XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Возрождение АМ-станций в современном мире
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность. Цели и задачи работы.
2022 год стал годом сложным и необычным, ознаменован он началом военной операции.
Но речь в моей работе пойдет не о политике, а о том, что изменилось в нашем современном мире. Думал ли кто-то, что в XXI веке нам придётся столкнуться с ограничениями, такими как: выезд за рубеж, валютные переводы, невозможность пользоваться пластиковыми картами и многое другое. В текущей ситуации нашей стране приходится перестраиваться, всё чаще мы слышим термин «импортозамещение». Я задумался: мы настолько привыкли ко всем благам цивилизации, что при отсутствии даже какой-то мелочи теряемся как дети. А ведь действительно в текущей ситуации нужно быть готовыми ко всему и мыслить на опережение.
Прошло всего несколько месяцев, а мы уже видим результат того, как живет наша страна- подстраивается под современные условия: сперва перебои с бумагой прекратились, паника с продуктами уже стихла. Но ещё я обратил внимание на информационную войну, которая сейчас идет. Людей пытаются отрезать от альтернативных каналов информации и связи: за рубежом закрываю российские каналы, блокируют радиостанции. Не так давно радио было главным источником информации. Во времена Великой Отечественной Войны оно вещало обо всем, было в каждой квартире и на центральных улицах городов. При желании можно было «поймать» радиостанцию любой страны. Как же это было возможно, не имея современных технологий?
Всё дело в радиоволнах. На тот момент были распространены АМ-станции, работающие на длинных волнах. Именно АМ-радиостанции слушали в глухих и отдаленных от цивилизации деревнях, полях и лесах, на Курильских островах и в степях Казахстана. Именно благодаря этим станциям в СССР по ночам слушали «Голос Америки», а в Австралии можно было поймать радио «Маяк». Теперь на АМ-волнах тишина или просто шипение. Всё дело в том, что в десятых годах XXI века их ликвидировали. Из-за небольшой аудитории их сочли нерентабельными. Зато теперь в чрезвычайной ситуации, такой как недавно возникла в Крыму-отключение электроэнергии, страна останется без связи. А если отключат интернет, то соотечественникам в другую страну никакой информации не передашь. Целесообразность решения о ликвидации радиостанций на длинных и средних волнах и возможность их восстановления- об этом моя работа.
Я полагаю, что при верном планировании затрат энергии и времени на восстановление работы станций на длинных и средних волнах возможно, в кратчайшие сроки произвести запуск оборудования для вещания на АМ-станциях.
Цель, которую я перед собой поставил в исследовании, -
-
Выявление причинно-следственных связей и событий, способных повлиять на принятие решения по возрождению АМ-станций;
-
Провести анализ и приблизительный расчет целесообразности восстановления АМ-станций.
-
Собрать устройства/радиоприемника способного работать на длинных и средних волнах.
Задачи:
-
изучить литературу и интернет-ресурсы по теме;
-
провести опрос «Какими источниками информации ты пользуешься?»;
-
изучить применение АМ и FM-волн;
-
проанализировать полученные данные и сделать выводы;
-
собрать радиоприёмник.
Объект исследования: радиоволны
Предмет исследования: применение АМ и FM-волн в современном мире.
Методы исследования:
-изучение литературы и Интернет-ресурсов;
- опрос;
- беседа;
- наблюдение;
- анализ;
- обобщение результатов.
Актуальность: как показывает проведенный мною опрос, многие как и я, черпают информацию из интернет ресурсов, редко прибегая к альтернативным способам получения информации. И сходятся во мнении, что при отключении столь популярного ресурса, либо возникновения перебоев с ним, на какое-то время будут отрезаны от мира. Предугадать исход подобной информ войны сложно, а в связи с этим считаю невозможным оставаться столь зависимым от интернет-ресурсов и даже телевидения. В современном мире мы должны быть готовы ко всему, и искать альтернативы, даже если они хранятся где-то в нашем прошлом, поэтому считаю свою работу актуальной.
Практическая значимость: В данной работе исследуется, анализируется целесообразность решения о ликвидации радиостанций на длинных и средних волнах, а так же актуальность принятия решения о восстановлении их работы и внедрение радиоприемников в повседневную жизнь. Устройство, которое я собрал, позволит получать информацию на длинных и средних волнах, а портативность и простота устройства облегчит его подключение и перенос в случае необходимости.
