Номер 5, страница 176, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

5. В чем заключается принцип работы световода? Каковы преимущества кабелей волоконной оптики?

5. Принцип работы световода основан на физическом явлении полного внутреннего отражения света. Световод представляет собой тонкую нить из оптически прозрачного материала и конструктивно состоит из двух основных слоев:

1. Сердцевина – центральная часть волокна, по которой непосредственно распространяется свет. Она изготавливается из материала с высоким показателем преломления $n_1$.

2. Оболочка – слой, окружающий сердцевину. Он изготавливается из материала с показателем преломления $n_2$, который обязательно должен быть меньше показателя преломления сердцевины ($n_1 > n_2$).

Когда световой луч, распространяющийся в более плотной оптической среде (сердцевине), падает на границу раздела с менее плотной средой (оболочкой) под углом $ \alpha $, который превышает определенное значение, называемое критическим углом $ \alpha_0 $, свет не выходит в оболочку, а полностью отражается от границы и продолжает распространяться внутри сердцевины. Это явление и называется полным внутренним отражением. Критический угол определяется соотношением показателей преломления: $ \sin(\alpha_0) = \frac{n_2}{n_1} $. Благодаря многократным последовательным отражениям, световой сигнал может передаваться по световоду на большие расстояния, огибая изгибы, с минимальными потерями.

Преимущества кабелей волоконной оптики по сравнению с традиционными металлическими (например, медными) кабелями:

- Высокая пропускная способность. Частота световых колебаний на порядки выше частоты электромагнитных волн, используемых в медных кабелях, что позволяет передавать по одному волокну огромные потоки информации (до нескольких терабит в секунду).

- Малое затухание сигнала. В современных оптических волокнах затухание сигнала настолько низкое, что позволяет строить линии связи длиной до 100-200 км без промежуточных усилителей (репитеров).

- Устойчивость к электромагнитным помехам. Так как световод изготовлен из диэлектрического материала (стекла или пластика), а информация передается светом, а не электрическим током, он полностью невосприимчив к внешним электромагнитным полям, помехам и наводкам от линий электропередач, электродвигателей и т.д.

- Высокая безопасность и защищенность информации. Незаметно подключиться к оптоволоконной линии для перехвата данных практически невозможно. Любая попытка врезки в кабель приведет к изменению его характеристик, что будет немедленно зафиксировано на приемном конце.

- Малые габариты и вес. Оптоволоконный кабель значительно тоньше и легче медного кабеля с аналогичной пропускной способностью, что упрощает его прокладку и экономит место.

- Доступность сырья и экономичность. Основной материал для производства оптоволокна – диоксид кремния (кварц), одно из самых распространенных веществ на Земле. В долгосрочной перспективе волоконная оптика часто оказывается экономичнее медных линий.

Ответ: Принцип работы световода заключается в передаче света на большие расстояния за счет явления полного внутреннего отражения на границе сердцевины и оболочки, имеющих разные показатели преломления. Ключевые преимущества волоконно-оптических кабелей: огромная пропускная способность, низкое затухание сигнала, невосприимчивость к электромагнитным помехам, высокая степень защиты информации, малый вес и размеры.