Номер 3, страница 265 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 54. Диапазоны электромагнитных волн. Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны - номер 3, страница 265.

3. Расскажите о каждом диапазоне электромагнитных волн. Приведите примеры применения и воздействия на живые организмы.

Расскажите о каждом диапазоне электромагнитных волн. Приведите примеры применения и воздействия на живые организмы.

Решение

Электромагнитный спектр — это совокупность всех диапазонов электромагнитных волн. Волны различаются по частоте ($\nu$) и длине волны ($\lambda$), которые связаны соотношением $\lambda = c/\nu$, где $c$ — скорость света. Спектр условно делят на несколько диапазонов, расположенных в порядке увеличения частоты и уменьшения длины волны.

• Радиоволны

  Границы: Длины волн от 1 мм и более (частоты ниже 300 ГГц).

  Применение: Радиовещание, телевидение, радиолокация, мобильная связь, Wi-Fi, Bluetooth, навигационные системы (GPS), микроволновые печи.

  Воздействие на живые организмы: Основное воздействие — тепловое. Мощное радиоизлучение (например, в микроволновой печи) вызывает нагрев тканей за счет поглощения энергии молекулами воды. Влияние слабого неионизирующего излучения (от вышек сотовой связи, телефонов) на здоровье является предметом дискуссий, но при соблюдении установленных норм безопасности считается безвредным.

• Инфракрасное (ИК) излучение

  Границы: Длины волн от 780 нм до 1-2 мм.

  Применение: Пульты дистанционного управления, тепловизоры, приборы ночного видения, физиотерапия (прогревание тканей), инфракрасные обогреватели, сушка красок и продуктов, передача данных (например, IrDA).

  Воздействие на живые организмы: Воспринимается кожей как тепло. Способствует расширению сосудов и улучшению кровотока, что используется в медицине. Интенсивное ИК-излучение может привести к перегреву, ожогам кожи и повреждению хрусталика глаза.

• Видимый свет

  Границы: Длины волн от 380 нм (фиолетовый) до 780 нм (красный). Это единственный диапазон, воспринимаемый человеческим глазом.

  Применение: Освещение, зрение, фотография, оптоволокно, лазерные технологии (в проигрывателях, принтерах, медицине).

  Воздействие на живые организмы: Жизненно необходимо для фотосинтеза у растений. У животных и человека видимый свет является основой зрения и регулирует суточные (циркадные) ритмы. Слишком яркий свет может вызвать повреждение сетчатки глаза.

• Ультрафиолетовое (УФ) излучение

  Границы: Длины волн от 10 нм до 380 нм.

  Применение: Стерилизация и дезинфекция помещений, воды и инструментов (бактерицидные лампы), солярии, люминесцентные лампы, криминалистика (обнаружение биологических следов), отверждение полимеров.

  Воздействие на живые организмы: Обладает высокой химической активностью. В малых дозах способствует синтезу витамина D в коже человека. В больших дозах вызывает ожоги (загар — это защитная реакция кожи), может повредить ДНК клеток, что приводит к преждевременному старению кожи и развитию раковых заболеваний (меланомы). Также может вызвать катаракту.

• Рентгеновское излучение

  Границы: Длины волн от $10^{-3}$ нм (1 пм) до 10 нм.

  Применение: Медицинская диагностика (рентгенография, флюорография, компьютерная томография), досмотровые системы в аэропортах, дефектоскопия материалов, рентгеноструктурный анализ (определение структуры кристаллов), рентгеновская астрономия.

  Воздействие на живые организмы: Является ионизирующим излучением. Обладает высокой проникающей способностью. Может повреждать молекулы, в том числе ДНК, вызывая мутации и гибель клеток. В больших дозах приводит к лучевой болезни. Применение в медицине строго контролируется и дозируется, чтобы польза от диагностики превышала потенциальный вред.

• Гамма-излучение

  Границы: Длины волн менее $10^{-3}$ нм (1 пм).

  Применение: Лучевая терапия для уничтожения раковых опухолей (гамма-нож), стерилизация медицинского оборудования и пищевых продуктов, дефектоскопия промышленных изделий, астрофизические исследования.

  Воздействие на живые организмы: Наиболее опасный вид ионизирующего излучения с высочайшей проникающей способностью. Вызывает серьезные повреждения на клеточном уровне, лучевую болезнь, генетические мутации. Требует специальных мер защиты (например, толстые свинцовые или бетонные экраны).

Ответ: Электромагнитные волны делятся на радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Каждый диапазон характеризуется своей длиной волны, областями применения (от радиосвязи до медицины) и специфическим воздействием на живые организмы, которое варьируется от полезного (синтез витамина D, зрение) до крайне опасного (ионизирующее излучение, вызывающее рак и лучевую болезнь).

---

4. Объясните, как работает сотовая связь.

Решение

Сотовая связь — это вид мобильной радиосвязи, в основе которой лежит так называемая сотовая сеть. Принцип её работы заключается в следующем:

1. Сотовая структура. Вся обслуживаемая территория делится на участки, называемые "сотами" (cells), которые на карте напоминают пчелиные соты. В центре каждой соты располагается базовая станция.

2. Базовые станции (БС). Каждая базовая станция представляет собой приёмо-передающее оборудование с антенной. Она обеспечивает связь с мобильными телефонами в пределах своей соты. Все базовые станции соединены (обычно по оптоволоконным или радиорелейным линиям) с центром мобильной коммутации.

3. Мобильный телефон. Телефон является маломощным радиопередатчиком и приёмником. Он постоянно сканирует эфир и подключается к базовой станции с самым сильным сигналом. Телефон и БС обмениваются служебной информацией, даже когда разговор не ведётся.

4. Принцип частотного переиспользования. Общий доступный диапазон радиочастот делится на части. Каждой базовой станции выделяется свой набор частот, который отличается от наборов соседних станций, чтобы избежать помех. Однако те же самые частоты могут использоваться повторно в других сотах, достаточно удалённых друг от друга. Это позволяет обслуживать огромное количество абонентов, используя ограниченный частотный ресурс.

5. Процесс совершения звонка. Когда вы набираете номер, ваш телефон посылает запрос на ближайшую базовую станцию. БС передаёт этот запрос в центр коммутации. Коммутатор находит вызываемого абонента (определяет, в какой соте он находится) и устанавливает соединение, выделяя для вашего разговора свободный голосовой канал (пару частот для приёма и передачи).

6. Процесс "хэндовера" (handover). Если во время разговора вы перемещаетесь из одной соты в другую, система это отслеживает. Когда сигнал от "старой" БС ослабевает, а от "новой" усиливается, центр коммутации автоматически и незаметно для вас переключает ваш телефон на новую базовую станцию, обеспечивая непрерывность разговора. Этот процесс называется хэндовером.

Таким образом, сотовая сеть представляет собой сложную систему из множества сот, базовых станций и центров коммутации, которая позволяет мобильным телефонам оставаться на связи при перемещении.

Ответ: Сотовая связь работает за счет разделения территории на "соты", в каждой из которых установлена базовая станция. Мобильный телефон связывается с ближайшей станцией. Ограниченный набор частот используется многократно в несоседних сотах, что позволяет обслуживать много абонентов. При перемещении абонента из одной соты в другую происходит автоматическое "переключение" на новую базовую станцию (хэндовер), обеспечивая непрерывность связи.