-
Теоретическая часть
-
Радио. Его история и принцип работы.
Радио было верным спутником человека на протяжении всего 20-го века. Оно было главным источником информации: новости, музыкальные передачи, объявления — всё это доносилось из динамиков радиоприёмников. Сама суть радио это способ беспроводной передачи данных, при этом используя в качестве переносчика информации радиоволну. И кому пришла в голову мысль о создании радио? Свою руку приложил не один учёный. Такие великие умы как Томас Эдисон, Никола Тесла, Александр Попов и Гульельмо Маркони сделали огромный вклад в создание и развитие данной технологии. Споры не утихают о том, кто же первым изобрел радио. В нашей стране традиционно считают, что изобретение принадлежит нашему соотечественнику Александру Попову. Он успешно проводил эксперименты по передаче данных с 1895 года, хотя нужно отдать должное, что зарубежные коллеги сильно усовершенствовали его начинание. К тому же Попов не патентовал свое изобретение. Зарубежные изобретатели Тесла и Маркони не уступали в спорах друг другу. Так Никола Тесла утверждал, что провел первые эксперименты по передаче данных с помощью радиоволн раньше 1896 года, когда как раз это сделал Маркони. Но Маркони в отличие ото всех успел запатентовать изобретение первым.
Вот такая не простая история у этого изобретения.
-
Радиоволны.
Итак, что же такое радиоволна? Когда мы говорим слово волна, то в голове возникает картинка моря, и морской волной мы называем колебания поверхности воды, таким образом волна — это колебание. А радиоволна — это колебание магнитного поля, которое распространяется в пространстве. Это сигнал, то, что передает информацию.
Радиоволны различаются по длине волны и частоте колебаний (модуляции).
Казалось бы, с длинной волны всё ясно, чем больше длина волны, тем дальше расстояние, на котором мы слышим сигнал.
На самом же деле всё не так просто, приведу для наглядности ещё один рисунок.
И вот тут и возникает вопрос: как же может быть так, что расстояние покрытия коротких волн может превышать расстояние покрытия волн длинных? А всё дело в Земле и её атмосфере. Земля является проводником тока, а земная атмосфера состоит из трёх слоёв: тропосферы, стратосферы и ионосферы. Именно ионосфера играет решающую роль в распространении радиоволн. Так как воздух здесь сильно разряжен, данный слой способен поглощать радиоволны и сильно искривлять их путь. Радиостанции распространяют сигнал вдоль поверхности Земли и вверх под различными углами.
При передаче сигналов ДВ-станций используется энергия как раз поверхностных волн. СВ-станции используют тот же принцип. Радиоволны же КВ диапазона сильно поглощаются Землёй и плохо огибаю её поверхность, но зато пространственные волны могут быть обнаружены приёмниками на достаточно больших расстояниях. И причиной тому служит искривление волн в ионосфере.
Но при распространении КВ волн могут возникать так называемые «зоны молчания», где сигнала нет, их протяженность может достигать нескольких тысяч километров.
УКВ волны распространяются на очень короткие расстояния и сильно поглощаются Землёй и всеми окружающими предметами, но для данного вида волн ионосфера подобна стеклу. И УКВ не отражаются от ионосферы, проходят сквозь неё в космическое пространство.
С расстояниями мы разобрались, но как же передаётся информация?
Сама по себе волна не несёт информации. Для передачи данных используется модуляция сигнала. Есть разные виды модуляций:
-амплитудная;
-фазовая;
-частотная;
-амплитудно-частотная.
Частотная модуляция- это от английского frequency modulation- FM. АМ-амплитудная модуляция. Эти обозначения нам знакомы.
Модуляция- это изменение одного из параметров сигнала. Частотная- изменение частоты, а амплитудная- соответственно амплитуды. У нас есть несущий сигнал, а модуляция этого сигнала позволяет зашифровать в нем информацию.
Простейший радиоприёмник содержит приемник и передатчик. Передатчик кодирует сигнал, применяя модуляцию, а приёмник должен раскодировать полученный сигнал. И вот мы слышим тот самый сигнал, который нам передали.
