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第二十一章 信息的传递
第一节：现代顺风耳——电话
1、电话——1876年美国发明家贝尔发明了第一部电话
（1）基本结构：主要由话筒和听筒组成。
（2）工作原理：话筒把声信号变成变化的电流，电流沿着导线把信息传到远方，在另一端，电流使听筒的膜片振动，携带信息的电流又变成了声音。（话筒把声信号转化为电信号；听筒把电信号转化为声信号） 2、电话交换机
为了提高线路的利用率，人们发明了电话交换机。 3、模拟通信和数字通信
模拟信号：声音转换成信号电流时，信号电流的频率、振幅变化的情况跟声音的频率、振幅变化的情况完全一样，“模仿”着声信号的“一举一动”，这种电流传递的信号叫做模拟信号，使用模拟信号的通信方式叫做模拟通信。
数字信号：用不同符号的不同组合表示的信号叫做数学信号，使用数学信号的通信方式叫做数字通信。 模拟信号容易失真；数字信号抗干扰能力强，便于加工处理，可以加密。 在电话与交换机之间一般传递模拟信号，在交换机之间传递数字信号。
第二节：电磁波的海洋
电磁波的产生——导线中电流的迅速变化会在周围空间激起电磁波。 电磁波可以在真空中传播，不需要任何介质。
电磁波在真空中的波速为c,大小和光速一样， c=3×108m/s =3×105km/s 电磁波波速、波长λ和频率f的关系：
（1）波长：电流每振荡一次电磁波向前传播的距离叫做波长，用λ表示，单位是m。波长表示相邻两个
波峰之间的距离，或相邻两个波谷之间的距离。
（2）频率：一秒内电流振荡的次数交频率，用f表示，单位是赫兹（Hz），比赫兹（Hz）大的还有千赫（kHz）、兆赫（MHz）。1 MHz=103 kHz 1 kHz=103 Hz 1 MHz=106 Hz
（3）波速：一秒内电磁波传播的距离，用c表示，单位是m/s。
cc
（4）波长、频率和波速的关系c=λf λ=f f = 。
λ（5）电磁波的波长λ与频率f成反比。
电磁波中用于广播、电视和移动电话的是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分，叫做无线电波（无线电技术中使用的电磁波）。
无线电波特点：无线电波的波长从几毫米道几千米，通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段，包括：长波、中波、短波、微波等，各个波段的无线电波有各自的传播方式和用途，如下表所示。
波段 长波 中波 中短波 短波 微 波 米波（VHF） 分米波10dm~1dm 300 MHz~3000 MHz 波长 30000m~3000m 3000m~200m 200m~50m 50m~10m 10m~1m 频率 10 kHz~100 kHz 100 kHz~1500 kHz 1500 kHz~6000 kHz 6 MHz~30 MHz 30 MHz~300 MHz 天波 近似直线传播 直线传播 调频（FM）、无线电广播、电视、导航 移动通信、电视、传播方式 地波 主要用途 超远程无线电通信和导航 地波和天波 调幅（AM）、无线电广播、电报 学习必备 欢迎下载 （UHF） 厘米波 毫米波
10cm~1cm 10mm~1mm 3000 MHz~30000 MHz 30000 MHz~300000 MHz 雷达、导航 第三节：广播、电视和移动通信
电磁波是传递信息的载体。
无线电通信系统由发射装置和接收装置两大部分组成。 1、无线电广播信号的发射和接受：
无线电广播信号的发射由广播电台完成，信号的接受由收音机完成。 2、电视信号的发射与接收：
电视用电磁波传送图像信号和声音信号。电视信号的发射由电视台完成，接收由电视机完成。 3、移动电话：
移动电话由空间的电磁波来传递信息。 移动电话机既是无线发射台又是无线电接收台。
移动电话的体积很小，发射功率不大，它的天线也很简单，灵敏度不高，因此，它和其他用户的通话要靠较大的固定无线电台转移，这种固定的电台叫基地台。 4、音频、视频、射频和频道：
由声音变成的电信号，它的频率跟声音相同，在几十赫到几千赫之间，叫做音频信号。 由图像变成的电信号，它的频率在几赫到几兆赫之间，叫做视频信号。
音频电流和视频电流在空间激发电磁波的能力很差，需要把它们加载到具有更好的发射能力的电流上，才能发射到天空中，这种电流的频率更高，这种更高频率的电流教做射频电流。
不同的电视台使用不同的射频范围进行广播，以免互相干扰；这一个个不同的频率范围就叫做频道。
第四节：越来越宽的信息之路
信息理论表明，作为载体的无线电波，频率越高，在相同时间内传输的信息就越多。 1、微波通信
微波的波长在10m~1mm之间，频率在30 MHz~ 3×105MHz之间。
微波的性质更接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球绕射，因此，必须每隔50km左右就建设一个微波中继站。 2、卫星通信
通信卫星相当于微波通信的中继站。
通信卫星大多是相对地球“静止”的同步卫星，在地球的周围均匀地配置3颗同步通信卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。 3、光纤通信
光纤通信是光从光导纤维的一端射入，在内壁上多次反射，从另一端射出，这样就把它携带的信息传到了远方。
光导纤维是很细很细的玻璃丝，由内芯和外套两部分组成。
光纤通信传送的不是普通的光，而是一种频率单一、方向高度集中的激光，激光最早是在1960年由美国科学家梅曼发现的。
光纤通信的保密性强，不受外界条件的干扰，传播距离远，容量大。 4、网络通信
目前使用最频繁的网络通信形式是电子邮件。 例如：
服务器名，其中“cn”是China的缩写，表示这个服务器是在中国注册的。 学习必备 欢迎下载
用户名 电子邮件地址xiaolin @ server.com.cn 世界上最大的计算机网络，叫做因特网。
计算机之间的联结，除了使用金属线外，还使用光缆、通信卫星等各种通信手段。 宽带网是指频率较高，能传输更多信息的网络。o
第二十二章 能源与可持续发展
第一节 能源家族
化石能源：煤、石油、天然气。
生物质能：由生命物质提供的能量称为生物质能，如：食物、柴薪等。所有生命物质中都含有生物质能。 一次能源：可以从自然界直接获取的能源为一次能源。如煤、石油、天然气、风能、水能、潮汐能、太阳能、地热能、核能、柴薪等。
二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过一次能源的消耗才能得到的能源称为二次能源。如电能。
不可再生能源：凡是越用越少，不能在短期内从自然界得到补充的能源，都属于不可再生能源。如煤、石油、天然气、核能。
可再生能源：可以从自然界中源源不断地得到的能源，属于可再生能源。如水能、风能、太阳能、食物、柴薪、地热能、沼气、潮汐能等。
按使用开发的时间长短来分类，能源还可以分成常规能源和新能源。如化石能源、水能、风能等数常规能源，核能、太阳能、潮汐能、地热能属新能源。
第二节：核能
1、 裂变：用中子轰击较重的原子核，使其裂变为较轻原子核的一种核反应。
核反应堆中的链式反应是可控的，原子弹的链式反应是不可控的。 核电站利用核能发电，目前核电站中进行的都是核裂变反应。
2、 聚变：使较轻原子核结合成为较重的原子核的一种核反应。，也被成为热核反应。 氢弹爆炸的聚变反应是不可控的。 核能的优点和可能带来的问题：
①核能的优点：核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源。利用核能发电不仅可以节省大量的煤、石油等能，而且用料省，运输方便。核电站运行时不会产生二氧化碳、二氧化硫和粉尘等对大气和环境污染的物质，核电是一种比较清洁的能源。
②利用核能可能带来的问题：如果出现核泄漏会造成严重的放射性环境污染。
第三节 太阳能
在太阳的内部，氢原子核在超高温度条件下发生聚变，释放出巨大的核能。 大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射除去。 绿色植物的光合作用将太阳能转化为生物体的化学能。
我们今天使用的煤、石油、天然气等化石燃料，实际上是来自上亿年前地球所接收的太阳能。 太阳能的利用：① 利用集热器加热物质（热传递，太阳能转化为内能）；
② 用太阳能电池把太阳能转化为电能（太阳能转化为电能）。
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太阳能具有取之不尽、用之不竭，清洁无污染等优点。
第四节 能量的转化和守恒
1、能源革命：
人类历史上不断进行着能量转化技术的进步，就是所谓的能源革命。能源革命导致了人类文明的跃进。 第一次能源革命：钻木取火； 第二次能源革命：蒸汽机的发明； 第三次能源革命：核能 能量的转化和转移具有方向性。 3、 能量守恒定律：
能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
第五节 能源与可持续发展
煤和石油燃烧时生成的主要污染物是粉尘和有害气体。
未来的理想能源必须满足以下四个条件：① 必须足够丰富，可以保证长期使用；② 必须足够便宜，可以保证多数人用得起；③ 相关技术必须成熟，可以保证大规模使用；④必须足够安全、清洁，可以保证不会严重影响环境。
解决能源紧张的途径：由于人类的生存和发展使得能源的消耗量持续增长，因此人类必须不断地开发和利用新能源，同时增强节能意识，不断提高能源的利用率，这是目前解决能源紧张的重要途径。
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