Творческое задание, страница 92 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. Первые устройства беспроводной связи.

2. Сеть связи для чрезвычайных ситуаций.

1. Первые устройства беспроводной связи.

История беспроводной связи началась не с изобретения конкретного устройства, а с фундаментальных научных открытий. В 1860-х годах шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл создал единую теорию электромагнетизма, из уравнений которой следовало существование электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве со скоростью света. Эта теория стала теоретическим фундаментом для всех будущих разработок.

Экспериментальное подтверждение теории Максвелла было получено в 1887-1888 годах немецким физиком Генрихом Герцем. Он сконструировал первые в истории передатчик и приёмник электромагнитных волн. Передатчиком служил искровой генератор (вибратор Герца), состоящий из двух медных стержней с шариками на концах, подключённых к катушке Румкорфа. При подаче высокого напряжения в зазоре между стержнями проскакивала искра, что вызывало электромагнитные колебания. Приёмником был резонатор — простое проволочное кольцо с небольшим зазором, в котором при улавливании волн от передатчика также проскакивала крошечная искра. Устройства Герца доказали возможность передачи энергии без проводов, но не предназначались для передачи информации и имели крайне малую дальность действия.

Превращение физического эксперимента в технологию связи стало заслугой нескольких выдающихся изобретателей, работавших параллельно в конце XIX века.

Александр Степанович Попов. 7 мая 1895 года русский физик А. С. Попов продемонстрировал прибор, который он назвал «грозоотметчик». Это было первое устройство, предназначенное для надёжного приёма и регистрации электромагнитных волн на расстоянии. Ключевым элементом приёмника был когерер — стеклянная трубка с металлическими опилками. Под действием пришедшей радиоволны сопротивление опилок резко падало, что позволяло току от батареи замкнуть цепь реле. Реле, в свою очередь, включало электрический звонок, который не только сигнализировал о приёме, но и своим молоточком встряхивал когерер, возвращая его в исходное высокоомное состояние и готовя к приёму следующего сигнала. 24 марта 1896 года Попов осуществил первую публичную передачу осмысленного сообщения, передав азбукой Морзе радиограмму «Генрих Герц» на расстояние около 250 метров. Его работы легли в основу организации радиосвязи на кораблях российского флота.

Гульельмо Маркони. Итальянский инженер Гульельмо Маркони с 1894 года целенаправленно работал над созданием коммерчески успешной системы беспроводной телеграфии. Он значительно усовершенствовал аппаратуру: в передатчике применил осциллятор, разработанный Аугусто Риги, а в приёмнике использовал когерер, соединённый с телеграфным аппаратом, печатающим точки и тире на бумажной ленте. Важнейшим нововведением Маркони стало использование заземления и поднятой на высоту антенны, что позволило кардинально увеличить дальность связи. Получив в 1896 году в Великобритании патент, он основал свою компанию и последовательно бил рекорды дальности, кульминацией чего стала первая трансатлантическая радиопередача в декабре 1901 года.

Никола Тесла. Американский изобретатель сербского происхождения Никола Тесла внёс фундаментальный вклад в радиотехнику. Ещё в 1893 году он описал и продемонстрировал все основные принципы радиосвязи. Он разработал резонансный трансформатор (катушку Теслы) для получения высокочастотных колебаний, запатентовал мачтовую антенну и настроенные резонансные контуры. Система из четырёх настроенных контуров (два в передатчике и два в приёмнике) позволяла передавать и принимать сигналы на определённой частоте, что является основой современного радио для борьбы с помехами. В 1943 году Верховный суд США, рассматривая патентный спор, признал приоритет Теслы в ключевых аспектах изобретения радио.

Таким образом, первые устройства беспроводной связи состояли из искрового передатчика и когерерного приёмника. Передатчик с помощью мощного электрического разряда создавал затухающие электромагнитные колебания в широком спектре частот. Приёмник, основанный на чувствительном к радиоволнам когерере, регистрировал эти сигналы. Эти, по современным меркам, примитивные и неэффективные устройства открыли человечеству путь в эру беспроводных коммуникаций.