3. FM и АМ волны. В чём их отличие?
Если обратите внимание на радиоприёмники или магнитолы в автомобилях, то можете заметить такие обозначения, как FM и АМ. Для начала рассмотрим FM-радиостанции, так как сейчас нам они привычнее. FM- радиостанции работают на частотной модуляции. При частотной модуляции как я уже говорил ранее сигнал не меняется по амплитуде. В соответствии с изменениями уровня информационного сигнала меняется частота несущего колебания. FM-станции вещают на ультракоротких волнах (УКВ). Длина таких волн от 2,78 до 3,95 метров. В большинстве случаев хороший прием радиостанций, работающих на этих волнах, будет только в пределах прямой видимости передающей антенны.
Обратимся теперь к АМ-станциям. Это станции амплитудной модуляции. Они вещают на волнах длиной от нескольких сотен метров до нескольких километров (КВ, СВ, ДВ-волны). В диапазоне 0,145…1,620 Мгц радиосигнал может передаваться на сотни и тысячи километров. Длинные волны при определённых условиях могут даже обогнуть Землю.
Теперь, выяснив отличия между станциями, попробуете переключиться с FM-станции на АМ-станцию. К сожалению, ничего не выйдет, российские радиостанции, вещающие на ДВ…СВ диапазоне ликвидировали в десятых годах XXI века. Насколько данное решение было верным? Об этом пойдёт речь в практической части моей работы.
-
Практическая часть
-
Проведение и результаты опроса
Начав свою работу, я посветил много времени чтению литературы и поиску информации по выбранной теме. А вот интересно мои сверстники как задумывались о том, что они будут делать при отсутствии привычных способов связи? Так как сейчас лето и провести опрос у всего класса затруднительно: кто-то отдыхает (и кстати возможно уже находится без связи), а кого-то сложно заставить задуматься о глобальном в период каникул; то опрос я провел среди тех, кто пришел на летнюю трудовую практику в школу.
Всего в опросе участвовало 46 учащихся, всего возраста 13-14 лет. 15 человек моего класса и 31 учащийся параллельных классов.
На вопрос: «Какие способы связи и передачи информации Вы знаете?» 82% - учеников ответили, что интернет и социальные сети; ещё 5% - учеников вспомнили про телевизор и указали; и только 3%- дополнили свой ответ таким источником информации как радио. Обратите внимание, что такой источник информации как газеты, журналы и прочая печатная корреспонденция совсем не пришла никому в голову.
( Приложение 1)
Вопрос 2. «Сколько времени Вы проводите в социальных сетях, смотря телевизор и т.д.?»
80% опрошенных говорят о том, что не более 40% своего свободного времени они просматривают новости, почту и социальные сети.
Остальные 20% открыто заявляют, что летние каникулы проводят за компьютером и телефоном, погрузившись в сети глобальной информационной паутины.
Результаты меня порадовали, всё же большинство ребят предпочитают летом живое общение и обмен информации онлайн.
На третий вопрос: «Что Вы будете делать, если отключат электричество, интернет, социальные сети? Где начнете черпать информацию?»
Вопрос оказался интересным, вызвал дискуссию. Мнения разошлись:
-кто-то решил, что это конец;
-вспомнили об отключении Instagram и что ничего незаменимого нет;
-начали вспоминать фильмы-катастрофы, в которых герои искали способы общения и обмена информации с миром. Например: «Я-Легенда», «Разлом Сан-Андреас», «2012» и конечно российский фильм-сериал «Эпидемия». В каждом из них либо герои слушают радио, получат информацию и спасаются, либо по радио сообщат информацию о том, что случилось, ждут помощь и тоже спасаются.
Вот так в спорах и дискуссии, общими силами мы поняли, что есть альтернативный способ получения и передачи информации- радио. А уже изучить его работу и использовать эти знания при необходимости — это личное дело каждого. Ведь если разобраться, то ничего сложного в его работе нет и я берусь доказать, что любой подросток способен из подручных материалов собрать радиоприемник.
2) Анализ целесообразности решения о ликвидации радиостанций на длинных и средних волнах
Ушедший в прошлое 2014 год примечателен для России тем, что были отключены последние радиопередатчики диапазонов ДВ и СВ. Все приемники с этими диапазонами теперь можно выбросить на свалку. Но что же привело к столь печальному моменту?
