Физ величина, характе­ризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с к-рыми одно тело действует на поверхность другого (напр

Вид материала

Документы

Содержание Нелинейные свойства. Диэлектрическая воспри­имчивость Диэлектрическая проница­емость P, вектором напряжённости электрич. поля Е Статич. диэлектрич. проница­емость  нек-рых диэлектриков Дебая формулы) Рис. 3. Частотные зависимости ' и tg в широком диапазоне частот для гипотетич. диэлектрика: частоты  D — электрич. индукция. В обыч­ных диэлектриках диф вплоть до пробоя. В нелинейных диэлектри­ках (напр., сегнетоэлектриках)  Диэлектрические потери Диэлектрический детектор Длина волны ДЛИНА СВОБОДНОГО ПРОБЕГА (средняя длина свободного пробега, l) Длинные линии К можно пользоваться ф-лой: K=0,8+0,16 L

Подобный материал:

• Реферат По Физике, 58.66kb.
• Тема: определение реакций связей при действии на конструкцию произвольной плоской системы, 15.41kb.
• Головной мозг, 139.71kb.
• Работы режущего инструмента, основная нагрузка приходится на его рабочую поверхность,, 335.67kb.
• Головной мозг, с окружающими его оболочками находится в полости мозгового черепа, 437.52kb.
• Представьте себе некоторую поверхность и сидящего на ней муравья. Представили, 409.6kb.
• Лекция №8 Тема: «Продолжение», 81.36kb.
• Твует равновесию, установившемуся под действием силы тяжести, при условии, если, 669.51kb.
• Лабораторная работа метод естественного электрического поля (ЕП), 82.61kb.
• 1. Резьба Резьба поверхность, образованная при винтовом движении плоского контура, 223.58kb.

Нелинейные свойства. Линейная за­висимость P=Е справедлива только для полей Е, значительно меньших

внутрикристаллических полей (Е_кр~10⁸ В/см). Т. к. E_пр<<E_кр. то в большинстве Д. не удаётся наблюдать нелинейную зависимость P(Е) в пост. электрич. поле. Исключение состав­ляют сегнетоэлектрики, где в сегнетоэлектрич. области и вблизи фазовых переходов наблюдается сильная не­линейная зависимость P(Е). Однако нелинейные св-ва любых Д. проявля­ются в ВЧ полях больших амплитуд (E_пр растёт). В частности, в луче лазера, где могут быть созданы элект­рич. поля ~10⁸ В/см, нелинейные св-ва Д. становятся существенными. Это позволяет наблюдать преобразо­вание частоты света, самофокусировку и др. нелинейные эффекты в диэлектрич. кристаллах (см. Нелинейная оп­тика) .

Применения. Многие Д. исполь­зуются гл. обр. как электроизоляц. материалы. В частности, Д. с высо­ким E_пр используются как конден­саторные материалы. Пьезоэлектрики применяются для преобразований звук. колебаний в электрические и наоборот (см. Пьезоэлектрический пре­образователь); пироэлектрики — для индикации и измерения интенсивности ИК излучения; сегнетоэлектрики — как нелинейные элементы в радио­электронике. Вводя в Д. примеси, можно окрасить его, сделав непро­зрачным для определённой области спектра (оптич. фильтры). Многие диэлектрич. кристаллы используются в квантовой электронике (в лазерах и квантовых усилителях СВЧ) и др.

• Сканави Г. И., Физика диэлектриков (Область слабых полей), М.—Л., 1949; его же, Физика диэлектриков (Область сильных полей), М., 1958; Ф р ё л и х Г., Теория ди­электриков, пер. с англ., М., I960; Хиппель А. Р., Диэлектрики и волны, пер. с англ., М., 1960; Желудев И. С., Фи­зика кристаллических диэлектриков, М., 1968; Б а р ф у т Ж., Тейлор Дж., По­лярные диэлектрики и их применения, пер. с англ., М., 1981. А. П. Леванюк.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ВОСПРИ­ИМЧИВОСТЬ, величина, характери­зующая способность среды к поляри­зации. Д. в.— коэфф. пропорциональ­ности  в соотношении P=E, где IE — напряжённость электрич. поля, P — дипольный момент единицы объ­ёма диэлектрика. Д. в. характеризует диэлектрич. свойства в-ва, так же как и диэлектрическая проницаемость , с к-рой она связана соотношением (в системе единиц СГСЭ): =1+4.

