От лат evaporo испаряю и греч grapho пи­шу), метод получения изображений объектов в их собственном (обычно ик) тепловом излучении. Предложен нем

Вид материала

Документы

Содержание Электродинамика движущих­ся сред Максвелла уравнения Рис. 1. Отражение све­та от движущегося зер­кала. Угол отражения  Электродинамика квантовая Электроинерционный опыт Электрокалорический эффект Электрокинетические явле­ния С. С. Духин. А—/n, где  — молярная (или атомная) масса, n Г. Я. Мякишев. Г. Я. Мякишев.

Подобный материал:

• Реферат по русскому языку на тему: «Типы словарей», 284.65kb.
• Метод распознавания изображений гистологических препаратов в задачах медицинской диагностики, 31.25kb.
• Конспект лекций для 16-и часового курса начертальная геометрия издание 2-ое, 578.52kb.
• Обработка и передача изображений, 243.48kb.
• Социоло́гия (от лат socius общественный; др греч. λόγος мысль, причина) наука о закономерностях, 85.75kb.
• Isbn 5-7262-0634 нейроинформатика 2006, 165.42kb.
• М. В. Лычагин Зав кафедрой д э. н., профессор, 986.65kb.
• Предложен метод неразрушающего акустического контроля многофазных макрооднородных композитных, 14.58kb.
• От греч autos -сам, bios жизнь, grapho пишу, лит прозаический жанр; как правило, последовательное, 2051.5kb.
• М. В. Корытова научный руководитель Р. Т. Файзуллин, д т. н., профессор Омский государственный, 26.14kb.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА ДВИЖУЩИХ­СЯ СРЕД, раздел электродинамики, в к-ром изучаются эл.-магн. явления, в частности законы распространения эл.-магн. волн, в движущихся сре­дах. Э. д. с. включает также оптику движущихся сред, в к-рой исследуется распространение света в движущихся средах. Эксперим. материал по Э. д. с. накапливался в течение неск. столе­тий, однако полное его объяснение стало возможным только после появ­ления спец. теории относительности А. Эйнштейна (1905).

В 1908 нем. учёный Г. Минковский показал, что Максвелла уравнения для покоящихся сред в сочетании с относительности принципом Эйн­штейна однозначно определяют эл.-магн. поле в движущейся среде. Ур-ния для полей в движущейся (с пост. скоростью v) среде совпадают с ур-ниями Максвелла в покоящейся среде, однако материальные уравнения, связывающие напря­жённости электрич. (E) и магн. (H) полей с электрич. (D) и магн. (В) индукциями для движущихся сред иные:



( и  — диэлектрич. и магн. прони­цаемости среды). Ур-ния Максвелла

с матер. ур-ниями (1) удовлетвори­тельно объясняют результаты всех экспериментов по изучению эл.-магн. явлений в движущихся средах. Ниже рассмотрены нек-рые из следствий теории Э. д. с.

Распространение электромагнит­ных волн в движущейся среде. Пусть в среде, движущейся со скоростью v, распространяется эл.-магн. волна



где E₀ и Н₀ — амплитуды электрич. и магн. полей, k — волн. вектор,  — круговая частота волны, r, t — коор­дината и время. В движущейся среде волн. вектор и частота [как вытекает из ур-ний Максвелла и (1), (2)] свя­заны соотношением



При v=0 (для покоящейся среды) k²=²/c². В соотношение (3) входит угол  между направлением распро­странения волны (вектором k) и ско­ростью v, kv=kvcos; поэтому ус­ловия распространения волны для разных направлений различны. При малых v, ограничиваясь величинами первого порядка по v/c, из (3) можно получить выражение для фазовой ско­рости v_фаз волны, распространяющей­ся под углом  к v.



направление фазовой скорости сов­падает с направлением k. Эта ф-ла была подтверждена в Физо опыте. Из (4), в частности, видно, что ско­рость света в движущейся среде не равна сумме скоростей света в не­подвижной среде и самой среды. По­ляризация волны, т, е. направления векторов Е₀ и H₀, зависит от скорости среды: вектор E₀ перпендикулярен не k, как в покоящейся среде, а век­тору



вектор Н₀ не перпендикулярен k и Е₀. Если скорость среды зависит от координат и времени, напр. если среда вращается, то методы спец. теории относительности становятся не­достаточными для определения эл.-магн. поля. Вид ур-ний поля может быть получен с помощью общей теории относительности. (При малых угл. скоростях вращения применима спец. теория относительности.)