Причин наступившего великого радиомолчания сразу несколько. Первая — большая энергоемкость ДВ и СВ-вещания (киловатты!). Вторая — все оборудование морально и физически сильно устарело. Третья — очень сложно найти запасные части. Логично и вполне убедительно звучит. Только вот ведь какой странный казус: в других странах названные диапазоны частот не закрывают. Скупой, как известно, платит дважды. Одно дело — «закрыть» радиовещание ДВ и СВ в небольшой стране, где потери легко компенсировать другими диапазонами, и совсем другое — в российских условиях при огромных расстояниях.
Но, собственно, о каких потерях идет речь? Давайте сначала посмотрим на преимущества ДВ и СВ-диапазонов.
Длинные волны легко распространяются в эфире на расстояния в несколько тысяч километров. Обычно это расстояние до двух тысяч километров. Средние волны «пробивают» расстояние в 600−700 км (иногда — до тысячи). Начиная с 1924 года в СССР преимущественно строились мощные радиостанции ДВ и СВ-диапазонов, передачи которых можно было принимать даже на простейшие детекторные приемники, собранные из самодельных деталей. Позже появились КВ-радиостанции. Правда, КВ-диапазон сначала считался «мусорным» из-за сильных помех на нем. А уж УКВ-диапазон и вовсе был очень долгое время экзотикой. Серьезным преимуществом ДВ и СВ-диапазонов (по сравнению с КВ и УКВ) стало то, что население получило дешевые транзисторные приемники весьма малых размеров и веса. Так называемое карманное радио. Были и всеволновые, но довольно громоздкие для того, чтобы взять с собой в дорогу. Да и стоили они дороже. Опять же, радиоприемники ДВ и СВ диапазонов легко собирались и настраивались по многочисленным радиолюбительским схемам прямого усиления даже школьниками. Так что страна была очень плотно радиофицирована. И на случай каких-либо ЧП сообщить о ситуации населению не составляло никакого труда. Но времена изменились.
Прежде сигнал «Внимание всем!» можно было подать по местной проводной радиотрансляционной сети. Увы, эти сети тоже приказали долго жить. Причины те же самые, что и с передатчиками ДВ и СВ-вещания. Правда, неплохо развивается местное коммерческое УКВ-вещание. Но что слышим на этом диапазоне? Сплошная одна и та же музыка изо дня в день. А это значит, что она записана в цифровом виде на емкий носитель и «крутится» в автоматическом режиме. «Достучаться» в нужный момент до владельцев радиостанции, чтобы пошло в эфир сообщение «Внимание всем!», сложно, а зачастую и невозможно — в студии просто никого нет. Да и мощность УКВ-передатчиков мизерная, их сигнал «охватывает» территорию в окружности в считанные километры. И лишь иногда это десятки километров. Разумеется, есть еще местное телевещание. Но принимается оно тоже ограниченно — в пределах населенного пункта или несколько дальше. Да и не у всех имеется возможность постоянно держать включенным телевизор. Можно бы сказать и про Интернет — значительную часть информационного пространства. Но кто и чего ради станет держать открытым «на все времена» официальный сайт администрации города или района? По логике, СМС с предупреждением можно «сбросить» на мобильники. Но где провайдер и где владельцы мобильных телефонов? Да и технически «массово» такая операция еще достаточно четко не отработана. И не будем забывать еще и о том, что мобильной связью «покрыта» лишь некоторая часть России. ЧП могут быть разными. Скажем, надвигающееся стихийное бедствие. Допустим, ураган. Как же о нем быстро сообщить населению?
Из-за тупиковой ситуации пытаются левой рукой со стороны затылка дотянуться до правого уха. Не всегда такое получается. В качестве примера ситуация в миллионной Уфе. Тут решили оповещать население колокольным звоном (смотрите скриншот). Конечно же, в дополнение к другим возможностям. Но в фактически мусульманской столице Башкирии (основное население — татары и башкиры) много ли звонниц? Грустная картина получается. Если у кого-то сохранился приемник с ДВ и СВ диапазоном — в России услышите лишь треск помех. Но взяв такой приемник, скажем, в Турцию или Египет, поймаете десятки местных радиостанций. Получается, там передатчики не устарели.
3) Создание портативного устройства для получения информации на длинных и средних волнах. Этапы создания.