• См. лит. при ст. Диэлектрики.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦА­ЕМОСТЬ, величина , характеризую­щая поляризацию диэлектриков под действием электрич. поля Е. Д. п. входит в Кулона закон как величина, показывающая, во сколько раз сила вз-ствия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Ослабление вз-ствия происходит из-за экранизации свободных зарядов свя­занными, образующимися в резуль­тате поляризации среды. Связанные заряды возникают вследствие микроскопич. перераспределения заряда в электрически нейтральной среде и, в отличие от свободных зарядов, не способны перемещаться под дейст­вием поля на макроскопич. расстоя­ния, т. е. не участвуют в электропро­водности в-в.

Связь между вектором поляризации P, вектором напряжённости электрич. поля Е в вакууме и в диэлектрике (вектором электрич. индукции D) в системе единиц СГСЭ имеет вид:

D=E+4P=E, (1)

в системе единиц СИ:

D=₀E+P=₀E, (2)

где ₀ — электрическая постоянная. Величина Д. п.  зависит от струк­туры и хим. состава в-ва, а также от давления, темп-ры и др. внешних условий (табл.).

Микроскопич. теория приводит к приближённому выражению для Д. п. неполярных диэлектриков:



где n_i — концентрация i-того сорта атомов, ионов или молекул, _i — их поляризуемость, _i — т. н. фактор внутр. поля, учитывающий вз-ствие диполей друг с другом и обусловлен­ный особенностями структуры кри­сталла. Для большинства диэлектри­ков с =2—8, ¹/₃ (в системе еди­ниц СГСЭ =4/3),  практически не зависит от темп-ры, давления и электрич. поля вплоть до пробоя диэлектрика. Высокие значения  нек-рых окислов металлов и др. со­единений обусловлены особенностями их структуры, приводящими к боль­шим значениям  и к сильному уменьшению знаменателя дроби в фор­муле (3), Т. К. при n_i_i_i  1,  .

Поляризация диэлектрика при на­ложении электрич. поля происходит



Рис. 1. а — изменение по­ляризации P во времени t при включении электрич. поля Е в случае ионного и электронного механизмов по­ляризации; б — частотные зависимости ' и tg.



Рис. 2. а — изменение по­ляризации P во времени при включении поля Е при ориентац. механизме по­ляризации; б — частотные зависимости ' и tg.


СТАТИЧ. ДИЭЛЕКТРИЧ. ПРОНИЦА­ЕМОСТЬ  НЕК-РЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ



не мгновенно, а в течение нек-рого времени  (время релаксации). В пе­ременном поле E=E₀sint; это при­водит к отставанию поляризации P=P₀•sin(t-) от поля Е. При описании колебаний P и Е методом комплексных амплитуд Д. п. пред­ставляют комплексной величиной:

='-i", (4)

причём ' и " зависят от  и  (см. Дебая формулы), а отношение "/'=tg определяет диэлектрические по­тери в среде. Сдвиг фаз  зависит от соотношения времён т и T=2/. При <P изменяется практи­чески одновременно с Е, т. е. =0. Соответствующее значение ' обозна­чают ₀. При >>Т (высокие частоты) поляризация не успевает за измене­ниями Е,  и ' в этом случае обозначают _. Очевидно, что ₀_, и в перем. полях Д. п. оказывается

178


функцией со. Вблизи =1/ происхо­дит изменение ' от ₀ до _ (область дисперсии), а зависи­мость tg() проходит через максимум.