Отражение и преломление света на движущихся границах раздела. Если эл.-магн. волна падает на движущую­ся границу раздела двух сред, то, как и в случае покоящейся границы, волна частично отражается, а ча­стично проходит через границу. Од­нако движение границы приводит к ряду новых физ. эффектов: оказы­вается, что угол падения не равен углу отражения, а частоты всех трёх



Рис. 1. Отражение све­та от движущегося зер­кала. Угол отражения ₂ не равен углу паде­ния ₁, частота ₂ от­ражённого света не рав­на частоте ₁ падающе­го света. Зеркало дви­жется с пост. скоро­стью v навстречу пада­ющему свету.


волн — падающей, отражённой и пре­ломлённой — различны, при нек-рых скоростях границы может отсутство­вать отражённая волна, но имеются две преломлённые с разными часто­тами и др.

Рассмотрим простейший пример — отражение света от движущегося в пустоте зеркала (Эйнштейн, 1905). В этом случае прошедшая волна от­сутствует, имеются лишь падающая и отражённая волны (рис. 1). Если скорость v зеркала направлена по нормали к его плоскости, а волна падает на зеркало под углом ₁ к нормали, то угол отражения а, след. образом выражается через ₁:



где =v/c (предполагается, что зер­кало движется навстречу падающей волне). При =0 (зеркало покоится) получим cos₁=cos₂, т. е. равен­ство углов падения и отражения. На­против, если v  с,

₂ 0 при лю­бом ₁, т. е. даже при скользящем падении отражённая волна уходит от зеркала по нормали. Частота отра­жённой волны связана с частотой падающей соотношением:



Если волна падает на движущееся зеркало по нормали, из (7) следует:



Если скорость зеркала близка к ско­рости света, частота отражённой вол­ны во много раз больше частоты па­дающей.

В общем случае граница раздела не явл. идеально отражающей, по­этому, кроме падающей и отражён­ной, имеется преломлённая волна. Помимо этого, и граница раздела, и среды по обе стороны от неё могут двигаться с разл. скоростями. Если скорости сред по обе стороны от гра­ницы параллельны плоскости раз­дела, отражение волны от границы сопровождается поворотом плоскости поляризации, причём угол поворота пропорц. относит. скорости гранича­щих сред.

Для нахождения отражённой и пре­ломлённой волн необходимо знать

869


условия, к-рым удовлетворяют поля на границе раздела. В системе от­счёта, в к-рой граница раздела поко­ится, граничные условия такие же, как в электродинамике неподвижных тел.

По изменению частоты при отраже­нии волны от движущейся границы может быть определена скорость гра­ницы. Предложено также использо­вать этот эффект для умножения ча­стоты эл.-магн. волн, применяя в кач-ве отражающих тел, в частности, пучки ускоренной плазмы. Экспе­римент подтвердил такую возмож­ность, однако достигнутая эффектив­ность преобразования частот пока невелика.

Излучение электромагнитных волн в движущейся среде. Источниками излучения в движущейся среде, как и в покоящейся, явл. электрич. заряды и токи. Однако хар-р распространения эл.-магн. волн от источника, распо­ложенного в движущейся среде, су­щественно отличается от хар-ра рас­пространения волн в покоящейся сре­де. Пусть в нек-рой малой области движущейся среды расположен ис­точник и время излучения мало. Если бы среда покоилась, то поле излуче­ния расходилось бы от источника во все стороны с одинаковой скоростью, равной скорости света, т. е. всё поле излучения было бы сосредоточено вблизи от сферич. поверхности, рас­ширяющейся со скоростью света. Дви­жение среды приводит к тому, что скорость света в разных направле­ниях оказывается различной [см. ф-лу (5)]. Поэтому поверхность, на к-рой поле излучения отлично от нуля, уже не явл. сферой. Расчёт показывает, что эта поверхность имеет вид эллип­соида вращения с осью симметрии, направленной по скорости движения среды. Полуоси эллипсоида линейно растут со временем, а центр эллип­тич. оболочки перемещается парал­лельно скорости среды. Т. о., обо­лочка, на к-рой сосредоточено излу­чение, одновременно расширяется и «сносится по течению» в движущейся среде («увлекается» средой). Если скорость перемещения среды срав­нительно невелика, то источник из­лучения находится внутри этой обо­лочки (рис. 2).



Рис. 2. Распространение волн излучения в дви­жущейся среде в случае, когда скорость движения среды не превышает фа­зовой скорости света. Ис­точник излучения нахо­дится в начале координат. Среда движется вправо со скоростью v. Видно, что волн. по­верхности «сносит по течению».

Если же скорость движения среды превышает фазовую скорость света, то оболочку «сдувает»



Рис. 3. Излучение волн в движущей­ся среде в случае, когда скорость сре­ды превышает фазо­вую скорость све­та. Источник излу­чения находится в начале координат. Расходящиеся от источника волны оказываются по од­ну сторону от ис­точника.