Теперь, когда мы убедились, что отказ от вещания на ДВ и СВ волнах был ошибкой, пора задуматься о приемниках, работающих на этих волнах. Кто то возможно сохранил их, но что если нет… Думаю, увлекающемуся физикой подростку не сложно будет его собрать.
Подбираем детали:
два транзистора мп 39, транзистор п214, точечный диод, динамик на 1 ват, который нашел у бабушки.
Кусочек ферритового стержня я обмотал бумагой и на нее намотал 180 витков провода снятый со старого трансформатора , тем же проводом поверх первой обмотки намотал вторую обмотку 10-20 витков.
В качестве основы буду применять фанеру, кусочек размером 5 на 12,5 см.
В качестве опорных стоек я использую отрезки от медного прутка. Устанавливаю заранее подготовленные и залуженные медные стойки на свои места. Для крепления нашей катушки использовал вырезанные из тонкого алюминия полоски, которую я приклеил на фанеру. Переменный конденсатор тоже приклеен к фанере.
Теперь можно приступать к пайке. Это очень увлекательный процесс, как из кучки деталей вырастает устройство.
Техника безопасности при работе с паяльником.
Детали – не конструктор, их необходимо спаивать. Нам поможет прекрасное устройство – паяльник. Но при процессе сборки радио может приключиться различные ситуации, поэтому ознакамливаемся с техникой безопасности:
Никогда не дотрагивайтесь руками или другими частями тела до нагревательного элемента и жала паяльника.
Держите в руке паяльник только за предусмотренную для этого ручку и соблюдайте аккуратность при работе с ним.
Во избежание повреждения мебели, выполняйте работы на подложке.
В то время, когда вы непосредственно не работаете с паяльником и он находится в нагретом состоянии, устанавливайте паяльник на термостойкую подставку.
Не оставляйте паяльник включенным надолго без присмотра. После завершения работы обязательно отключайте его.
В связи с тем, что при пайке выделяется дым, выполняйте пайку в хорошо проветриваемом помещении.
При пайке мелких деталей удерживайте их пинцетом. Использование пинцета для удерживания поможет избежать ожогов.
Не убирайте паяльник в коробку сразу после окончания работы. Он еще продолжительное время остается горячим! Подождите 10 минут или более, пока паяльник остынет.
Радиоприемник готов! Правда кроме шипения ничего не издает…но причину мы уже выяснили, так как нет вещания на ДВ.
IV.Заключение
Проведенный мной опрос показал, что современные учащиеся достаточно ограниченны в способах получения информации, и как правило черпают её только из одного доступного источника. А значит выводы, которые мы делаем тоже узконаправленны и не подкреплены множеством фактов. Ведь источники информации обогащают нас знаниями, информацией, делают нас уверенными и эрудированными, поэтому нельзя пренебрегать ни одним из них.
За день мы видим и слышим множество информации, и требуется внутренний ресурс способный проанализировать, принять, отвергнуть или подтвердить достоверность информации и на основании этого уже сделать свои выводы, а не полагаться на чьи-то (хотя это гораздо проще). Но преодолев трудности, мы становимся самодостаточными людьми, способными мыслить и иметь свое аргументированное мнение.
Задачи, поставленные мной в исследовании, были достигнуты. Я изучил литературу по выбранной теме, провел анализ целесообразности отказа от вещания на длинных и средних волнах, собрал радиоприемник.
И эта работа была очень увлекательной.
V.Список литературы
1. Яворский Б.М. Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука 2002.
2. Трофимова Т.И. Курс физики - М.: Высшая школа 2001.
3. Гурский И.П. Элементарная физика под ред. И.В. Савельева - М.: Просвещение 1984
4. Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б. Физика - М.: Просвещение 1982.
5. Громов С.В. Физика. Оптика. Тепловые явления. Строение вещества. 11 кл. / С.В. Громов; под ред. Н.В. Шароновой. - М.: Просвещение, 2005.
6. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. -- М.: Просвещение, 2009.
7. Яворский Б.М. Справочник по физике / Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. - М.: Наука 2002.
VI. Приложения.
Приложение 1
Опрос
Какие способы связи и передачи информации Вы знаете?
Сколько времени Вы проводите в социальных сетях, смотря телевизор и т.д.?
Что Вы будете делать, если отключат электричество, интернет, социальные сети? Где начнете черпать информацию?