Увеличение оптическое

Вид материала

Документы

Содержание Ударная ионизация УДАРЫ ВТОРОГО РОДА (столкнове­ния второго рода, соударения второго рода) Удельная рефракция ( Удельная электропроводность Удельное магнитное враще­ние Удельный вес Удельный объём Уединенная волна Л. А. Островский. В. А. Красильников. Принципиальные схемы щелевого (а) и по­точного (б) ультрамикроскопов. 2 изд., Л., 1974; Воюцкий С. С., Курс коллоид­ной химии, 2 изд., М., 1975. Л. А. Шиц. Ультрафиолетовое излучение). Ультрафиолетовое излу­чение.

Подобный материал:

• Оптическое оборудование, 171.18kb.
• Хованскова Инна Александровна, 37.43kb.
• Полиграфический словарь, 499.28kb.
• Увеличение продаж – возможно ли это сейчас?, 24.11kb.
• Оптическое оборудование, 440.32kb.
• Машиностроение, 219.74kb.
• Кроэкономической ситуации стало сохранение и увеличение денежных сбережений населения,, 61.54kb.
• Патофизиология регионарного кровообращения и микроциркуляции, 124.19kb.
• Увеличение пенсионного возраста для женщин, 218.59kb.
• Федеральная целевая программа «Жилище» на 2002-2010 годы и входящие в ее состав подпрограммы, 116.2kb.

УДАРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ, см. в ст. Ионизация.

УДАРНЫЙ ИМПУЛЬС, импульс удар­ной силы, действующий на каждое из соударяющихся тел при ударе. Ве­личина У. и. определяется равенством

S=Р_ср или S=∫^₀Pdt, где Р — удар­ная сила, P_ср — её среднее значение за время удара, т — время удара. В общей теории удара У. и. рас­сматривают как меру механич. взаи­модействия тел при ударе. Иногда У. и. наз. ударом.

УДАРЫ ВТОРОГО РОДА (столкнове­ния второго рода, соударения второго рода), неупругие столкновения воз­буждённых атомов, ионов и молекул между собой и с эл-нами, при к-рых происходит увеличение кинетич. энер­гии сталкивающихся ч-ц за счёт их внутр. энергии (энергия возбуждения полностью или частично переходит в кинетич. энергию разлетающихся по­сле столкновения ч-ц). Подробнее см. Столкновения атомные.

УДЕЛЬНАЯ РЕФРАКЦИЯ (r), харак­теризует электронную поляризуе­мость ед. массы в-ва в высокочастот­ном эл.-магн. поле световой волны. У. р. в-ва равна его рефракции моле­кулярной Л, делённой на молекуляр­ную массу М. У. р. может быть выра­жена через показатель преломления n в-ва неск. способами; чаще всего её записывают в виде:

r=((n²-1)/(n²+1))•(1/),

где  — плотность в-ва.

УДЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ, физ. величина , равная электропроводности цилиндрич. про­водника единичной длины и единич­ной площади сечения; У. э. связана с уд. сопротивлением  соотношением =1/. Её принято измерять в едини­цах: сименс (Ом^-1) на метр или на сан­тиметр (См/м или См/см).

УДЕЛЬНОЕ МАГНИТНОЕ ВРАЩЕ­НИЕ, то же, что Верде постоянная.

УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ эле­ктрическое, физ. величина , равная электрическому сопротивлению ци­линдрич. проводника единичной длины и единичной площади поперечного се­чения. Обычно У. с. выражают в Ом•см или Ом•м.

УДЕЛЬНЫЙ ВЕС (), отношение веса тела Р к его объёму V: =P/V. У. в. может быть определён и через плот­ность  в-ва: =g, где g — ускорение свободного падения. У. в. не является однозначной хар-кой в-ва, т. к. за­висит от величины g (следовательно, от геогр. широты места измерений). Ед. измерения У. в. служат Н/м³ (СИ), дин/см³ (СГС); 1 Н/м³=0,1 дин/см³.