Характер зависимостей '() и tg () в области дисперсии определяется механизмом поляризации. В случае ионной и электронной поляризаций изменение  во времени t при вклю­чении поля Е имеет характер затуха­ющих колебаний (рис. 1, а). Соответ­ственно зависимости ' и tg от  наз. резонансными (рис. 1,б). При ориентац. поляризации (t) носит релаксац. характер (рис. 2, а), а зависимости ' и tg от  наз. релаксационными (рис. 2, б). Вре­мена т установления или исчезновения поляризации в этом случае зависят от интенсивности теплового движения атомов, молекул или ионов, т. е. от темп-ры. При ориентац. поляризации т определяется временем ориентации отд. молекул в направлении Е и за­висит от величины дипольных момен­тов молекул, вязкости среды, энер­гии диполь-дипольного вз-ствия и т. д. При комнатной темп-ре ~10^-4— 10^-10 с, причём для газов и жидко­стей, как правило,  меньше, чем для тв. тел.

В тв. диэлектриках поляризация часто обусловлена слабо связанными ионами, к-рые могут иметь неск. положений равновесия. Под дейст­вием поля Е и теплового движения они могут перемещаться из одного равновесного положения в другое, преодолевая потенциальный барьер U. В этом случае ~exp(U/kT) варьи­руется в широком интервале. В элект­рически неоднородных средах наблю­дается межповерхностная поляриза­ция, вызванная движением свободных носителей заряда, скапливающихся вблизи границ областей с повышен­ным уд. сопротивлением (межкристаллитная прослойка в керамике, при-



Рис. 3. Частотные зависимости ' и tg в широком диапазоне частот для гипотетич. диэлектрика: частоты ₁, ₂ и ₃ соответст­вуют ориентац. поляризации, ₄ и ₅ — электронной и ионной поляризациям.

электродные запорные слои в кристал­лах, микротрещины, флуктуации хим. состава и т. д.). При этом в системе единиц СГСЭ ~/4 (в СИ =₀/), где  и  — Д. п. и проводи­мость высокопроводящих включений.

В реальных диэлектриках нередко возможны одновременно неск. меха­низмов поляризации с различными т, что приводит к более сложному ха­рактеру зависимостей () и tg () (рис. 3).

Дифференциальная Д. п. в системе единиц СГСЭ:

_диф=dD/dE, где D — электрич. индукция. В обыч­ных диэлектриках _диф вплоть до пробоя. В нелинейных диэлектри­ках (напр., сегнетоэлектриках) _диф. Величину _диф измеряют обычно в слабых перем. полях при одноврем. наложении сильного пост. поля и называют реверсивной

Д. п.

• См. лит. при ст. Диэлектрики.

И. Н. Грозное.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ,

часть энергии перем. электрич. поля Е, к-рая преобразуется в теплоту при переполяризации диэлектрика. Все движения частиц в веществе связаны с диссипацией части энергии, со­общённой частицам электрическим полем; в конечном счёте эта часть энергии превращается в теплоту. Ве­личина «сил трения» и, следовательно, Д. п. тем больше, чем больше ско­рость ч-ц. Это указывает на зависи­мость Д. п. от частоты со поля Ж.

Если осн. роль в поляризации ди­электрика играют малые смещения эл-нов и ионов, то диэлектрик можно рассматривать как совокупность гармонич. осцилляторов, испытывающих в перем. поле вынужденные колеба­ния. Потери энергии при таких ко­лебаниях максимальны, если со близка к частоте собственных колебаний ос­циллятора (резонанс). При выходе частоты из области резонанса ампли­туды колебаний и скорости ч-ц быстро уменьшаются, и Д. п. становятся не­большими. При электронном меха­низме поляризации максимум потерь приходится на оптич. частоты (~10¹⁵Гц), поэтому для электротехнич. и радиотехнич. частот Д. п. ничтожны. При поляризации, обусловленной сме­щением ионов, максимум Д. п. распо­ложен в ИК диапазоне (10¹² —10¹³ Гц).

Ещё меньшие частоты соответст­вуют максимуму Д. п. при ориентац. поляризации. Если период колебаний внеш. поля меньше, чем время, не­обходимое для выстраивания диполь­ных моментов вдоль поля, поляриза­ция почти не успевает устанавливать­ся и Д. п. малы. При низких часто­тах поляризация успевает следовать за полем, т. е. смещения ч-ц велики, но из-за больших величин времени смещений Д. п. также малы. Мак­симум Д. п. имеет место при наложении перем. поля, период к-рого Т примерно равен времени установления ориентации молекул (времени релак­сации). Для воды, где поляризация в основном ориентационная. Т ~10^-10 с.

