Номер 1, страница 90 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Почему нельзя осуществить радиосвязь с помощью электромагнитных волн с подводной лодкой, когда она находится под водой?

1. Почему нельзя осуществить радиосвязь с помощью электромагнитных волн с подводной лодкой, когда она находится под водой?

Осуществить радиосвязь с подводной лодкой с помощью обычных электромагнитных волн (радиоволн) практически невозможно по причине их сильного поглощения водой. Вода, особенно морская, из-за растворенных в ней солей является проводящей средой (электролитом).

Когда электромагнитная волна попадает в проводящую среду, её переменное электрическое поле вызывает направленное движение носителей заряда (ионов в морской воде). Это движение представляет собой электрический ток. При прохождении тока энергия электромагнитной волны преобразуется в тепловую энергию (согласно закону Джоуля-Ленца), что приводит к быстрому затуханию (аттенуации) волны.

Глубина, на которую электромагнитная волна может проникнуть в проводящую среду, прежде чем её амплитуда уменьшится в $\text{e}$ раз (примерно в 2,7 раза), называется глубиной скин-слоя или скин-эффектом. Она зависит от частоты волны $\text{f}$ и удельной проводимости среды $\sigma$. Для хороших проводников глубина скин-слоя $\delta$ приблизительно равна:
$\delta \approx \frac{1}{\sqrt{\pi f \mu \sigma}}$,
где $\mu$ – магнитная проницаемость среды.

Из формулы видно, что чем выше частота радиоволны и чем выше проводимость среды, тем меньше глубина проникновения. Для радиоволн стандартных диапазонов (УКВ, КВ) глубина проникновения в морскую воду составляет от нескольких сантиметров до долей миллиметра. Это означает, что сигнал будет полностью поглощен в самом верхнем слое воды и не достигнет подводной лодки, находящейся даже на небольшой глубине.

Для связи с подводными лодками используют сверхдлинные (СДВ, VLF) и крайне низкочастотные (КНЧ, ELF) радиоволны. Их частота очень мала (3–30 кГц для СДВ и 3–300 Гц для КНЧ), а длина волны достигает десятков и тысяч километров. Такие волны могут проникать в воду на глубину до нескольких десятков метров, но для их генерации требуются огромные антенные комплексы, а скорость передачи данных очень низкая.

Ответ: Радиосвязь с подводной лодкой с помощью обычных радиоволн невозможна, так как морская вода является проводящей средой и очень сильно поглощает энергию электромагнитных волн, особенно высокочастотных. Сигнал затухает на глубине всего в несколько сантиметров.