Информационная Теория, Кодексы и Сообщения

Общая проблема передачи и интерпретации (расшифровки), которой сообщения рассматривает информационная теория, близкий родственник термодинамики, которая, немного в соответствии с проектом и немного случайно, использует статистическое понятие энтропии как отправная точка.

В общей проблеме коммуникации, которую рассматривает Клод Сханнон, изобретатель информационной теории, введены следующие основные элементы:

Сообщение

Передатчик: вещь, которая посылает сообщение

Приемник: инструмент, который читает и расшифровывает сообщение

Канал: среда, через которую передано сообщение

Кодекс: набор символов имел обыкновение писать сообщение Шум: нежелательный сигнал, который сталкивается с целым процессом и не может быть устранен

Простой пример обеспечивается телеграфом. Есть кодекс, данный последовательностью линий, точек, и периодов тишины; передатчик, который служит, чтобы послать сообщение в форме электромагнитного сигнала; канал - воздух; приемник, который включает оператор, который расшифровывает сообщение. Шум распределен повсюду: могут быть электрические увольнения, сталкивающиеся с реальным сигналом, ошибки, вызванные оператором, и т.д. В изобретении его Азбуки Морзе азбуки Морзе следовал за принципом использования самых коротких символов - самое быстрое, чтобы передать - для самых общих писем. Этот метод все еще используется в более сложных кодов

Электронная Оптика

Преобразование визуального изображения - двумерное распределение света и оттенка - в электрический сигнал требует не просто фоточувствительного элемента, который переводит различия в легкой интенсивности в различия в потоке или напряжении, но также и коммутаторе, который последовательно заставляет фотоэмиссию, полученную из различных картинных элементов приводить в действие общий генератор сигнала, или, поскольку альтернатива, последовательно получает сигнал продукции из индивидуальных фотоэлементов, связанных с картинными элементами. Точно так же в картинной реконструкции, коммутатор необходим, чтобы применить полученный сигнал последовательно к элементам в рамке кадра, соответствующей картинным элементам в передатчике, из которого произошел сигнал.

В электронном телевидении коммутаторы, используемые в обеих целях. являются электронными лучами. Чтобы воспроизведенная картина могла быть преданной точной копией оригинальной сцены, эти лучи должны быть отклонены в манере, которой точно управляют; чтобы понимать острые, высококачественные картины, они должны резко сходиться. Электрический и магнитные поля - средства, используемые для того, чтобы достигнуть обеих целей.

Проект электрических и магнитные поля, чтобы сосредоточиться и отклонять электроны в предписанной манере обычно называют электронной оптикой. Срок следует из признания, что дорожки материальных частиц, подчиненных консервативным областям силы повинуются тем же самым математическим законам как легкие лучи в среде переменного преломляющего индекса. Позже, это показывал, и теоретически и экспериментально, что axially симметрический электрический и акт магнитных полей действительно на электронных лучах в той же самой манере, поскольку обычные стеклянные линзы действуют на легкие лучи. "Преломляющий индекс" и для электронов в области с электростатической потенциальной победой и магнитной векторной потенциальной Банкой, быть написан просто то, где видят, - скорость света и 0 угол между дорожкой и магнитным векторным потенциалом. Нулевой уровень потенциальной победы сделан таким, что e победа представляет кинетическую энергию электрона. Таким образом возможно получить уравнения дорожки электронов из закона Фермата оптики: Закон Фермата заявляет, что для фактического легкого луча (или электронная дорожка) от пункта, чтобы указать B оптическое расстояние - минимум или максимум по сравнению с любой дорожкой сравнения.

В любой фактической электронной-оптической системе только электроды, окружающие область, через которую электроны перемещаются, наряду с их потенциалами, так же как внешними текущими катушками переноса и магнитными ядрами, могут быть определены по желанию. Области в интерьере, которые вступают в выражение преломляющего индекса и уравнения дорожки, должны быть получены из решения уравнения Лаплас для граничных условий, установленных электродами и magnetics. Для гальваностереотипа статические системы уравнение Лаплас - просто:

Определение электронных дорожек в пределах системы таким образом обычно выполняется в двух шагах: определение областей и решения уравнения дорожки в этих областях. Однако, компьютерные программы, применимые для большого диапазона практических случаев, были написаны для того, чтобы выполнить обе операции. С ними, компьютер поставляет электронные дорожки, если пункт происхождения и начальной скорости электрона также граничные потенциалы определен.

