คลื่นวิทยุทำงานอย่างไร

EM หรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า สนามเหล่านี้เดินทางเป็นคลื่นตั้งฉากซึ่งกันและกันและสามารถจำแนกได้ตามความยาวคลื่นซึ่งเป็นระยะห่างระหว่างยอดของคลื่นสองคลื่น ประเภทของรังสี EM ที่มีความยาวคลื่นยาวที่สุดคือคลื่นวิทยุ เมื่ออนุภาคเร่งความเร็ว หรือเปลี่ยนความเร็วหรือทิศทาง พวกมันจะปล่อยรังสี EM ออกตลอดสเปกตรัม รวมถึงคลื่นวิทยุที่มีความยาวคลื่นยาว มีห้าวิธีทั่วไปที่สิ่งนี้เกิดขึ้น

วัตถุสีดำคือวัตถุที่ดูดซับแล้วปล่อยรังสีออกมาอีกครั้ง เมื่อวัตถุถูกทำให้ร้อน อะตอมและโมเลกุลของวัตถุจะเคลื่อนที่ ซึ่งทำให้เกิดการแผ่รังสี EM โดยจะมีจุดสูงสุดที่จุดที่แตกต่างกันไปตามสเปกตรัม EM ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนโลหะที่ร้อนจะรู้สึกอุ่นหรืออินฟราเรดก่อน จากนั้นจึงเรืองแสงเมื่อเข้าสู่ส่วนแสงที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม ที่อุณหภูมิต่ำกว่ามาก รังสีที่ความยาวคลื่นวิทยุจะถูกปล่อยออกมา

เมื่ออิเล็กตรอนในอะตอมของแก๊สหลุดออกหรือถูกถอดออก พวกมันจะถูกแตกตัวเป็นไอออน เช่นเดียวกับการแผ่รังสีของวัตถุสีดำ เป็นอีกรูปแบบหนึ่งของการปล่อยความร้อน สิ่งนี้ทำให้อนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ในก๊าซไอออไนซ์ซึ่งเร่งอิเล็กตรอน อนุภาคที่เร่งความเร็วจะปล่อยรังสี EM และเมฆก๊าซบางส่วนจะปล่อยมันที่ความยาวคลื่นวิทยุ เช่น ใกล้กับบริเวณที่ก่อตัวดาวฤกษ์ หรือนิวเคลียสของดาราจักรที่ทำงานอยู่ สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าการปล่อย "ฟรี" และ "bremsstrahlung"

การปล่อยความร้อนประเภทที่สามคือการปล่อยเส้นสเปกตรัม เมื่ออิเล็กตรอนในอะตอมเปลี่ยนจากระดับพลังงานสูงไปเป็นพลังงานต่ำ โฟตอน ซึ่งเป็นหน่วยพลังงานไร้มวลที่คิดว่าเทียบเท่ากับคลื่นก็จะถูกปล่อยออกมา โฟตอนมีพลังงานเท่ากันกับความแตกต่างระหว่างระดับสูงและระดับต่ำที่การเลือกตั้งกำลังเคลื่อนไปมา ในอะตอมบางตัว เช่น ไฮโดรเจน โฟตอนจะถูกปล่อยออกมาในบริเวณคลื่นวิทยุของสเปกตรัม EM - 21 เซนติเมตร ในกรณีของไฮโดรเจน

นี่เป็นรูปแบบการปล่อยก๊าซที่ไม่ใช่ความร้อน การปล่อยซิงโครตรอนเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคถูกเร่งด้วยสนามแม่เหล็ก โดยปกติ อิเล็กตรอนจะมีประจุ เนื่องจากมีมวลน้อยกว่าโปรตอนจึงมีความเร่งได้ง่ายกว่า ทำให้ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กได้ง่ายขึ้น อิเล็กตรอนหมุนไปรอบ ๆ สนามแม่เหล็กโดยปล่อยพลังงานออกมา ยิ่งพลังงานเหลือน้อยลง วงกลมรอบสนามก็จะยิ่งกว้างขึ้น และความยาวคลื่นของการแผ่รังสี EM ที่ปล่อยออกมาก็จะยิ่งยาวขึ้น ซึ่งรวมถึงความยาวคลื่นวิทยุด้วย

Masers เป็นรังสีที่ไม่ใช่ความร้อนอีกประเภทหนึ่ง คำว่า "maser" แท้จริงแล้วเป็นคำย่อของคลื่นไมโครเวฟโดยการกระตุ้นการปล่อยรังสี คล้ายกับเลเซอร์ ยกเว้นว่า maser จะขยายการแผ่รังสีที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า maser เกิดขึ้นเมื่อกลุ่มของโมเลกุลได้รับพลังงานแล้วสัมผัสกับความถี่ของการแผ่รังสี สิ่งนี้ทำให้พวกเขาปล่อยโฟตอนวิทยุ หากแหล่งพลังงานให้พลังงานแก่โมเลกุลอีกครั้ง จะเป็นการรีเซ็ตกระบวนการ และปล่อยเมเซอร์ออกมาอีกครั้ง