Д. п. количественно характеризуют­ся величиной тангенса угла Д. п. tg6 (угол б — разность фаз между векто­рами поляризации Р и напряжённости Е электрич. поля).

Реальные диэлектрики обладают ко­нечной электрич. проводимостью , с наличием к-рой также связана часть Д. п. При низких частотах джоулевы потери, связанные с проводимостью, могут оказаться существенными, т. к. (в отличие от рассмотренных выше) их величина 0 при 0. Если Д. п. обусловлены только проводи­мостью, то tg=4/ (в единицах СГСЭ).

• См. лит. при ст. Диэлектрики.

А. П. Леванюк.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР,

трековый детектор в виде тв. диэлектрич. образца, в к-ром регистри­руются следы попавших в него заряж. ч-ц. Частицы, двигаясь в диэлект­рике, нарушают его структуру (р а д и а ц и о н н ы е дефекты). На­рушения имеют форму тёмных следов (треков) шириной от неск. десятков до неск. сотен Å. Их ширина может быть увеличена до 1—2 мкм (и выше) избират. послойным травлением по­верхности диэлектрика растворами кислот, щелочей, окислителей (ско­рость травления вдоль следа превос­ходит скорость травления остальной поверхности).

Эффект избирательного травления обнаружен для мн. минералов, стёкол и ряда органич. полимеров. Наиболь­шее применение в качестве Д. д. нашли силикатные и фосфатные стёк­ла (в частности, обычное оконное стекло), слюды (мусковит и фторфлогопит), лавсан, поликарбонат, нитроцеллюлоза. Наиболее чувствителен полимер диэтиленгликоль — бисаллилкарбонат, способный, напр., регист­рировать -частицы с энергией до 7 МэВ. Д. д. обладает высокой эф­фективностью регистрации, отсутст­вием фоновых событий, термич. ста­бильностью следов, простотой обра­ботки и пороговой чувствительностью к лёгким заряж. ч-цам. Д. д. приме­няются гл. обр. для регистрации ос­колков деления атомных ядер и многозарядных ионов. Д. д. опреде­ляют тяжёлые ч-цы в первичном косм. излучении по зависимости скорости травления следа от заряда и скорости ч-цы. С помощью Д. д. в косм. лучах были обнаружены ядра тяжелее Fe.

• Флейшер Р. Л., П р а й с П. Б., У о к е р Р. М., Треки заряженных частиц в твердых телах, пер. с англ., М., 1981.

В. П. Перелыгин.

ДЛИНА ВОЛНЫ, пространственный период волны, т. е. расстояние между

179


двумя ближайшими точками гармонич. бегущей волны, находящимися в оди­наковой фазе колебаний, или удвоен­ное расстояние между двумя ближай­шими узлами или пучностями стоячей волны. Д. в.  связана с периодом колебания Т и фазовой скоростью рф распространения волны в данном направлении соотношением: =v_фT.

ДЛИНА СВОБОДНОГО ПРОБЕГА (средняя длина свободного пробега, l), средняя длина пути, проходимого ч-цей между двумя последоват. со­ударениями с др. ч-цами. Т. к. столк­новения могут быть разного типа — упругие, неупругие, с возбуждением или ионизацией и т. д. (см. Столкно­вения атомные), соответственно раз­личают Д. с. п. между столкнове­ниями того или иного типа. Понятие «Д. с. п.» впервые появилось в кинети­ческой теории газов. Если за 1 с молекула газа проходит в среднем путь v, испытывая при этом  упругих соударений с такими же молекулами и двигаясь в интервале между соуда­рениями равномерно и прямолинейно, то l=v/=1/(n2), где n — число молекул в ед. объёма (плотность газа), a — сечение эффективное молекулы. Для обычных мол. газов в норм. ус­ловиях l ~10^-5 см, что примерно в 100 раз больше ср. расстояния между молекулами. Понятие «Д. с. п.» в кинетич. теории газов было обобщено и для систем слабо взаимодействую­щих ч-ц, образующих газоподобные системы (электронный газ в металлах и ПП, нейтроны в слабо поглощаю­щих средах и т. п.). В теории нерав­новесных процессов естественно воз­никает нек-рая величина размерно­сти длины, к-рую возможно истол­ковать как Д. с. п. Она входит в выражения для коэфф. разл. явлений переноса.

