возникает в каком-то месте из-за покачивания электронов, которые затем омывают электроны в каком-то отдаленном месте. Слово «сигнал» конкретно означает электромагнитные волны. Электроны в ваших глазах также могут реагировать на эти волны при условии, что длина волны - расстояние между пиками волны - находится в определенном диапазоне. В этом конкретном диапазоне длин волн мы видим электромагнитные волны; они легкие! Самая основная форма междугородной связи - мигание ярким светом и использование кода Морзе - использует передачу электромагнитных волн из одного места в другое.

Экспресс объяснилсейчас наТелеграмма. Нажмите здесь, чтобы присоединиться к нашему каналу (@ieexplained) и будьте в курсе последних новостей

Оптические волокна и дождь

Эти концепции позволяют нам понять единственный способ коммуникации, который больше не имеет значения, - Интернет. По сути, это обширная сеть компьютеров по всему миру, которые могут передавать друг другу электромагнитные волны и, следовательно, обмениваться данными.

Есть два основных способа передачи волн - по оптоволокну и по вышкам сотовой связи (через спутниковую связь). Оптические волокна представляют собой длинные тонкие стеклянные стержни, толщина которых меньше толщины человеческого волоса. Свет удерживается в стержне из-за явления полного внутреннего отражения. Когда свет, переходящий из более плотной среды в менее плотную (например, из стекла в воздух), попадает на поверхность между двумя прозрачными средами под критическим углом, он полностью отражается обратно в более плотную среду. Таким образом, электромагнитные волны захватываются внутри волокна и распространяются по нему. Соединение или соединение сотен тысяч километров волокон вместе и закапывание их под землей или под водой позволяет осуществлять связь по всему миру. Электромагнитные волны, используемые для связи (инфракрасные волны), генерируются лазерами и имеют немного большую длину волны, чем видимый свет, поэтому они невидимы для нас.

Сеть оптического волокна в Индии была инициирована VSNL и в настоящее время принадлежит и разрабатывается Tata Communications. Все интернет-провайдеры тем или иным образом подключаются к этой сети «уровня 1» и, в конечном итоге, к вашему дому. Эти вторичные соединения не обязательно являются оптическими и включают несколько электрических компонентов. (Примечание: электрические кабели передают электроны, а не электромагнитные волны, но это тема для другого дня!) Электрические компоненты также необходимы вдоль всей оптоволоконной сети для усиления и включения и выключения света для цифровой связи.

Муссонный дождь может во многих отношениях нарушить работу этой подземной сети. Сочетание просачивания воды в землю и оползней может повредить различные электрические компоненты в сети или вызвать физическое повреждение в местах, где волокна соединены вместе.

Также могут быть аналогичные повреждения или перебои в подаче электроэнергии в промежуточных точках, где ваш местный поставщик услуг подключается к оптической сети уровня 1, а затем к вашему дому. Волокно имеет сердцевину, оболочку и пластиковое защитное покрытие и находится в водонепроницаемом защитном корпусе, поэтому на передачу сигнала меньше всего влияет дождь. Покрытие удаляется при соединении двух волокон. В местах начала или окончания волокон (известных как «соединительные коробки») существует вероятность того, что волокна попадут в дождевую воду, что приведет к снижению мощности сигнала. Кроме того, молекулы воды могут проникать через микротрещины в волокнах, что в конечном итоге влияет на срок их службы.

Не пропустите из объясненного | 13 пузырьков воздуха в Индии и кому разрешено путешествовать по этим странам

Мобильные телефоны под дождем

Когда ваш сотовый телефон подключен к Интернету, электромагнитные волны передаются от вашего устройства по воздуху к вышке сотовой связи. Вы можете думать об этом как о гигантской антенне. Электроны в этой антенне подпрыгивают вверх и вниз. При этом они производят собственные электромагнитные волны, которые перемещаются в центральное место, управляемое вашим поставщиком услуг. В этом месте волны каким-то образом «обрабатываются» и отправляются либо в волоконно-оптическую сеть (Интернет), либо на другой телефон (телефонный звонок, текстовое сообщение и т. Д.).

Могут происходить различные виды обработки. Например, одним из важных различий между электромагнитными волнами, излучаемыми вашим телефоном, и волнами лазера, распространяющимися по оптическому волокну, является длина волны. Радиоволны, излучаемые телефоном и принимаемые им, имеют длину около метра. Напротив, инфракрасные волны, проходящие по оптоволоконной сети, имеют длину примерно одну миллионную метра. Обратите внимание, что ни одна из этих длин волн не влияет на электроны в вашем глазу, поскольку они не являются видимыми длинами волн (около 500 миллиардных долей метра).

Каким-то образом сообщение с вашего телефона нужно «перевести» с радио на инфракрасные волны. Если бы вы использовали азбуку Морзе, вы могли бы представить, что радиоволны, обнаруженные вашим провайдером, включаются и выключаются, содержащие ваше сообщение. Лазер, которым управляет ваш провайдер, должен производить такую ​​же последовательность вспышек, которая проходит по оптоволоконной сети.

Причины прерывания этой коммуникационной цепи во время сезона дождей отличаются от причин, связанных с оптоволоконной сетью.

Радиоволны, распространяющиеся между вашим телефоном и вышкой сотовой связи, могут заставить электроны в каплях воды покачиваться, прерывая связь. Размер и количество капель дождя снижают мощность сигнала из-за рассеяния радиоволн, в то время как водяной пар в атмосфере поглощает радиоволны, превращая их в тепло (как в вашей микроволновой печи).

Кроме того, сильный муссонный дождь, ветер и молния могут вызвать повреждение вышек сотовой связи, что приведет к перебоям в работе в зоне, которую они покрывают. Обратите внимание, что именно по этой причине в некоторых районах вы оказываетесь без сигнала - поблизости нет вышки сотовой связи. Но, пожалуй, наиболее частой причиной прерывания является «заклинивание». Когда слишком много людей пытаются общаться через места обработки сигналов одновременно, некоторые сообщения теряются.

Таким образом, передача этого любимого мема с компьютера его автора на ваш - это работа, в которой электромагнитные волны распространяются на многие тысячи километров. Это выдающееся достижение современной науки, и казалось бы удивительным, что оно вообще работает! Возможно, это немного облегчит ваше разочарование в следующий раз, когда ваш Интернет отключится во время ливня!

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ: