Номер 3, страница 164 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 32. Принципы радиосвязи и телевидения. Вопросы - номер 3, страница 164.

Условие.

3. Почему невозможна радиосвязь путём излучения и приёма электромагнитных колебаний звуковой частоты?

Решение.

3. Почему невозможна радиосвязь путём излучения и приёма электромагнитных колебаний звуковой частоты?

Радиосвязь путём прямого излучения и приёма электромагнитных волн звуковой частоты (в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц) невозможна по нескольким ключевым причинам:

1. Низкая эффективность излучения. Мощность электромагнитной волны, излучаемой антенной, пропорциональна четвертой степени частоты ($P \sim \nu^4$). Звуковые частоты очень низкие, поэтому энергия, излучаемая в виде электромагнитных волн, будет ничтожно малой. Такой слабый сигнал практически невозможно будет принять на сколько-нибудь значительном расстоянии от передатчика.

2. Необходимость использования антенн огромных размеров. Для эффективного излучения и приёма радиоволн линейные размеры антенны должны быть сопоставимы с длиной волны (как правило, порядка четверти или половины длины волны, $l \approx \lambda/4$ или $l \approx \lambda/2$). Рассчитаем длину волны для звукового диапазона частот.

Дано:

Диапазон звуковых частот: от $\nu_{min} = 20$ Гц до $\nu_{max} = 20$ кГц
Скорость распространения электромагнитных волн: $c = 3 \cdot 10^8$ м/с

Перевод в СИ:
$\nu_{max} = 20 \text{ кГц} = 20 \cdot 10^3 \text{ Гц} = 2 \cdot 10^4 \text{ Гц}$

Найти:

Длины волн $\lambda_{min}$ и $\lambda_{max}$

Решение

Длина волны $\lambda$ связана с частотой $\nu$ и скоростью света $\text{c}$ соотношением $\lambda = \frac{c}{\nu}$.
Для верхней границы звукового диапазона:
$\lambda_{min} = \frac{c}{\nu_{max}} = \frac{3 \cdot 10^8 \text{ м/с}}{2 \cdot 10^4 \text{ Гц}} = 1,5 \cdot 10^4 \text{ м} = 15 \text{ км}$.
Для нижней границы звукового диапазона:
$\lambda_{max} = \frac{c}{\nu_{min}} = \frac{3 \cdot 10^8 \text{ м/с}}{20 \text{ Гц}} = 1,5 \cdot 10^7 \text{ м} = 15000 \text{ км}$.
Таким образом, для эффективной передачи потребовались бы антенны длиной от нескольких километров до тысяч километров, что технически нереализуемо.

3. Высокий уровень помех. Низкочастотный диапазон электромагнитного спектра сильно зашумлён помехами от работающих промышленных установок, линий электропередачи (которые создают фон на частоте 50 или 60 Гц) и естественных атмосферных явлений. Полезный сигнал был бы полностью потерян в этом шуме.

Именно по этим причинам в радиосвязи используется принцип модуляции. Звуковой (низкочастотный) сигнал "накладывается" на высокочастотную несущую волну, которая эффективно излучается и распространяется в пространстве. В приёмнике происходит обратный процесс — демодуляция, в ходе которого из высокочастотного сигнала выделяется исходная звуковая информация.

Ответ: Радиосвязь на звуковых частотах невозможна из-за крайне низкой эффективности излучения волн такой частоты, необходимости создания антенн гигантских, нереализуемых на практике размеров (длиной в километры), а также из-за высокого уровня электромагнитных помех в этом диапазоне.