Номер 5, страница 218 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

5. В чём заключается процесс амплитудной модуляции электрических колебаний?

5. Амплитудная модуляция (АМ) — это процесс изменения амплитуды высокочастотных несущих колебаний в соответствии с законом низкочастотного информационного (модулирующего) сигнала. В этом процессе частота и фаза несущего колебания остаются неизменными.

Представим несущее колебание в виде $u_c(t) = U_c \cos(\omega_c t)$, где $U_c$ — его постоянная амплитуда, а $\omega_c$ — несущая частота. Информационный сигнал, например, звуковой, можно описать как $u_m(t) = U_m \cos(\Omega t)$, где $U_m$ — его амплитуда, а $\Omega$ — его частота (причем $\Omega \ll \omega_c$).

В процессе амплитудной модуляции амплитуда несущего колебания $U_c$ изменяется пропорционально мгновенному значению модулирующего сигнала $u_m(t)$. В результате амплитуда модулированного сигнала становится переменной величиной. Результирующее модулированное колебание описывается формулой:

$u_{AM}(t) = U_c(1 + m \cos(\Omega t)) \cos(\omega_c t)$

Здесь $m$ называется коэффициентом (или глубиной) модуляции. Огибающая (линия, соединяющая пики амплитуды) полученного высокочастотного сигнала повторяет форму исходного низкочастотного информационного сигнала. Этот метод позволяет "вложить" низкочастотную информацию в высокочастотный сигнал, который эффективно излучается и распространяется в пространстве на большие расстояния.

Ответ: Процесс амплитудной модуляции заключается в изменении амплитуды высокочастотного несущего колебания по закону передаваемого низкочастотного информационного сигнала (например, звука), при этом частота несущего колебания остается постоянной.

6. В радиосвязи не используются электромагнитные волны звуковых частот (от 20 Гц до 20 кГц) по нескольким фундаментальным причинам. Во-первых, это неэффективное излучение и гигантские размеры антенн. Для эффективного излучения электромагнитной волны размер антенны должен быть соизмерим с длиной волны (например, $\lambda/4$). Длина волны $\lambda$ связана с частотой $f$ и скоростью света $c$ соотношением $\lambda = c/f$. Для звуковой частоты $f = 3$ кГц ($3000$ Гц) длина волны составляет $\lambda = \frac{3 \cdot 10^8 \text{ м/с}}{3000 \text{ Гц}} = 100 \text{ км}$. Антенна размером $\lambda/4$ имела бы длину 25 км, что технически нереализуемо.

Во-вторых, у таких волн плохое распространение. Электромагнитные волны сверхнизких частот сильно поглощаются поверхностью Земли и плохо отражаются от ионосферы, что резко ограничивает дальность связи. В-третьих, это малая пропускная способность и взаимные помехи. Диапазон звуковых частот очень узок. Если бы все радиостанции вещали непосредственно на этих частотах, их сигналы накладывались бы друг на друга. Модуляция позволяет разнести сигналы разных станций по разным несущим частотам, избегая взаимных помех.

Ответ: Электромагнитные волны звуковых частот не используются в радиосвязи из-за их огромной длины волны, что требует антенн непрактично больших размеров (десятки километров), а также из-за их плохого распространения в пространстве и невозможности разделить сигналы множества радиостанций в очень узком звуковом диапазоне частот.