Номер 7, страница 139, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

7. Почему невозможно осуществлять радиосвязь на низкочастотных радиоволнах?

7. Осуществление радиосвязи, особенно для передачи больших объемов информации, такой как человеческая речь или музыка, на низкочастотных радиоволнах является не невозможным в абсолютном смысле, а скорее крайне непрактичным и неэффективным по нескольким ключевым причинам. В учебном контексте это часто упрощают до "невозможно".

1. Размер антенны. Для эффективного излучения и приема радиоволн размер антенны должен быть сопоставим с длиной волны (часто используют антенны размером в половину или четверть длины волны). Длина волны $λ$ обратно пропорциональна частоте $ν$ и связана с ней через скорость света $\text{c}$: $λ = c/ν$

Например, для радиоволны с низкой частотой, скажем, $ν = 30$ кГц (диапазон очень низких частот), длина волны составит: $λ = (3 \cdot 10^8 \text{ м/с}) / (30 \cdot 10^3 \text{ Гц}) = 10^4 \text{ м} = 10 \text{ км}$

Даже четвертьволновая антенна для такой частоты должна была бы иметь длину 2.5 км, что делает ее создание и эксплуатацию чрезвычайно сложными и дорогими.

2. Низкая эффективность излучения. Мощность, излучаемая антенной, очень сильно зависит от частоты. Для простой дипольной антенны она пропорциональна четвертой степени частоты ($P \sim ν^4$). Это означает, что при понижении частоты в 10 раз мощность излучения падает в 10 000 раз при той же подводимой мощности. Чтобы передать сигнал на сколько-нибудь значимое расстояние, передатчики на низких частотах должны быть невероятно мощными, что требует огромных затрат энергии.

3. Малая пропускная способность (ширина канала). Количество информации, которое можно передать в секунду, зависит от ширины полосы частот, используемой для передачи. Для качественной передачи речи требуется полоса около 3-4 кГц. Для несущей частоты, например, в 30 кГц, выделить такую полосу проблематично — она составляет значительную часть самой несущей частоты. Это ограничивает как качество передаваемого сигнала, так и количество одновременных каналов связи, которые можно организовать в данном диапазоне. Фактически, на низких частотах можно передавать только очень медленные сигналы, например, телеграфные сообщения.

Из-за этих факторов низкочастотные и сверхнизкочастотные диапазоны используются только для специфических задач, где их достоинства (например, способность проникать сквозь толщу воды) перевешивают недостатки. Примером является связь с подводными лодками, которая осуществляется на очень низких скоростях передачи данных.

Ответ: Радиосвязь на низкочастотных радиоволнах крайне непрактична для передачи речи или других больших объемов данных из-за необходимости создания гигантских антенн, очень низкой эффективности излучения энергии и недостаточной ширины полосы частот для качественной передачи сигнала.