Wie Teilchen-Beschleuniger Mathe hat mir geholfen mein Wi-Fi zu beheben

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Elektromagnetische Strahlung – wie etwas klingt Sie wären besser dran zu vermeiden, dass elektromagnetische Wellen verschiedener Art untermauern unsere Sinne und wie wir mit der Welt – von Lichtimmissionen interagieren durch die Ihre Augen, diese Worte zu den Mikrowellen, die tragen das WLAN Signal an Ihren Laptop oder Mobiltelefon wahrnehmen, auf denen Sie es lesen.

Mehr oder weniger jede Form der modernen Kommunikation erfolgt durch elektromagnetische Wellen. Sie über die Antenne an Ihrem Auto Schneebesen, Reisen durch Wände, wann immer Sie innen, aber auch aus unerklärlichen Gründen telefonieren aus dem scheinbar nichts in der oberen Erdatmosphäre reflektieren.

Dies geschieht, weil die Atmosphäre ein Plasma in großen Höhen – ein Zustand der Materie, wird wo Atome Spalten auseinander und Elektronen sind nicht mehr verpflichtet, ihre Eltern-Kerne. Plasmen haben interessante Eigenschaften, wie sie sehr stark auf elektromagnetische Felder reagieren. In diesem Fall sinnvoll: bei niedrigen genügend Frequenzen wird es möglich, die Funksignale auf der ganzen Welt, erweitern ihr Angebot auf die Beine.

Es ist die interessanteren Wechselwirkungen zwischen leistungsstarken elektromagnetische Wellen und Plasmen, die meine Forschungsgruppe und ich studieren. Die intensivste elektromagnetischen Wellen in der Welt befinden sich in Form von Hochleistungs-Laserpulsen. UK beherbergt einige der leistungsstärksten Lasersysteme in ländlichen Oxfordshire wird, und die gleiche Idee der Verwendung von elektromagnetischen Wellen, um Teilchen zu beschleunigen bei den Large Hadron Collider des CERN.

Es ist alles in der Mathematik

Wir können die Wechselwirkungen von intensiven elektromagnetischen Wellen und Plasmen, genau vorherzusagen, wie die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse Maxwell Gleichungen – einer der Triumphe der Physik des 19. Jahrhunderts, die Vereinigte elektrische und magnetische Felder und demonstriert unterliegen, dass Licht eine Form von elektromagnetischen Wellen.

Maxwell Gleichungen von hand lösen kann gewunden, aber herausstellt, dass ein cleverer Algorithmus in den 1960er Jahren erfunden und seit macht die Übung relativ einfach da und ein ausreichend leistungsstarken Computer wiederentdeckt.

Bewaffnet mit dem Wissen der Maxwell Gleichungen und wie man sie löst, ich vor kurzem wandte meine Aufmerksamkeit auf eine viel einfachere aber weiter verbreitet Problem, wie zu simulieren und damit die Wi-Fi-Empfang in meiner Wohnung. Während "stark genug" im akademischen Sinne oft Mittel Supercomputer mit Zehntausenden von Prozessoren parallel laufen, in diesem Fall die ausreichend leistungsfähigen Computer erforderlich, um das Programm auszuführen erwies sich als ein Smartphone sein.

Für diesen Trick brauchst du eine Maxwell

Die elektromagnetische Strahlung, die von der Antenne in Ihrem WLAN-Router wird verursacht durch eine kleine aktuelle oszillierende bei 2,4 GHz (2,4 Milliarden Mal pro Sekunde). In meinem Modell ich einen Strom wie folgt eingeführt und erlaubt es zum Schwingen und Maxwell Gleichungen diktiert, wie die daraus resultierenden elektromagnetischen Wellen fließen. Durch die Zuordnung in die tatsächlichen Positionen der Wände in meiner Wohnung konnte ich eine Karte von der Wi-Fi-Signalstärke zu produzieren, die variiert, da zog ich die virtuelle Router.

Die erste Lektion ist klar, wenn offensichtlich: WLAN-Signale reisen viel leichter durch den freien Raum als Wände, so hat die ideale Router Position Line-of-Sight, wo Sie es verwenden möchten.

Die Wellen zu verbreiten und füllen Sie die Wohnung, dann in eine'stehende Welle' zu begleichen.

Manchmal scheint es, dass die Wellen nicht mehr ändern und stattdessen an den gleichen Stellen flackern. Dies ist das Phänomen einer stehenden Welle, wo WLAN-Reflexionen überschneiden und gegenseitig aufheben. Diese dunklen Flecken auf der Karte (oder "nicht-Spots") zeigen ein niedrige WLAN-Signal und durch mehrere Zentimeter voneinander getrennt sind. Vor kurzem verwaltet ein anderen Enthusiasten dieses Phänomen in drei Dimensionen zuordnen, wie in diesem Video erklärt.

So ist die zweite Lehre weniger offensichtlich und interessanter: Wenn in einer bestimmten Position der Empfang schlecht ist, kann selbst eine geringfügige Änderung der Position des Routers signifikante Verbesserung der Signalstärke, erzeugen, wie jedes Signal dunkle Flecken auch verschoben werden.

101 Verwendungsmöglichkeiten für elektromagnetische Wellen

Nach der Veröffentlichung meiner Ergebnisse fiel mir durch die Anzahl der Menschen gerne Ihre eigenen Simulationen durchzuführen. Immer bestrebt, das Evangelium des Elektromagnetismus zu verbreiten, ich gebündelt die Simulation in eine Android-app für andere eine simulierte elektromagnetische Welle-basierte Lösung für ein modernes Problem zur Verfügung zu stellen: wo ist der beste Ort für meinen WLAN-Router?

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