Д. с. п. заряженных ча­стиц (электронов и ионов). При классическом рассмотрении понятия эффективного сечения и Д. с. п. по отношению к упругим столкновениям заряж. ч-ц теряют смысл, т. к. вз-ствие ионов (эл-нов) с атомами (молекулами) может происходить и на расстоянии. В рамках квант. механики, рассмат­ривая упругие вз-ствия заряж. ч-ц, получают конечные значения для эфф. поперечного сечения и, следовательно, для Д. с. п., если вз-ствие убывает быстрее, чем 1/r³. В плазме можно определить Д. с. п. для упругих вз-ствий, считая, что радиус действия поля рассеивающих центров не пре­вышает дебаевского радиуса экрани­рования. По отношению к неупругим процессам Д. с. п. определяется ср. расстоянием, к-рое проходит ион (эл-н) при данной скорости, прежде чем примет участие в процессе.

ДЛИННЫЕ ЛИНИИ, см. в ст. Линии передачи.

ДОБРОТНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬ, то же, что куметр.

ДОБРОТНОСТЬ, величина, характери­зующая резонансные свойства ли­нейной колебат. системы; численно равна отношению резонансной часто­ты со к ширине резонансной кривой  на уровне убывания амплитуды в 2 раза: Q=/. Принято также выражать Д. колебат. системы через отношение запасённой в ней энергии W к средней за период колебаний мощ­ности потерь Р: Q=W/P. Однако при наличии потерь величина запа­сённой энергии не может быть уста­новлена строго и определяется путём условного разграничения диссипативных и реактивных элементов. Так, напр., в случае электрич. контуров принято запасённую энергию считать сосредоточенной в чисто реактивных элементах индуктивности L и ём­кости С, а потери связывать с проте­канием тока по чисто диссипативному элементу — сопротивлению R, тогда Д.



Соответственно для механич. коле­бат. системы с массой m, упругостью k и коэфф. трения b

Q=(mk/b)=m/b=k/b. (2)

В колебат. системах с большой Д. частота и коэфф. затухания а слабо­затухающих колебаний вида e^-tsint связаны с Д. отношением Q=/2=/d>>i, где d=2/ — логарифмич. декремент затухания.

Д. характеризует избирательную и разрешающую способности колебат. системы: чем больше Q, тем выше ре­зонансный отклик системы по срав­нению с нерезонансным; близкие ча­стоты ₁ и ₂ могут быть разрешены, если |₁-₂|>>=/Q. Обычные ра­диоконтуры обладают Д. Q ~ 10¹ —10², для камертона Q ~ 10², для пьезокварцевой пластинки Q ~ 2•10⁴ на частоте 20 кГц, для СВЧ резонаторов Q ~ 10³—10⁴, а для квазиоптич. и оптич. резонаторов ~10⁶—10⁷.

• Стрелков С. П., Введение в теорию колебаний, 2 изд., М., 1964; Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Сивухин Д. В., Общий курс физики, т. 3 — Электричество, М., 1977.

ДОЗА (от греч. dosis — доля, порция, приём) излучения, энергия ионизирую­щего излучения, поглощённая облучае­мым в-вом и рассчитанная на еди­ницу его массы (поглощённая доза). Поглощённая энергия расходуется на нагрев в-ва и на его хим. и физ. превращения. Величина Д. зависит от вида излучения, энергии его ч-ц, плотности их потока и от состава облучаемого в-ва. Это объясняется разл. процессами вз-ствия ч-ц и фо­тонов с эл-нами и атомами в-ва (см. Гамма-излучение, Рентгеновское из­лучение). При прочих равных усло­виях Д. тем больше, чем больше время облучения, т. е. Д. накапливается со временем. Д., отнесённая к единице времени, наз. мощностью Д.

Единица поглощённой Д. в системе единиц СИ — грэй (Гр). Широко рас­пространена внесистемная единица рад: 1 рад=10^-2 Гр. Мощность дозы измеряется в Гр/с, Гр/ч и т. п.