Радиация

Радиация - процесс, которым произведены волны. Если мы соединяемся, ac источник к одному концу электрической линии передачи (скажите, пара проводов или коаксиальных проводников), мы ожидаем, что электромагнитная волна путешествует вниз по линии. Точно так же, если, как в первой иллюстрации, мы перемещаем ныряльщика назад и вперед в заполненную воздухом трубу, мы ожидаем, что акустическая волна путешествует вниз по трубе.

Таким образом, мы обычно связываем радиацию волн с колеблющимися источниками. Вибрирующий конус громкоговорителя излучает акустические (звуковые) волны. Колеблющийся поток в радио или телевидении, передающем антенну излучает электромагнитные волны. Колеблющийся электрический или магнитный диполь излучает поляризованные самолетом волны. Вращающийся электрический или магнитный диполь излучает циркулярные поляризованные волны.

Радиация всегда связывается с движением, но это не всегда связывается с изменяющимся движением. Вообразите своего рода неподвижное устройство, проходящее дисперсионная среда. В иллюстрации ниже этого иллюстрирован как "гид" пройти тонкий прут и перемещать прут, поскольку это перемещается. Такое движущееся устройство производит волну в дисперсионной среде. Частота волны - такой, что победа скорости фазы волны соответствует скоростной победе перемещающегося устройства. Если скорость группы - меньше чем скорость фазы, волна, которая произведена следы позади перемещающегося устройства. Если скорость группы больше чем скорость фазы, волна выбегает перед перемещающимся устройством. Таким образом, объект, который перемещается в прямую линию в постоянной скорости, может излучить волны, если скорость движения равна скорости фазы волн, которые произведены. Это может произойти в линейной дисперсионной среде, поскольку мы отметили выше. Это может также произойти в случае объекта, перемещающегося через место, в котором могут поехать волны самолета.

Антенны и Дифракция

Иллюстрация представляет пучок света, появляющийся от лазера. Как путешествия луча, это расширяется, и поверхности постоянной фазы становятся сферическими. Луч тогда проходит через выпуклую линзу, сделанную из материала, в котором свет едет более медленно чем в воздухе. Это занимает более длинное время для волн, чтобы пройти центр линзы чем через край линзы. Эффект линзы должен произвести волну самолета по области линзы. Когда свет появляется от линзы, фронт импульса, или поверхность постоянной фазы, являются самолетом.

Следующий пример представляет тип микроволновой антенны. Микроволновый источник, типа конца волновода, расположен в центре параболического (действительно, paraboloidal) отражатель. После отражения, фронт фазы волны - самолет по апертуре отражателя.

Свет, появляющийся от линзы первой иллюстрации не едет навсегда в луче с диаметром линзы. Микроволновые печи от параболического отражателя не путешествуют навсегда в луче по диаметру отражателя. Насколько сильный - волна на большом расстоянии от линзы или отражателя?

Специфическая форма этого вопроса изложена в иллюстрации в'; основание текста. Мы кормим _{ЗАПЯТУЮ} власти в антенну, которая испускает волну самолета по области В. Мы имеем другую антенну расстояние L далеко, который собирает власть волны самолета в _{ПЛОЩАДИ} области и поставляет эту _{связь с общественностью} власти приемнику. Каково отношение среди Запятой, Pr, В, Площади, и L? Есть очень простая формула, связывающая эти количества:

Компьютеры и Математика

Сегодня физики и инженеры имеют в их распоряжении два больших инструмента: компьютер и математика. При использовании компьютера, человек, который знает физические законы, управляющие поведением специфического устройства или системы, может вычислить поведение того устройства или системы в специфических случаях, даже если он знает только очень немного математики. Сегодня новичок может получить числовые результаты, которые лежат вне досягаемости самого квалифицированного математика в дни перед компьютером. Что мы должны сказать относительно ценности математики в сегодняшнем мире? Что из человека с практическим интересом, человек, который хочет использовать математику?

Сегодня пользователь математики, физика или инженера, потребность знает очень немного математики, чтобы получить специфические числовые ответы. Возможно, он может даже обойтись без сложного вида функций, которые использовались в связи с конфигурациями вопроса. Но очень немного математики может дать физику или инженеру, который тяжелее, чтобы достать с помощью компьютера. Та вещь - понимание. Законы сохранения механической энергии и импульса могут быть просто получены из законов Ньютона движения. Законы просты, их заявление универсально. Нет никакой потребности в компьютерах, которые могут быть сохранены для большего количества специфических проблем.