УДЕЛЬНЫЙ ОБЪЁМ, см. Объём удельный.

УДЕРЖАНИЕ «ЦВЕТА» (пленение «цвета»), в теории сильного вз-ствия — гипотетич. св-во, призванное объяс­нить эксперим. факт отсутствия свободных «цветных» кварков и «цветных» адро­нов (все адроны явл. «бесцветными» комбинациями либо трёх кварков, либо кварка и антикварка). Сущест­вует неск. феноменологич. моделей, реализующих это св-во и наз. «кварковыми мешками». В квант. теории поля У. «ц.» связывают с ростом эф­фективного заряда при увеличении расстояния между кварками, вслед­ствие чего они не могут разойтись на большие (в яд. масштабе) расстоя­ния. Имеются косв. указания на возможность осуществления механизма У. «ц.» в квантовой хромодинамике.

Д. В. Ширков.

УЕДИНЕННАЯ ВОЛНА, волновое движение (см. Волны), к-рое в каждый момент времени локализовано в ко­нечной области пространства и отно­сительно медленно изменяет свою структуру при распространении. Ти­пичная У. в. имеет вид одиночного



Примеры уединённых волн: а — стационарное возвышение (солитон) на мелкой воде; h — смещение поверхности жидкости; б — ударная волна небольшой амплитуды в газе; р — изменение давления; в — импульс возбуждения в аксоне нерва; и — потенциал мембраны. По оси абсцисс отложена переменная =t-x/v, где t — время, x — коорди­ната, v — скорость уединённой волны.


импульса или перепада (рис.), но У. в. может иметь и более сложную структуру.

В более узком смысле под У. в. понимают локализованную стационар­ную нелинейную волну, распростра­няющуюся без изменения формы с постоянной скоростью и описываемую ур-ниями в обыкновенных производ­ных. В фазовом пространстве У. в. отвечает траектория, соединяющая две различные точки равновесия или воз­вращающаяся в ту же самую точку. К У. в. относят, напр., такие типы нелинейных волн, как ударные волны в диссипативной среде, стационарные импульсные волны возбуждения в активных средах (напр., нервный им­пульс) и солитон в среде без потерь.

• См. лит. при ст. Солитон.

Л. А. Островский.

УЛЬТРАЗВУК, упругие волны с ча­стотами прибл. от (1,5—2)•10⁴Гц (15—20 кГц) до 10⁹ Гц (1 ГГц); область частот У. от 10⁹ до 10¹²—10¹³ Гц при­нято наз. гиперзвуком. Область частот У. удобно подразделять на три диапа­зона: У. низких частот (1,5•10⁴—10⁵ Гц), У. средних частот (10⁵—10⁷ Гц) и область высоких частот У. (10⁷ —10⁹ Гц). Каждый из этих диапазонов характеризуется своими специфич. осо­бенностями генерации, приёма, рас­пространения и применения.

Свойства ультразвука и особенности его распро­странения. По физ. природе У. представляет собой упругие волны, и в этом он не отличается от звука, по­этому частотная граница между зву­ковыми и УЗ-выми волнами условна. Однако благодаря более высоким ча­стотам и, следовательно, малым дли­нам волн (так, длины волн У. вы­соких частот в воздухе составляют 3,4•10^-3—3,4•10^-5 см, в воде 1,5X10^-2—1,5 •10^-4 см и в стали 5•10^-2—5•10^-4 см) имеет место ряд особен­ностей распространения У.

Малая длина УЗ-вых волн позво­ляет в ряде случаев рассматривать их распространение методами геометри­ческой акустики. Это даёт возможность рассматривать отражение, преломле­ние, а также фокусировку с помощью лучевой картины.