Экспозиционная доза — Д. рентгеновского и -излучений, оп­ределяемая по ионизации воздуха. Она определяется как отношение сум­марного заряда всех ионов одного знака Q, созданных в воздухе, при полном торможении вторичных эл-нов и позитронов, образующихся в элем. объёме, к массе воздуха m в этом объёме: D₀=Q/m. Экспозиц. Д. с хорошей точностью пропорциональна керме. Единица экспозиц. Д. в системе СИ — Кл/кг. Экспозиц. Д. в 1 Кл/кг означает, что суммарный заряд всех ионов одного знака, образованных в 1 кг воздуха, равен 1 Кл. Устаревшей внесистемной единицей явл. рентген: 1 Р=2,57976•10^-4 Кл/кг, что соот­ветствует образованию 2,08•10⁹ пар ионов в 1 см³ воздуха (при 0°С и 760 мм рт. ст.). На создание такого кол-ва ионов необходимо затратить энергию, равную 0,114 эрг/см³ или 88 эрг/г. Т. о., 88 эрг/г — энергетич. эквивалент рентгена. По величине экспозиц. Д. можно рассчитать по­глощённую Д. рентгеновского и -излучений в любом в-ве, зная состав в-ва и энергию фотонов.

Эквивалентная доза. При облучении живых организмов, в частности человека, возникают биол. эффекты, величина к-рых при одной и той же поглощённой Д. различна для разных видов излучения. Т. о., знание поглощённой Д. недостаточно для оценки радиац. опасности. Приня­то сравнивать биол. эффекты, вызы­ваемые любыми ионизирующими излу­чениями, с эффектами от рентгеновско­го и -излучений. Коэфф., показываю­щий во сколько раз радиац. опасность в случае хронич. облучения человека (в сравнит. малых Д.) для данного вида излучения выше, чем в случае рентгеновского излучения при оди­наковой поглощённой Д., наз. коэф­фициентом качества излу­чения (К). Для рентгеновского и -излучений K=1. Для всех др. ионизи­рующих излучений К устанавливается на основании радиобиол. данных. Все эти величины используются при ус­тановлении норм радиац. безопасности и регламентированы. Коэфф. качества может быть разным для разл. энергий одного и того же вида излучения. Напр., для тепловых нейтронов K=3, для нейтронов с энергией ξ_п=0,5 МэВ K=10, а для ξ_п = 5МэВ K=7. Ко­эфф. К зависит от линейной передачи анергии L_:



Для интерполяции значений К можно пользоваться ф-лой: K=0,8+0,16 L_.

180


Эквивалентная Д. Н определяется как произведение поглощённой Д. на коэфф. качества излучения: H=DK. Эквив. Д. может измеряться в тех же единицах, что и поглощённая. Существует спец. единица эквивалент­ной Д.— бэр, эквивалентная Д. в 1 бэр соответствует поглощённой Д. в 1 рад при K=1. Единица эквива­лентной Д. СИ — зиверт (Зв). При воздействии неск. видов излучения эквивалентная Д. H=K_iD_i.

Естеств. источники ионизирующих излучений (космические лучи, естеств. радиоактивность почвы, воды и воз­духа, а также радиоактивность, со­держащаяся в теле человека) создают на территории СССР мощность эквива­лентной Д. порядка 40—200 мбэр в год. Эквивалентная Д. в 4— 5 Зв, получен­ная человеком за короткое время при тотальном облучении тела, может при­вести к смертельному исходу, однако такая же Д., полученная в течение всей жизни, не приводит к видимым изменениям. Диапазон Д. при локаль­ных терапевтич. облучениях в онко­логии ~ до 10 Гр за 3—4 нед. Изме­рение Д. осуществляется дозиметри­ческими приборами.

• ГОСТ 15484 — 74. Ионизирующие излу­чения, М., 1974; ГОСТ 12631—67. Коэффи­циент качества ионизирующих излучений, М., 1967; Иванов В. И., Курс дозимет­рии, 3 изд., М., 1978; Нормы радиационной безопасности. НРБ — 76, М., 1978.

Г. Б. Радзиевский.