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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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