настолько сильно, что она вся ока­зывается «ниже по течению» и источ­ник излучения находится вне этой оболочки (рис. 3).

Прохождение заряженной частицы через движущуюся среду. При рас­смотрении излучения в движущейся среде предполагалось, что источник излучения покоится по отношению к этой среде. Если источник движется, то его поле излучения, как и в покоя­щейся среде, определяется интерфе­ренцией волн, испущенных источни­ком в каждой точке своего пути. От­личие от случая покоящейся изотроп­ной среды заключается в том, что из-за эффекта увлечения в движущейся среде скорость волн в разных направ­лениях различна (см. рис. 2 и 3).

Особенность излучения движуще­гося источника в движущейся среде можно понять на примере Черенкова — Вавилова излучения. Пусть в среде, движущейся со скоростью v, переме­щается с пост. скоростью u точечная заряж. ч-ца. Для простоты будем считать, что и и v направлены по одной прямой. В покоящейся среде ч-ца может стать источником излу­чения, если её скорость превышает фазовую скорость света в среде с/. Возникающее излучение, наз. излу­чением Черенкова — Вавилова, уно­сит энергию от движущейся ч-цы, и ч-ца замедляется. В движущейся среде источником излучения Черенкова — Вавилова может быть движущаяся с малой скоростью или даже покоя­щаяся заряж. ч-ца. Если ч-ца поко­ится, а скорость движения среды превышает фазовую скорость света, возникает характерное волн. поле, представляющее собой излучение Че­ренкова — Вавилова в данном слу­чае. При этом на ч-цу — источник излучения действует ускоряющая си­ла в направлении движения среды. Т. о., в движущейся среде хар-р вз-ствия заряж. ч-цы со средой ме­няется. В зависимости от скоростей ч-цы и среды потери энергии ч-цы могут иметь разл. величину и даже менять знак, что соответствует уже не замедлению, а ускорению частицы средой.

После того как стали получать (с помощью сильноточных и плазменных ускорителей) пучки заряж. ч-ц боль­шой плотности, движущиеся с реля­тив. скоростями, интерес к Э. д. с. возрос. Плотные пучки во мн. отно­шениях ведут себя как макроскопич.

движущаяся среда. В связи с приме­нением таких пучков появились новые возможности не только в Э. д. с. вообще, но также в изучении эффек­тов выше 1-го порядка по v/c, т. е. эффектов, в к-рых величина v/c не мала по сравнению с единицей.

• Т а м м И. Е., Основы теории электри­чества, 9 изд., М., 1976; Болотовский Б. М., Столяров С. Н., Совре­менное состояние электродинамики движу­щихся сред (безграничные среды), в кн.: Эйнштейновский сборник. 1974, М., 1976; Столяров С. Н., Граничные задачи электродинамики движущихся сред, там же. 1975 — 1976, М., 1978.

Б. М. Болотовский.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА КВАНТОВАЯ, см. Квантовая электродинамика.

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ, пре­образователь силы электрич. тока в механич. перемещение, основанный на вз-ствии двух (или более) конту­ров тока. При протекании токов (пост. или перем.), связанных с из­меряемой величиной, по неподвижной и подвижной катушкам измерит. ме­ханизма (рис.) в результате их эл.-магн. вз-ствия возникает вращающий



Схема электродинамич. измерительного ме­ханизма: 1 — секции неподвижной катуш­ки; 2 — подвижная катушка; 3 — ось под­вижной катушки; 4 — стрелка-указатель; I — ток. Устройство, создающее противо­действующий момент, не показано.


момент, к-рый по мере поворота под­вижной катушки уравновешивается моментом, создаваемым токоподводящими растяжками или пружинами. Для ослабления влияния внеш. магн. по­лей на слабые рабочие поля внутри механизма, Э. и. м. тщательно эк­ранируют, а также применяют астатические механизмы, в к-рых влияние поля компенсируется системой подвижных и неподвижных катушек. Используется Э. и. м. гл. обр. в лаб. многопредельных ампер­метрах, вольтметрах и ваттметрах (осн. погрешность в % от верхнего предела измерений — до 0,1%).

