En ekspert forklarer: Hvorfor bliver en internetforbindelse upålidelig i regnvejr?

Hvorfor bliver din internetforbindelse upålidelig, og din mobiltelefon begynder at give problemer, når det regner? Årsagen ligger i den elektriske krafts natur - og de måder, hvorpå dårligt vejr forstyrrer dens funktion.

På en vej i New Delhi den 28. august 2020. (Ekspressfoto: Amit Mehra)

Da monsunen officielt begynder at trække sig tilbage, vil mange i Indien se frem til en vis lettelse fra et fænomen, som de er kommet til at forvente, når det regner: Internetforbindelser bliver ustabile, og mobiltelefonnetværk forringes. Hvorfor sker dette?

I 1860'erne forudsagde den skotske fysiker James Maxwell eksistensen af ​​en ny slags 'elektromagnetiske' bølger, der rejser med en hastighed på ~300 millioner meter/sekund. Et par årtier senere verificerede Heinrich Hertz Maxwells teori eksperimentelt, og i 1895 demonstrerede Sir Jagadish Chandra Bose for første gang trådløs kommunikation med elektromagnetiske bølger over en afstand på 23 meter i Calcutta, hvilket etablerede grundlaget for et moderne kommunikationssystem.

For at forstå, hvordan vi kommunikerer eller sender beskeder i dag via internettet på tværs af kontinenter – og derefter hvordan denne kommunikation forstyrres – skal vi først forstå den grundlæggende karakter af elektrisk kraft.

Varun Makhija er assisterende professor i fysik ved University of Mary Washington.

Elektroner i kommunikation

Der er tre grundlæggende byggeklodser eller 'legoklodser', som naturen bruger til at lave alt stof - to slags kvarker og elektronen. Til vores formål skal vi kun diskutere elektronen.

Alt stof består af mange, mange elektroner. Ligesom de andre legoklodser har elektroner en egenskab kaldet masse, som angiver, hvor stærkt tyngdekraften virker på dem, og derfor er direkte relateret til deres vægt.

En anden egenskab ved elektroner kaldet elektrisk ladning angiver, hvor stærkt den elektriske kraft virker på dem. Elektronens ladning bestemmer også styrken af ​​den elektriske kraft, de anvender på andre genstande, der også har en ladning (som de to andre legoklodser, for eksempel). Denne kraft virker ligesom tyngdekraften på afstand. Så to elektroner adskilt af en lang afstand påfører elektriske kræfter uden nogensinde at komme i kontakt. Da en elektron er ladet, er rummet omkring den fyldt med et elektrisk felt.

Hvis du forestiller dig, at en elektron lever i et hav, den skaber, kan du, hvis du vrikker med elektronen, igangsætte en bølge i dette hav. Dette svarer til at kaste en sten i en stille dam, hvilket skaber krusninger, der rejser væk fra den. Når denne bølge passerer en anden elektron, der tilfældigvis er i vores elektrons hav, vil denne anden elektron hoppe op og ned - som du måske gør, når en havbølge skyller ind over dig.

Sådan kommunikerer vi. En elektromagnetisk bølge initieres et eller andet sted ved at vrikke elektroner, som derefter skyller hen over elektroner på et fjerntliggende sted. Ordet 'signal' betyder specifikt elektromagnetiske bølger. Elektronerne i dine øjne kan også reagere på disse bølger, forudsat at bølgelængden - afstanden mellem toppe i bølgen - er inden for et bestemt område. I dette særlige bølgelængdeområde er elektromagnetiske bølger synlige for os; de er lette! Den mest basale form for langdistancekommunikation – at blinke med et stærkt lys og bruge morsekode – bruger overførsel af elektromagnetiske bølger fra et sted til et andet.

Express Forklareter nu tændtTelegram. Klik her for at deltage i vores kanal (@ieexplained) og hold dig opdateret med det seneste

Optiske fibre & regnen

Disse begreber ruster os til at forstå den eneste kommunikationsmåde, der betyder noget længere, internettet. Dette er i bund og grund et stort netværk af computere over hele verden, der kan overføre elektromagnetiske bølger til hinanden og derfor kommunikere.

john mayer nettoværdi

Der er to primære måder at transportere bølger på - med optisk fiber og cellulære tårne ​​(via satellitforbindelse). Optiske fibre er lange, tynde glasstænger af tykkelse mindre end menneskehår. Lys er begrænset i stangen på grund af fænomenet total intern refleksion. Når lys, der bevæger sig fra et tættere medium til et mindre tæt medium (for eksempel fra glas til luft), rammer overfladen mellem to transparente medier i en kritisk vinkel, reflekteres det fuldstændigt tilbage i det tættere medium. På denne måde fanges elektromagnetiske bølger inde i fiberen og bevæger sig ned langs dens længde. Splejsning eller sammenføjning af hundredtusindvis af kilometer fibre sammen og begravelse af dem under jorden eller under havets overflade tillader kommunikation over hele kloden. De elektromagnetiske bølger, der bruges til kommunikation (infrarøde bølger) er genereret af lasere, og har en lidt længere bølgelængde end synligt lys, så de er usynlige for os.

