Principi scientifici del funzionamento del telefono

I telefoni esistono da oltre 100 anni, ma i principi scientifici base sono ancora usati oggi. Includono la manipolazione delle onde sonore per trasmetterle avanti e indietro. Cordless e cellulari usano anche la trasmissione in radiofrequenza, governata da principi che permettono segnali chiari e affidabili attraverso i muri o a miglia di distanza. I primissimi telefoni avevano magneti integrati per generare elettricità, basati sul principio d'induzione scoperto da Michael Faraday nel 1831.

Conversione energetica

Un componente fondamentale di qualsiasi telefono, antico o moderno, è il trasduttore: dispositivo che converte una forma d'energia in un'altra. Nei telefoni, microfoni e altoparlanti svolgono questa funzione. Il microfono converte le onde sonore della voce in segnali elettrici trasmessi al ricevente. Questi segnali vengono riconvertiti in onde sonore da un altro trasduttore, l'altoparlante.

Radiofrequenze

Cellulari e mobili usano radiofrequenze nella parte bassa dello spettro elettromagnetico (EM). Più alta la frequenza, più corta la lunghezza d'onda e più lontano viaggia prima di degradarsi. Le onde radio usate da cellulari e cordless sono radiazioni non ionizzanti. La radiazione ionizzante strappa elettroni dalle molecole e può danneggiare i tessuti. Le trasmissioni wireless sono più energetiche della luce visibile, ma molto meno di raggi X e gamma, che sono ionizzanti pericolosi.

Trasmissione duplex

Forme base come radio CB e primi trasmettitori militari operano come dispositivi simplex: usano una frequenza e possono solo trasmettere o ricevere, non entrambi simultaneamente. Limite circa 5 miglia. I cellulari usano una forma più sofisticata, detta frequency-division duplex (duplex), dove il telefono usa più frequenze EM per trasmettere e ricevere. Fino a 1.664 canali di frequenza possono essere usati, permettendo connessioni a distanze maggiori.

Trilaterazione

I cellulari hanno generalmente GPS integrato per connettersi a satelliti orbitanti. Serve per localizzare qualcuno in emergenza e per commutare il segnale tra torri durante gli spostamenti. Ci sono 24-32 satelliti GPS funzionanti in orbita. Un cellulare deve captare segnali da almeno tre per fare trilaterazione: sistema di localizzazione basato su tre punti fissi nello spazio. Poiché i satelliti sono in punti fissi e trasmettono sempre, i GPS telefonici permettono una precisione entro 30 piedi o meno.