¿Cómo pueden recibir la misma señal de radio cientos de receptores sin ninguna pérdida?

En el suministro eléctrico, cada casa conectada a la red consume una cierta cantidad de energía lo que deja menos energía a consumir para el resto de las casas.

De manera similar, cuando una estación de radio transmite una señal de radio y el receptor la recibe, ¿disminuye la potencia de la señal emitida? O, en otras palabras, ¿la señal se vuelve más débil a medida que más y más receptores la captan? ¿Cómo pueden miles de receptores captar la misma señal de radio?

La potencia recibida es mucho menor que la potencia transmitida. La gran mayoría de la energía transmitida es absorbida por la tierra, los edificios, la atmósfera o se irradia al espacio.
Tesla pensó que si transmitía energía desde una antena en la superficie de la Tierra, solo otras antenas en la superficie de la Tierra podrían capturarla. Por lo tanto, pensó que podía transmitir energía desde un generador a los clientes con una eficiencia comparable a la de una línea de transmisión por cable. Entonces, estás en compañía de un genio que hace esta pregunta. Sin embargo, Tesla se equivocó aquí.
¿Un faro parece más tenue solo porque hay un montón de otros barcos que también ven su luz?
@JohnDoty Tesla no tenía ese concepto erróneo. Su idea no era solo transmitir ondas de radio. Uno de los enfoques que probó fue el acoplamiento de campo cercano, que se usa hoy en día para la carga inalámbrica. Otro fue utilizar la cavidad resonante formada por el suelo y la ionosfera. Esta fue una mala idea por muchas razones, pero no por la que cita.
@elliot De hecho, no tenía la intención de transmitir ondas de radio en absoluto. Negó que el trabajo de Hertz sobre electromagnetismo fuera relevante. Era el maestro de la inducción, pero una vez que entró en juego la corriente de desplazamiento, sus métodos intuitivos fallaron.
Es como el sol y los paneles solares. ¿El uso de paneles solares cambia la fuerza del sol? No, el sol brillará en todo, y si hay un panel solar en el camino, no hay diferencia para el sol. Del mismo modo, el transmisor de radio transmitirá en todo su radio. Si sucede que hay una radio en un lugar determinado, el transmisor no lo sabe ni le importa.
@jasonharper, para ser justos, parece un poco más tenue si estás detrás de uno de esos barcos...
El hecho de que la mayor parte de la energía transmitida sea absorbida por el medio ambiente o escape al espacio hace posible la comunicación por radio. Si siguiera traqueteando en el entorno terrestre hasta que fuera absorbido por un receptor de radio, la interferencia sería un desastre. La radio AM en la noche, donde las estaciones distantes a menudo interfieren con las locales porque la absorción atmosférica disminuye, da una pequeña pista del problema.
@jason, ¿una galaxia parece más tenue solo porque hay un montón de pozos de gravedad y agujeros negros que también ven su luz?
Escuché rumores de que si vives cerca de un transmisor potente, especialmente de onda larga, es posible tener antenas sintonizadas que puedan captar suficiente energía para encender las bombillas. Y que esto se consideró robo de energía. También las estufas de leña podían funcionar como receptores de AM. La verdad de esto es cuestionable, tal vez fui demasiado crédulo cuando era niño...

Respuestas (8)

... sin ninguna pérdida en él ...

Primero, la física dice que debe haber alguna pérdida, porque la energía se recibe en la antena y está disponible para ser consumida por el receptor.

... ser recibido por cientos de receptores ...

Porque la cantidad de potencia recibida por una antena receptora típica es minúscula en comparación con la cantidad que se transmite.

Consideremos un intercambio no atípico sobre la radioafición. Envío un mensaje a alguien en código Morse, usando un transmisor de 100W. Suponga que alguien necesita recibir al menos -100dBm para entender mi señal*. Eso es 10 − 13 W -- menos de un picovatio, y 10 − 15 veces más pequeño que la señal que transmití.

No hay tanta gente en todo el mundo, y quizás no en toda la historia del mundo, y eso es con una potencia de transmisión muy modesta de 100 W. Cambie mi transmisión de radioaficionado de 100 W por una estación AM o FM que transmite decenas o cientos de kilovatios, y creo que puede ver que, si bien la eficiencia energética de la transmisión de radio puede ser deficiente, aún puede llegar a muchas personas con él.

* Me estoy sacando números de la cabeza, pero eso implica un receptor bastante pobre.

Y mucha gente usa 5W o menos para comunicarse entre continentes...
Sí. En un buen día, en la frecuencia correcta, 5W hará llegar tu señal a todo el mundo.
Creo que lo principal que falta en esta respuesta es explicar que el receptor generalmente tiene que amplificar la pequeña señal que recibe y, para hacerlo, necesita su propia fuente de energía, esa energía no proviene del transmisor.
Las radios de cristal @crobar no. Nfc no.
Tim, entonces, ¿por qué necesitamos 100 W o kilovatios si el receptor solo necesita una fracción de una fracción?
Ese es un buen tema para una pregunta independiente. La respuesta corta es que su sistema necesita superar la pérdida de ruta para obtener suficiente energía en el receptor para superar el ruido. Los receptores más baratos y los sistemas de mayor ancho de banda necesitan más potencia en la antena receptora y, por lo tanto, necesitan más potencia en la antena transmisora.
@Passerby: Principalmente porque es tecnología primitiva. El WiFi moderno utiliza la formación de haces para enviar la energía donde se necesita.
@MSalters Sí, primitivo, pero la complejidad del circuito es un orden de magnitud menor. WiFi con formación de haces necesita miles de millones de transistores integrados en circuitos integrados altamente complejos que realizan una cantidad ridícula de procesamiento de señales. Por lo tanto, la eficiencia energética conlleva un alto costo en complejidad. Como siempre, es una cuestión de compensaciones. Aunque primitivo, AM TX-RX se puede construir con un par de transistores y un montón de pasivos, y si simplemente quiere código morse, ¡ni siquiera necesita una etapa de audio de alta fidelidad o un gran ancho de banda!
@Passerby jeez o, solo agregue la palabra 'típicamente' a mi declaración entonces. Esos son atípicos y probablemente no ayuden a la comprensión del autor de la pregunta.

Tienes razón... pero

Pongamos algunos números a esto. 3 mV (70dBuV) es una buena señal fuerte en un receptor de FM, en la entrada de 300 ohmios (antena dipolo). Esa es una corriente de 10uA o una potencia de 30nW, por lo que un transmisor de 1W perfectamente eficiente podría alimentar 33 millones de tales radios.

El transmisor de FM que cubre Londres, en Wrotham en Kent, transmite 125kW en cada estación principal de la BBC, cubriendo un área de servicio de entre 50 y 100 millas de radio.

Si hubiera 33 millones de radios dentro de esa área de servicio, sus antenas consumirían 1 W de esa potencia, dejando 124 999 W para disiparse en el campo y en el espacio.

Alternativamente, si pudiera meter 4,125 billones de radios en el sureste de Inglaterra, lo suficientemente cerca como para ver una señal de 70dBuV, consumirían toda la potencia del transmisor de 125kW en esa frecuencia. Pero eso es más de 500 receptores de radio por cada persona en la Tierra, suponiendo que todos quieran escuchar la misma estación.

Gracias por dar números concretos. ¡No tenía idea de que la buena y vieja radio transmite tal cantidad de energía!
Hay transmisores de AM más grandes, como los de 500kW en Droitwich.
Esto necesita más votos. Me gustó el humor. Podría valer la pena mencionar a aquellos que se hacen esta pregunta que el resto se absorbe en todas partes como calor (eventualmente, después de muchas reflexiones y difusiones parciales).
@MisterMystère En realidad, no todo se disipa en forma de calor... como señaló Carl Sagan en "Contacto", los Juegos Olímpicos de 1936 televisados ​​desde Berlín están a unos 86 años luz de distancia (y está bien, tal vez imposiblemente débiles para recibir por cualquier receptor de nuestro ideando)
Lo harán, eventualmente. El destino de cada onda es reflejarse, difractarse o absorberse (como calor). Si aún no se ha absorbido, simplemente sigue "vivo".

Si imaginas la señal de radio como el sol y cada persona como una radio. Solo se atenúan los que están en el interior o detrás de la sombra de alguien en el suelo (pero no completamente en la oscuridad)

¿Por qué no millones de radios? Mismos resultados.

La diferencia es que la pérdida de distribución de la red es por calor de {Pd= resistencia * corriente²} en un bucle de regreso a la fuente.

En las señales de radio AM/FM, es unidireccional y se irradia a través del aislamiento. El aire es un aislante dieléctrico no muy diferente al vacío espacial excepto por la humedad y las pérdidas por reflexión de la atmósfera. Entonces, desde una fuente de línea vertical, se transmite horizontalmente con una pérdida inversa de distancia² en el aire.

La antena receptora no aporta ninguna pérdida al resto del aire. (solo en ese minúsculo espacio que ocupa y una sombra atenuada debajo)

Debe capturar el campo E eléctrico RF modulado creado por este transmisor. Este campo E se mide en uV/m y tiene la impedancia del espacio libre. La antena debe tratar de igualar eso para capturar esta pequeña señal, luego filtrar y luego amplificar y filtrar 3 veces para rechazar todas las demás señales.

“La antena receptora no aporta ninguna pérdida al resto del aire”. La conservación de la energía dice que sí. Si bien la potencia que capta una antena es minúscula, sigue siendo una cantidad finita de potencia que podría haber continuado irradiando más allá de la antena si la antena no hubiera estado allí. Entonces, según una de las leyes más fundamentales de la física, sí, la antena receptora contribuye con alguna pérdida de señal.
@TimWescott sí, eso es como comparar la energía de una pulga con la de un elefante o decir que cada buje de torre también absorbe pérdidas en la red, lo cual también es cierto pero irrelevante
Ciertamente no discutiría con decir que la antena receptora contribuye con una cantidad de pérdida completamente insignificante , pero límite yo o s s → 0 norte mi gramo yo i gramo i b yo mi yo o s s es un no-número bastante significativo.
Ha habido casos judiciales en los que las personas operaron lámparas fluorescentes cerca de fuertes torres de radio desde antenas ...
@rackandboneman Puedo respetar eso, pero esperaría que el problema no sea la absorción de energía a la luz sino el reflejo de EMI distorsionada cerca de la torre que afecta la calidad móvil del suscriptor. Puede hacer todo lo que quiera con una red HVAC y no les importará. El factor más probable son las demandas de usuarios inseguros ignorantes, por lo tanto, los litigios. Si mis suposiciones son incorrectas. Haz enlaces. youtube.com/watch?v=L50x35df2nI&t=85s
@TonyStewartEE75 estas historias se contaron antes de Internet y tenían que ver con la transmisión de radio, no con la infraestructura de telefonía celular...
@rackandboneman En ese entonces, la gente estaba preocupada por los problemas de absorción de RF en el tejido y mi enlace muestra lo que sucede cuando se concentra y por qué se usan cercas. Entonces, sospecho nuevamente que las razones del litigio no fueron por el robo de energía de RF, sino por otras razones, como la opinión pública sobre las implicaciones financieras y de seguridad.
@TonyStewartEE75: La conservación de energía dice que un dispositivo que recibe energía de una señal de radio necesitaría reducir el total (energía disipada como calor en el aire y la tierra, más energía disipada en el espacio, más energía disponible para otros dispositivos), pero es posible que un dispositivo que recibe 1uW de energía podría reducir la cantidad de energía disipada inútilmente en más de 1uW, y así aumentar la cantidad de energía útil disponible.
La recepción de la línea de sitio de @supercat desde una torre hasta el suelo significa que la energía, en lugar de ser absorbida por el suelo, simplemente es desplazada por la absorción de radio, por lo que sus suposiciones implican que una radio afecta el nivel de señal de otra en una ruta diferente. Esta es una lógica falsa. de usar CoE. Es como decir, si tenemos más paneles solares que cubran la tierra, el sol será menos brillante y los fotovoltaicos tendrán una producción menor.
@TonyStewartEE75: la propagación de la señal de radio no se limita a una sola ruta de línea de visión. Si cualquier ruta de señal entre un transmisor y un receptor pasa cerca de otra antena (dentro de una longitud de onda más o menos), sería posible que la antena desviara ligeramente parte de la señal, de manera que podría aumentar o disminuir la cantidad capturada por la antena. receptor.
Sí, significa que los amantes del sol no deben estar a la sombra de árboles u otros y siempre habrá reflejos por dispersión o difusión de objetos reflectantes. Pero, ¿son las sombras o los reflejos significativos para esta pregunta? de 100 receptores que afectan a la potencia de emisión recibida...

En ambos casos (red eléctrica y radio), la energía es transportada por campos electromagnéticos.

Los cables en la red eléctrica actúan como guías de ondas. El campo eléctrico (voltaje) existe principalmente entre los cables Vivo y Neutro y la corriente fluye en los cables. Piense en las guías de onda como tuberías que guían una onda electromagnética hacia donde queremos que vaya. Tienen un poco de fugas, parte del campo electromagnético sale , pero la mayor parte de la energía va a donde se supone que debe ir. Y la parte importante con respecto a su pregunta es que si no hay carga enchufada al final de la línea, la energía no se desperdicia.

Por otro lado, una antena de radio transmisora ​​se parece más a una manguera contra incendios que rocía energía electromagnética. La forma y la orientación de la antena controlarán el patrón y la dirección del rocío, pero una vez que las ondas salen de la antena y se propagan en el espacio libre, ya no hay guía de ondas. Rebotarán y se difractarán alrededor de los obstáculos, y la mayoría de ellos terminarán absorbidos por el suelo, los edificios, las nubes o se dispararán en el espacio. Las antenas receptoras solo captarán la fracción del campo electromagnético que pueden captar, estén donde estén.

Entonces, la distinción importante es que, con una antena transmisora, toda la potencia transmitida ya se gasta una vez que la onda sale de la antena. A menos que haya un gran reflector frente a él para enviar la energía de regreso a la antena, nunca regresa. Simplemente se propaga lejos. Entonces, si coloca una antena receptora en algún lugar, recibirá parte de ella, ya sea que la radio receptora esté encendida o apagada, eso no importa. Si quita la antena, las ondas que habría captado seguirán y terminarán siendo absorbidas en otro lugar. El transmisor no puede "saber" si su señal terminó en su antena o en un árbol.

La única forma de "robar" la señal de otra persona sería tener condiciones que conduzcan a la propagación en línea recta y colocar un objeto significativamente más grande que la longitud de onda entre el transmisor y el otro tipo. Si este objeto es una antena receptora o cualquier otra cosa, es irrelevante: si absorbe las ondas de radio o las refleja en otra dirección, creará una "sombra" y un receptor colocado en esta sombra obtendrá menos intensidad de señal.

Para mantener la analogía del agua, si llueve y pones un balde afuera, obtendrás un poco de agua. Pero no estás influyendo en la cantidad de agua que recibe el balde de otra persona, a menos que pongas el tuyo encima del de ellos.

"Los cables de la red eléctrica actúan como guías de ondas". Esto no es correcto. Si este fuera el caso, entonces no habría forma de que fluya la corriente continua.
“En ambos casos (red eléctrica y radio), la energía es transportada por ondas electromagnéticas”. Esta afirmación no es cierta en lo que respecta a la red eléctrica.
Edité para reemplazar "ondas" por "campos". ¿Te gustaría explicar cómo se transporta la corriente continua si no es por campos electromagnéticos?
Entonces tenemos un cable que transporta corriente continua desde una batería a una carga: una resistencia. La corriente fluye a través del cable, ¿verdad? Pero si mide la diferencia de voltaje entre la batería y el lado de carga del cable, a lo largo del cable, ¿qué mide? Cero, ¿verdad? Así que no hay campo electromagnético en esa dirección, a lo largo del cable.

Una parte interesante de las antenas es que si dos o más antenas (elementos) están más juntas que una fracción de longitud de onda, se influyen entre sí a través de efectos de acoplamiento mutuo.

El resultado de esta interacción es que tener dos antenas juntas no da como resultado el doble de energía recolectada. Mirando esto de manera cualitativa, la antena (elementos) "comparten" la energía de RF que incide sobre ellos. Hasta cierto punto, una antena (elemento) le está robando energía a la otra.

Para reunir más potencia, las antenas deben estar separadas por aproximadamente la mitad de la longitud de onda o más, aumentando así la apertura total.

Esto es diferente a la luz, porque casi siempre, cuando tratamos con luz, usamos dispositivos (espejos, lentes, fotocélulas, etc.) que son muchas veces más grandes en tamaño que la longitud de onda de la luz.

La forma del elemento de la antena es básicamente magia negra.

En primer lugar, recuerde que está comparando fotones (EM transmitidos) con electrones (la red eléctrica). Esto es importante.

Permítanme usar un par de metáforas.

Al extraer energía de una red eléctrica, es como extraer agua de una piscina. La tubería individual puede extraer muy poca agua y el resultado puede ser difícil de detectar, pero el volumen de agua en la piscina disminuye debido a la tubería, sin importar dónde se encuentre la tubería.

Pero eso no refleja fácilmente cómo funciona la transmisión EM. Un receptor de radio no extrae energía de una piscina (más o menos, llegaré a eso). Imagine, en cambio, un globo inflado. El "receptor" es un punto del globo que disfruta del beneficio de la porción de energía que recibe un punto a medida que se expande todo el globo. El hecho de que el único punto disfrute de esa parte del todo no afecta a ningún otro punto de la superficie del globo disfrutando de su parte de la energía necesaria para inflar el globo.

Dejando de lado las metáforas

Cuando un transmisor envía energía, la energía entregada a la antena es la clasificación (por ejemplo, 50 kw). Esa energía se expande lejos de la antena (simplificando mucho las cosas ) en todas las direcciones, y cada pequeño punto a lo largo de la esfera de esa expansión transporta una parte de la energía de 50 kw. El receptor captura esa pequeña cantidad, lo que no tiene impacto en su vecino de al lado porque está recibiendo su pequeña cantidad en un punto diferente a lo largo de la superficie de la expansión.

Por lo tanto, no importa (nuevamente, de manera muy simplista) cuántos receptores hay. Todos capturan su pequeña porción.

Donde puede tener problemas es cuando dos receptores están demasiado cerca, lo que interfiere con la capacidad de capturar la energía desde un solo punto a lo largo de la expansión. Esto se debe a que los receptores no son infinitamente pequeños, pero esa es otra historia.

Sí, pero cuando pienso en esas metáforas, en realidad no funcionan, ¿verdad?

Por supuesto que no. Ese es el problema con las metáforas. Lo que no te das cuenta es que no puedes comparar fotones con electrones. Puede, por ejemplo, alejar un electrón proporcionando un camino de menor resistencia, robando así la electricidad a su vecino. Pero no puedes alejar un fotón así. Básicamente, va en línea recta desde la antena transmisora ​​hasta que golpea algo por lo que no puede moverse, como una antena receptora.

De la misma manera, puede hablar en una habitación y todos en la habitación lo escucharán independientemente de cuántas personas haya en la habitación. ¿Tu profesor suena más bajo cuando la asistencia es mayor?

Creo que esta podría ser una mala respuesta, porque el profesor en realidad sonaría más bajo, tanto por la parte irrelevante (la parte del cuerpo de las personas que no es el oído absorbe el sonido que de otro modo se habría reflejado) y la parte relevante (los tímpanos absorben el sonido )
Es una analogía simplificada, te estás perdiendo el punto a propósito.
Es una comparación válida para la propagación de ondas.
@ BeB00: una mejor analogía de RF para eso podría ser una habitación con un montón de absorbente de RF.
@ BeB00 Eso también es cierto con antenas y radios. Pero el efecto es tan pequeño que es insignificante.
@ user253751 ese es exactamente mi punto, esta analogía es engañosa porque tener personas en la sala en realidad tiene un efecto notable; creo que las otras respuestas de analogía aquí son significativamente mejores
@shredder una analogía simple no es apropiada para una pregunta que solicita una respuesta detallada. Especialmente cuando es pobre
El sonido ambiental aumenta. Aumenta la absorción y la reflexión. La distancia aumenta. ¿Por qué cree que las salas de conferencias abarrotadas suelen necesitar un micrófono con alimentación? Si quieres que te escuchen en una sala llena de gente, tienes que subir el volumen...
Sin faltarle el respeto a OP, pero su pregunta es tan increíblemente básica que este nivel de analogía es suficiente. Literalmente, piensan que las ondas de radio se transmiten individualmente a cada receptor como un cable, y no se transmiten en un gran círculo similar a una persona que habla en el medio de una habitación. Eso es todo lo que estaba tratando de transmitir, conexión directa versus transmisión, y esa idea por sí sola soluciona completamente su comprensión. No tengo idea de cómo o por qué todos ustedes decidieron convertir esto en olimpiadas de pedantería, pero medallas de oro para todos por eso.

En última instancia, TODA la radiación electromagnética es absorbida por algo o sale al espacio. Al transmisor no le importa ni sabe qué está absorbiendo la potencia que está enviando.

Los receptores absorben solo una pequeña fracción de la potencia de la fuente, y esta pequeña señal es potenciada por un amplificador en la radio. El amplificador tiene que suministrar energía para hacer esto, generalmente procedente de la red eléctrica o de las baterías.

Esta es la razón por la que la radio funciona sin cables, pero la transmisión de una cantidad razonable de energía necesita cables. Donde se le puede entregar una gran proporción de la energía sin que sea absorbida o desviada por otras cosas en el camino.

Otra forma de pensarlo es, imagina que usas más y más receptores, hasta que uno encierra efectivamente el transmisor en una esfera de metal hueca hecha de receptores. Esto absorberá todo el poder, y cualquier receptor fuera de la pelota no recibirá nada. Básicamente, llegas a un límite en el que no puedes colocar más receptores alrededor de la fuente, y absorben toda la energía, dividiéndola entre ellos.

¿Cómo pueden recibir la misma señal de radio cientos de receptores sin ninguna pérdida?
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