Det optiske fibernetværk i Indien blev initieret af VSNL og er i øjeblikket ejet og udviklet af Tata Communications. Alle internetudbydere forbinder på en eller anden måde til dette 'Tier 1'-netværk og i sidste ende til dit hjem. Disse sekundære forbindelser er ikke nødvendigvis optiske og involverer flere elektriske komponenter. (Bemærk: Elektriske kabler overfører elektroner frem for elektromagnetiske bølger, men det er et emne for en anden dag!) Elektriske komponenter er også nødvendige langs hele det optiske fibernetværk for at forstærke og slukke lyset til digital kommunikation.

Monsunregn kan afbryde dette underjordiske netværk på mange måder. Kombinationen af ​​vand, der siver ned i jorden, og jordskred kan skade de forskellige elektriske komponenter i netværket, eller forårsage fysiske skader på steder, hvor fibrene er splejset sammen.

Der kan også være lignende skader eller strømafbrydelser på mellemliggende steder, hvor din lokale tjenesteudbyder opretter forbindelse til det optiske niveau 1-netværk og derefter til dit hjem. Fiberen har en kerne, beklædning og plastisk beskyttende belægning og holdes i en vandtæt beskyttende indkapsling, så signaltransmissionen er mindst påvirket af regn. Belægningen fjernes ved sammenføjning af to fibre. På steder, hvor fibre begynder eller slutter (kendt som 'splejsningsbokse'), er der mulighed for, at fibre udsættes for regnvand, hvilket forårsager en reduktion i signalstyrken. Derudover kan vandmolekyler finde vej via mikrorevner i fibrene, hvilket i sidste ende påvirker fibrenes levetid.

Gå ikke glip af Explained | Indiens 13 luftbobler og hvem der må rejse til disse lande

Mobiltelefoner i regnen

Når din mobiltelefon er forbundet til internettet, rejser elektromagnetiske bølger fra din enhed gennem luften til et mobiltårn. Du kunne tænke på dette som en kæmpe antenne. Elektronerne i denne antenne hopper op og ned. Når de gør dette, producerer de deres egne elektromagnetiske bølger, som rejser til et centralt sted, der administreres af din tjenesteudbyder. På dette sted bliver bølgerne 'behandlet' på en eller anden måde og sendes enten til det optiske fibernet (internettet) eller en anden telefon (telefonopkald, sms osv.).

Der er forskellige former for behandling, der kan forekomme. For eksempel er en vigtig forskel mellem de elektromagnetiske bølger, der udsendes fra din telefon og dem fra laseren, der bevæger sig i den optiske fiber, bølgelængden. De radiobølger, der udsendes fra og modtages af din telefon, er cirka en meter lange. Derimod er de infrarøde bølger, der rejser gennem fibernettet, cirka en milliontedel meter lange. Bemærk, at ingen af ​​disse bølgelængder påvirker elektronerne i dit øje, da de ikke er synlige bølgelængder (omkring 500 milliardtedele meter lange).

På en eller anden måde skal beskeden fra din telefon 'oversættes' fra radio til infrarøde bølger. Hvis du brugte morsekode, forestiller du dig måske, at radiobølgerne, der er registreret af din udbyder, blinker til og fra og indeholder din besked. Laseren, der administreres af din udbyder, skal laves til at producere den samme sekvens af blink, som rejser gennem fibernettet.

Årsagerne til afbrydelse i denne kommunikationskæde under monsunen er forskellige sammenlignet med det optiske fibernetværk.

Radiobølgerne, der bevæger sig mellem din telefon og mobiltårnet, kan få elektroner i vanddråber til at vrikke og afbryde kommunikationen. Størrelsen og antallet af regndråber reducerer signalstyrken på grund af spredningen af ​​radiobølgerne, mens vanddamp i atmosfæren absorberer radiobølgerne og omdanner dem til varme (som i din mikrobølgeovn).

Ydermere kan kraftig monsunregn, vind og lyn forårsage skade på celletårne, hvilket resulterer i afbrydelser i det område, de dækker. Bemærk, at det også er grunden til, at du står uden signal i nogle områder - der er ingen mobilmaster i nærheden. Men den måske mest almindelige årsag til afbrydelse er 'jamming'. Når for mange mennesker forsøger at kommunikere gennem signalbehandlingssteder på samme tid, går nogle beskeder tabt.

At få det foretrukne meme fra forfatterens computer til din er derfor en indsats, der involverer elektromagnetiske bølger, der rejser mange tusinde kilometer. Det er en ekstraordinær præstation af moderne videnskab, og det ville virke fantastisk, at det overhovedet virker! Måske kan dette lette din frustration en smule, næste gang dit internet slukkes under et regnvejr!

Del Med Dine Venner: