Из истории развития средств связи

Определения и обозначения

Электрический телеграф — средство связи, передающее сообщения электрическими сигналами по линии. Сообщение представляют условными сигналами, например короткими и длинными импульсами, а затем расшифровывают. Это позволяет пересылать текст на расстояние, не передавая саму речь.

Телефонная связь — передача звуковой информации с помощью электрических сигналов. Звук преобразуется в меняющийся электрический сигнал, который передаётся по линии и снова становится звуком. Телефон нужен для передачи речи, а не только заранее закодированных букв или знаков.

Радиосвязь — передача информации электромагнитными волнами без проводной линии между передатчиком и приёмником. Передатчик создаёт радиоволны, а приёмник улавливает их и восстанавливает информацию. Так можно связаться с устройствами, которые не соединены проводом.

Телевидение — система передачи изображения и звука на расстояние. Изображение и звуковое сопровождение преобразуют в сигналы, передают, а затем восстанавливают на принимающем устройстве. Это позволяет зрителю одновременно видеть происходящее и слышать звук.

Как это устроено

Развитие средств связи стало возможным благодаря изучению электрических и магнитных явлений. Учёные выяснили, что электрический ток можно использовать для создания и обнаружения сигналов, а значит, передавать информацию быстрее, чем её доставлял бы человек или транспорт. Так появились условия для создания электрического телеграфа: электрический сигнал можно направить по проводу на удалённую станцию. Практическая потребность быстро передавать сообщения подтолкнула к превращению этих знаний в устройства связи.

В телеграфе сообщение сначала кодируют: каждой букве, цифре или знаку соответствует определённая комбинация сигналов. Передатчик посылает эту комбинацию по линии, а приёмная станция фиксирует сигналы и превращает их обратно в понятный текст. Кодирование необходимо, потому что линия переносит электрический сигнал, а не сами буквы сообщения. Чем однозначнее код и надёжнее приём, тем меньше риск неправильно понять переданную информацию.

Телефон должен передавать не условный знак, а непрерывно меняющийся звук речи. Микрофон преобразует колебания воздуха в электрический сигнал, изменения которого соответствуют звуковым колебаниям. Сигнал проходит по линии к другому аппарату, где громкоговоритель вызывает колебания воздуха и воспроизводит звук. Такая последовательность нужна, чтобы голос можно было передать на расстояние и услышать без расшифровки кода.

Открытие электромагнитных волн позволило передавать сигналы без проводов. Передатчик создаёт модулированную радиоволну: её параметры изменяют в соответствии с передаваемой информацией, а приёмник выделяет эти изменения и восстанавливает сообщение. Радиоволнам не нужна проводная линия между устройствами, потому что они распространяются в пространстве, в том числе в вакууме. Поэтому стало возможным устанавливать связь с подвижными объектами и удалёнными пунктами.

Развитие радиотехники сделало возможной передачу не только отдельных сигналов или речи, но и изображения вместе со звуком. Телевизионная система преобразует изображение в последовательность сигналов, передаёт их вместе со звуковой информацией, а приёмник восстанавливает картинку и звук. Совершенствование аппаратуры расширило дальность связи и число людей, способных принять одно сообщение. Так наряду с индивидуальной связью развивались массовое вещание и новые способы дальней передачи информации.

Основные этапы развития средств связи

Сравнивайте строки по трём вопросам: какая информация передаётся, как устроен канал и что отличает способ связи. Таблица показывает, что один и тот же канал может переносить разные виды данных, если передатчик и приёмник умеют их кодировать и восстанавливать. Поэтому радиосвязь не следует сводить только к передаче звука.

Разбор задач

Задача 1. Сравнить телеграф и телефон: какую информацию передаёт каждый и как она представлена в сигнале. Чтобы сравнение было точным, нужно отделить вид сообщения от способа его представления. Сначала определим, что именно получает адресат, а затем посмотрим, что идёт по линии.

1. Телеграф передаёт текстовое сообщение, представленное условным кодом. Приёмник фиксирует комбинацию сигналов, после чего её переводят в буквы, цифры или знаки.
2. Телефон передаёт звуковую информацию: речь преобразуется в электрический сигнал, меняющийся вместе со звуком. На приёмном конце сигнал преобразуется обратно в звук.
3. Сопоставим результат: телеграфу требуется расшифровка условных сигналов, а телефон передаёт звуковое сообщение.

Ответ: телеграф передаёт закодированный текст, телефон — звук, преобразованный в электрический сигнал.

Задача 2. Радиосигнал проходит 900 км. Оценить время распространения, если его скорость равна 3·10⁸ м/с. В формуле t = s/v расстояние должно быть выражено в метрах, чтобы единицы согласовались со скоростью в метрах в секунду. Рассчитываем именно время распространения волны, не учитывая обработку сигнала приборами.

1. Переведём расстояние: 900 км = 900 000 м = 9·10⁵ м.
2. Подставим данные: t = s/v = (9·10⁵ м)/(3·10⁸ м/с) = 3·10⁻³ с.
3. Запишем результат в удобной форме: 3·10⁻³ с = 0,003 с, или 3 мс.

Ответ: радиосигнал распространяется примерно за 0,003 с, то есть за 3 мс.

Задача 3. Сравнить время распространения сигнала по телефонной линии длиной 1200 км и радиосигнала на такое же расстояние. Скорость сигнала в линии равна 2·10⁸ м/с, скорость радиоволн — 3·10⁸ м/с. Используем одинаковое расстояние, чтобы сравнение зависело только от скорости распространения. Оба результата найдём отдельно по формуле t = s/v.

1. Переведём длину: 1200 км = 1 200 000 м = 1,2·10⁶ м.
2. Для линии получаем t₁ = (1,2·10⁶ м)/(2·10⁸ м/с) = 6·10⁻³ с = 0,006 с.
3. Для радиоволн t₂ = (1,2·10⁶ м)/(3·10⁸ м/с) = 4·10⁻³ с = 0,004 с. Разность времён равна 0,002 с.

Ответ: в линии сигнал распространяется за 0,006 с, а радиосигнал — за 0,004 с; радиосигнал проходит путь на 0,002 с быстрее при заданных скоростях.

Типичные ошибки

Считать, что телеграф передаёт речь так же, как телефон, — значит смешивать сообщение с его формой. Телеграф использует условные сигналы, а телефон передаёт звуковую информацию, преобразованную в электрический сигнал. Путаница возникает потому, что оба устройства могут использовать электрический ток. Проверь себя вопросом: нужно ли адресату расшифровать код или он получает воспроизводимый звук?

Полагать, что радиосвязь всегда означает передачу звука, неверно: радиоволна может переносить разные виды информации. Такое представление появляется из-за привычных примеров радиовещания, где слушают речь и музыку. Сверься с назначением системы: радиоканал описывает способ передачи, а не единственный вид сообщения. По радио можно передавать и закодированные сигналы.

Смешивать скорость распространения сигнала со скоростью передачи или обработки сообщения — ошибка в выборе физической величины. Скорость распространения показывает, как быстро сигнал проходит расстояние, а обработка и передача данных могут занимать дополнительное время. Их часто путают, потому что обе характеристики связаны с длительностью связи. Проверь, что именно спрашивается в условии, и используй t = s/v только для времени прохождения заданного пути.

Утверждать, что электромагнитным волнам обязательно нужна проводная среда, неправильно. Вероятно, так думают, перенося свойства сигналов в проводе на радиоволны. Радиоволны распространяются в пространстве, в том числе в вакууме, поэтому провод между передатчиком и приёмником не обязателен. Проверка проста: радиосвязь возможна с подвижным приёмником, не подключённым к передатчику кабелем.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны представления об электрическом токе и электромагнитных явлениях: они объясняют, как создавать и обнаруживать сигналы. Радиосвязь и телевидение опираются на свойства электромагнитных волн, а эти знания пригодятся при изучении современных беспроводных систем. Количественные оценки требуют формулы скорости t = s/v, умения работать с единицами длины и времени и переводить километры в метры. Это позволяет сравнивать способы передачи по времени распространения сигнала.

Что запомнить

• Электрический телеграф передаёт сообщения условными сигналами по линии.
• Телефон предназначен для передачи звука посредством электрических сигналов.
• Радиосвязь использует электромагнитные волны и не требует проводной линии между передатчиком и приёмником.
• Телевидение позволяет передавать изображение и звук.
• Развитие средств связи связано с открытиями в области электричества и электромагнетизма.
• Время распространения сигнала зависит от расстояния и скорости его распространения.