Ответ: Первые устройства беспроводной связи, разработанные в конце XIX века пионерами, такими как Попов, Маркони и Тесла, представляли собой системы из искрового передатчика и когерерного приёмника. Они позволили впервые в истории осуществить передачу информации на расстояние без использования проводов, заложив основы для развития радио, телевидения и всех современных беспроводных технологий.

2. Сеть связи для чрезвычайных ситуаций.

Сеть связи для чрезвычайных ситуаций (ЧС) — это комплекс технических средств и организационных мер, предназначенный для обеспечения устойчивого обмена информацией в условиях, когда обычная коммуникационная инфраструктура (сотовая связь, интернет, стационарные телефоны) повреждена, перегружена или полностью выведена из строя в результате стихийных бедствий, техногенных катастроф или других кризисных событий. Её главная задача — координация действий спасательных служб, информирование населения и управление силами и средствами ликвидации последствий ЧС.

К сетям связи для ЧС предъявляются особые требования. Во-первых, это надежность и отказоустойчивость — способность работать в экстремальных условиях, наличие резервных каналов и источников питания. Во-вторых, автономность — независимость от стационарных электросетей и проводных линий связи. В-третьих, мобильность и быстрота развертывания — возможность в кратчайшие сроки организовать связь в зоне бедствия с помощью мобильных комплексов. В-четвертых, интероперабельность — обеспечение взаимодействия между различными ведомствами (МЧС, полиция, скорая помощь, военные), использующими разное оборудование. Наконец, масштабируемость — возможность гибко изменять конфигурацию сети, расширяя зону покрытия и увеличивая количество абонентов.

Для построения таких сетей используется многоуровневый подход, сочетающий различные технологии.

Профессиональная мобильная радиосвязь (ПМР). Это основа связи для экстренных служб. Системы стандартов TETRA, DMR, APCO P25 изначально создавались для критически важных коммуникаций. Их ключевые преимущества — возможность организации групповых вызовов, режим прямой связи между радиостанциями (без базовой станции), высокий уровень безопасности и надежности. Транкинговые системы позволяют эффективно использовать ограниченный радиочастотный ресурс.

Спутниковая связь. Она становится незаменимой, когда наземная инфраструктура полностью разрушена. Мобильные спутниковые терминалы (VSAT), установленные на транспортных средствах, или носимые спутниковые телефоны (например, систем Iridium, Inmarsat, Thuraya) позволяют в любой точке организовать канал для передачи голоса и данных, обеспечивая связь для штабов и удаленных групп спасателей. Новые низкоорбитальные системы, такие как Starlink, также находят применение для организации высокоскоростного доступа в интернет в зоне ЧС.

КВ и УКВ-радиосвязь. Традиционная радиосвязь на коротких (КВ) и ультракоротких (УКВ) волнах не теряет своей актуальности. КВ-связь позволяет передавать информацию на тысячи километров без какой-либо промежуточной инфраструктуры, используя отражение радиоволн от ионосферы. УКВ-связь обеспечивает надежное покрытие на локальной территории. Важную роль в ЧС играют радиолюбители, которые на добровольной основе разворачивают свои сети и помогают передавать жизненно важную информацию.

Мобильные комплексы связи. Это транспортные средства (автомобили, прицепы), оснащенные всем необходимым оборудованием: автономной базовой станцией сотовой связи (Cell on Wheels, COW), спутниковым терминалом, серверами и коммутаторами, радиостанциями различных диапазонов. Такой комплекс прибывает в зону ЧС и в кратчайшие сроки разворачивает полноценный узел связи, обеспечивая покрытие и интеграцию различных сетей.

В России создана и развивается Единая сеть электросвязи страны (ЕСЭ), которая предусматривает резервы и специальные режимы работы для нужд управления в условиях ЧС. Координацией действий занимается МЧС России, в распоряжении которого находятся современные мобильные узлы связи и другие технические средства.

Ответ: Сеть связи для чрезвычайных ситуаций представляет собой многоуровневую, отказоустойчивую систему, использующую комбинацию технологий (профессиональная радиосвязь, спутниковая связь, КВ/УКВ-радио, мобильные комплексы) для обеспечения надежной коммуникации и координации спасательных служб при разрушении или перегрузке гражданской инфраструктуры.