Номер 2, страница 210 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 5. Электромагнитные явления. Параграф 50. Практическое применение электромагнетизма. Вопросы - номер 2, страница 210.

Условие.

2. Почему приходится осуществлять модуляцию и детектирование электромагнитных сигналов при радиосвязи?

Решение.

Модуляция и детектирование являются ключевыми процессами в радиосвязи, обеспечивающими передачу информации на расстояние с помощью электромагнитных волн. Необходимость этих процессов обусловлена как физическими ограничениями, так и практическими задачами организации связи.

Модуляция

Модуляция — это процесс наложения низкочастотного информационного сигнала (например, звука речи или музыки) на высокочастотное электромагнитное колебание, называемое несущей волной. Это необходимо по нескольким причинам:

1. Эффективное излучение сигнала. Для того чтобы антенна эффективно излучала электромагнитные волны, её размеры должны быть сопоставимы с длиной волны $λ$. Звуковые сигналы имеют низкую частоту (от 20 Гц до 20 кГц), что соответствует очень большой длине волны. Например, для звуковой частоты $f = 1$ кГц ($1000$ Гц) длина волны рассчитывается по формуле $λ = c/f$, где $\text{c}$ – скорость света ($≈ 3 \cdot 10^8$ м/с). Длина волны составит: $λ = (3 \cdot 10^8 \text{ м/с}) / (10^3 \text{ Гц}) = 300\;000$ м, или 300 км. Построить антенну длиной в десятки километров практически невозможно. При модуляции информационный сигнал переносится на высокую несущую частоту (например, $f = 100$ МГц), для которой длина волны составляет всего $λ = (3 \cdot 10^8 \text{ м/с}) / (10^8 \text{ Гц}) = 3$ м. Это позволяет использовать компактные и эффективные антенны.

2. Одновременная работа нескольких радиостанций. Без модуляции все радиостанции передавали бы сигналы в одном и том же низкочастотном диапазоне, создавая хаос в эфире. Модуляция позволяет каждой станции использовать свою, уникальную несущую частоту. Радиоприёмник, настраиваясь на определённую несущую частоту, может выделить из множества сигналов только тот, который предназначен ему. Этот принцип называется частотным разделением каналов.

3. Уменьшение влияния помех и затухания. Высокочастотные волны лучше распространяются в атмосфере на большие расстояния и менее подвержены некоторым видам промышленных и атмосферных помех, чем низкочастотные.

Ответ: Модуляция необходима для использования антенн практичных размеров, для организации одновременной работы множества радиостанций на разных частотах без взаимных помех, а также для повышения дальности и качества радиосвязи.

Детектирование

Детектирование (или демодуляция) — это процесс, обратный модуляции. Он заключается в выделении исходного низкочастотного информационного сигнала из принятого приёмником модулированного высокочастотного сигнала.

Необходимость этого процесса очевидна: наши органы чувств (например, слух) и воспроизводящие устройства (например, динамики) не способны воспринимать высокочастотные колебания несущей волны (сотни килогерц или мегагерц). Они работают в низкочастотном диапазоне. Задача детектора в радиоприёмнике — отфильтровать (убрать) высокочастотную несущую составляющую и "извлечь" низкочастотную огибающую, которая и является полезной информацией (звуком). После детектирования восстановленный низкочастотный сигнал усиливается и подаётся на динамик, который преобразует электрические колебания в звуковые, слышимые человеком.

Ответ: Детектирование необходимо для того, чтобы извлечь из принятого высокочастотного радиосигнала исходную полезную низкочастотную информацию (звук, данные), которую могут воспринять человек или воспроизводящие устройства (например, динамик).