Разновидность Э. и. м.— ферродинамич. измерит. механизм (Ф. и. м.), в к-ром для усиления магн. поля неподвижной катушки используется магнитопровод. Э. и. м. нечувстви­тельны к внеш. магн. полям, обла­дают большим вращающим моментом, что снижает их чувствительность к механич. воздействиям и позволяет создавать на их основе регистрирую­щие приборы. Осн. область примене­ния Ф. и. м.— амперметры, вольт­метры, ваттметры, гл. обр. для изме-

870


рении на перем. токе, и варметры (с осн. погрешностью в % от верхнего предела измерений 0,2—2,5% на ча­стотах не выше 500 Гц),

• Основы электроизмерительной техники, М., 1972; Справочник по электроизмеритель­ным приборам, 2 изд., Л., 1977.

В. П. Кузнецов.

ЭЛЕКТРОИНЕРЦИОННЫЙ ОПЫТ, доказал, что проводимость металлов обусловлена свободными электрона­ми. Выполнен Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси в 1912 (результаты не были опубликованы), а также амер. физиками Т. Стюартом и Р. Толменом в 1916.

В Э. о. катушка большого диаметра с намотанным на неё металлич. про­водом приводилась в быстрое вращение и затем резко тормозилась. При тор­можении катушки свободные заряды в проводнике продолжали нек-рое время двигаться по инерции. Вслед­ствие движения зарядов относительно проводника в катушке возникал кратковрем. электрич. ток, к-рый регист­рировался гальванометром, присоеди­нённым к концам проводника с по­мощью скользящих контактов. На­правление тока свидетельствовало о том, что он обусловлен упорядоч. движением отрицательно заряж. ч-ц. Величина переносимого заряда прямо пропорц. отношению заряда к массе ч-ц, создающих ток. Измерения по­казали, что это отношение равно отношению заряда эл-на к его массе, полученному из др. опытов.

ЭЛЕКТРОКАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, изменение темп-ры диэлектри­ка под влиянием электрич. поля. В пироэлектриках изменение темп-ры про­порц. изменению напряжённости поля Е, в др. в-вах наблюдается лишь меньший по величине квадратичный Э. э.

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕ­НИЯ, совокупность явлений, воз­никающих в дисперсных системах и выражающихся либо в движении од­ной фазы относительно другой под действием внеш. электрич. поля, либо в появлении разности потенциалов в направлении относительного движения фаз под действием механич. сил. К Э. я. относятся: электрофо­рез — движение в жидкости взве­шенных тв. ч-ц, пузырьков, капель др. жидкости под действием внеш. электрич. поля; электроос­мос — движение жидкости через ка­пилляры или тв. пористые диафрагмы под действием внеш. электрич. поля; возникновение разности потенциалов в жидкости в направлении оседания находящихся в ней взвешенных тв. ч-ц (потенциал оседания, или седиментации); возник­новение разности потенциалов между концами капилляра или поверхно­стями пористой перегородки при продавливании через неё жидкости (потенциал течения).

Возникновение потенциалов течения и седиментации — явления обратные электроосмосу и электрофорезу. Э. я.

связаны с существованием на грани­цах фаз свободных электрич. зарядов (чаще ионов), располагающихся в виде двух противоположно заряж. слоев (двойной электрический слой). Внеш. электрич. поле, направленное вдоль границы фаз, приводит к от­носит. движению заряж. слоев, что, в свою очередь, вызывает относит. перемещение фаз, т. е. электроосмос или электрофорез. Обратное явле­ние — перемещение одной фазы от­носительно другой вызывает переме­щение заряж. слоев и, следовательно, появление разности потенциалов те­чения или седиментации. Для коли­честв. хар-ки Э. я. пользуются поня­тием электрокинетическо­го потенциала, величина к-ро­го зависит от числа зарядов на гра­нице раздела и их распределения в двойном электрич. слое.

Приближённая количеств. теория Э. я. разработана польск. физиком М. Смолуховским (1903). Она не учи­тывает отклонение двойного электрич. слоя от состояния равновесия и воз­никновение у дисперсных ч-ц инду­цированного дипольного момента. Для учёта этих явлений Э. я. необходимо рассматривать совместно с др. элект­роповерхностными явлениями.

• Д у х и н С. С., Электропроводность и электрокинетические свойства дисперсных систем, К., 1975; Д у х и н С. С., Д е р я г и н Б. В., Электрофорез, М., 1976.

С. С. Духин.

ЭЛЕКТРОЛИЗ, совокупность электрохим. процессов, проходящих на электродах, погружённых в электро­лит, при прохождении по нему элект­рич. тока. В результате этих процес­сов в-ва, входящие в состав элект­ролита, выделяются в свободном виде.

Проводимость электролитов — ион­ная, прохождение тока в них связано с переносом в-ва. На аноде происходит электрохим. окисление отрицательно заряж. ионы становятся нейтр. атомами и выделяются из р-ра, а на катоде — восстановит. реакция: по­ложит. ионы получают недостающие эл-ны.

Изучение и применение Э. началось в кон. 18 — нач. 19 вв. Осн. законы Э. были установлены эксперименталь­но М. Фарадеем в 1833—34. Согласно первому закону Фарадея, масса m выделившегося на аноде в-ва про­порц. времени t прохождения через электролит тока и силе тока I:

m=kIt;

коэфф. пропорциональности k наз. электрохимическим экви­валентом данного в-ва.

Второй закон Фарадея устанавли­вает связь электрохим. эквивалента с химическим эквивален­том А—/n, где  — молярная (или атомная) масса, n — заряд иона (в ед. абс. величины заряда эл-на е):

k=(1/F)A,

где F — Фарадея постоянная, чис­ленно равная заряду, к-рый должен

пройти через электролит, чтобы на электроде выделилась масса в-ва, чис­ленно равная k. Этот заряд переносят ионы, кол-во к-рых в массе в-ва, численно равной хим. эквиваленту,

составляет N_A/n , где N_A— число Авогадро (число молекул в грамм-молекуле). Поэтому F=q_n(NA/n), где q_n —

заряд одного иона. Так как заряд иона q_n=ne, то F=eN_A = 96500 Кл/моль.

Э. лежит в основе электрохим. метода получения чистых в-в, а также используется для создания тонких слоев одних в-в на поверхности дру­гих (никелирование, хромирование и Т. Д.).

Г. Я. Мякишев.

ЭЛЕКТРОЛИТЫ, в широком смыс­ле — жидкие или твёрдые в-ва и си­стемы, в к-рых присутствуют в за­метной концентрации ионы, обуслов­ливающие прохождение по ним элект­рич. тока (ионную проводимость); в узком смысле — в-ва, распадающиеся в р-ре на ионы.

При растворении Э. под влиянием электрич. поля молекул раствори­теля происходит распад молекул Э. на отд. положительно и отрицательно заряж. ионы. Этот процесс наз. элек­тролитической диссоци­ацией. По способности к электролитич. диссоциации а Э. условно делят на сильные (1) и слабые (а близка к 0). К сильным Э. относятся соли, нек-рые органич. кислоты и основания, к слабым — мн. органич. кислоты и основания. Степень дис­социации зависит также от природы растворителя, темп-ры, давления и др. факторов.

Св-ва очень разбавл. растворов Э. удовлетворительно описываются ста­тистич. теорией. Не слишком разбав­ленные Э. явл. сложными системами из ионов, недиссоциированных моле­кул и ионных пар, молекул раство­рителя и др., и теория таких систем, к-рая учитывала бы все вз-ствия, пока не создана.

При прохождении электрич. тока через электролит на опущенных в него электродах происходят окислительно-восстановительные электрохим. реак­ции, в результате к-рых выделяются в свободном виде в-ва, входящие в состав Э. (см. Электролиз).

Г. Я. Мякишев.

ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, лю­минесценция, возбуждаемая электрич. полем. Наблюдается в газах и тв. телах. При Э. атомы (молекулы) в-ва переходят в возбуждённое состояние в результате возникновения в нём к.-л. формы электрич. разряда. Из разл. типов Э. тв. тел наиболее важны инжекционная и предпробойная. Инжекц. Э. характерна для р — n-перехода в нек-рых ПП, напр. в SiC или GaP, в пост. электрич. поле, включённом в пропускном на-

871


правлении. В re-область инжектиру­ются избыточные дырки, а в р-область — эл-ны (или те и другие в тонкий слой между р- и n-областями). Свечение возникает при рекомбина­ции эл-нов и дырок в р — n-слое.

Предпробойная Э. наблюдается, напр., в порошкообразном ZnS, ак­тивированном Си, А1 и др. и помещён­ном в диэлектрик между обкладками конденсатора, на к-рый подаётся пе­рем. напряжение звук. частоты. При макс. напряжении на обкладках кон­денсатора в люминофоре происходят процессы, близкие к электрич. про­бою: на краях частичек люминофора концентрируется сильное электрич. поле, к-рое ускоряет свободные эл-ны. Эти эл-ны могут ионизовать атомы; образовавшиеся дырки захватываются центрами люминесценции, на к-рых рекомбинируют эл-ны при изменении направления поля.

Э. газов — свечение газового раз­ряда — используется в газоразряд­ных трубках. Э. тв. тел применяется для индикаторных устройств (элект­ролюминесцентные знаковые индика­торы, мнемосхемы, преобразователи изображений и т. д.). • Прикладная электролюминесценция, М., 1974; Верещагин И. К., Электролю­минесценция кристаллов, М., 1974.

М. В. Фок.