Ввиду малой длины волны У. ха­рактер его распространения опреде­ляется в первую очередь молекуляр­ной структурой среды, поэтому, из-

меряя скорость с и коэфф. затухания а, можно судить о молекулярных свой­ствах вещества (см. Молекулярная аку­стика). Характерная особенность рас­пространения У. в многоатомных газах и во мн. жидкостях — сущест­вование областей дисперсии звука, сопровождающейся сильным возра­станием его поглощения. Эти эффекты объясняются процессами релаксации (см. Релаксация акустическая). У. в газах, и в частности в воздухе, распространяется с большим затуха­нием (см. Поглощение звука). Жид­кости и твёрдые тела (в особенности монокристаллы) представляют собой, как правило, хорошие проводники У., затухание в них значительно меньше. Поэтому области использования У. средних и высоких частот относятся почти исключительно к жидкостям и твёрдым телам, а в воздухе и газах применяют только У. низких частот. Др. особенность У.— возможность получения большой интенсивности даже при сравнительно небольших амплитудах колебаний, т. к. при данной амплитуде плотность потока энергии пропорциональна квадрату частоты. УЗ-вые волны большой ин­тенсивности сопровождаются рядом

780


нелинейных эффектов. Так, для ин­тенсивных плоских УЗ-вых волн при малом поглощении среды (в особен­ности в жидкостях, твёрдых телах) синусоидальная у излучателя волна превращается по мере её распространения в слабую периодич. ударную вол­ну (пилообразной формы); поглощение таких волн оказывается значительно больше (т. н. нелинейное поглощение), чем волн малой амплитуды. Распро­странению УЗ-вых волн в газах и в жидкостях сопутствует движение сре­ды, т. н. акустическое течение, ско­рость к-рого зависит от вязкости среды, интенсивности У. и его ча­стоты; вообще говоря, она мала и составляет долю % от скорости У. К числу важных нелинейных явлений, возникающих при распространении интенсивного У. в жидкостях, отно­сится акустич. кавитация. Интен­сивность, соответствующая порогу ка­витации, зависит от рода жидкости и степени её чистоты, частоты звука, темп-ры и др. факторов. В водопро­водной воде, содержащей пузырьки воздуха, на частоте 20 кГц она со­ставляет доли Вт/см². На частотах диапазона УСЧ в УЗ-вом поле с интенсивностью начиная с неск. Вт/см² может возникнуть фонтанирование жидкости и распыление её с образованием весьма мелкодисперсного ту­мана. Акустич. кавитация широко применяется в технологич. процессах; при этом пользуются У. низких частот.

Генерация ультразвука. Для излучения У. применяют разно­образные устройства, к-рые могут быть разбиты на 2 группы — механи­ческие и электромеханические. Меха­нич. излучатели У.— воздушные и жидкостные свистки и сирены— отли­чаются простотой устройства и экс­плуатации, не требуют дорогостоя­щей электрич. энергии высокой ча­стоты. Их недостаток широкий спектр излучаемых частот и неста­бильность частоты и амплитуды, что не позволяет использовать их для контрольно-измерит. целей; они при­меняются гл. обр. в пром. УЗ-вой технологии и частично — как сред­ства сигнализации.

Основными излучателями У. яв­ляются электромеханические, преоб­разующие электрич. колебания в ме­ханические. В диапазоне У. низких частот возможно применение электродинамич. и электростатич. излуча­телей. Широкое применение в этом диапазоне частот нашли магнитострикционные преобразователи, исполь­зующие эффект магнитострикции. Для излучения У. средних и высоких частот применяются гл. обр. пьезоэлек­трические преобразователи, исполь­зующие явление пьезоэлектричества. Для увеличения амплитуды колеба­ний и излучаемой в среду мощности, как правило, применяются резонанс­ные колебания магнитострикц. и пьезоэлектрич. элементов на их собств. частоте.

Предельная интенсивность излуче­ния У. определяется прочностными и нелинейными свойствами материала излучателей, а также особенностями использования излучателей. Диапа­зон интенсивности при генерации У. в области средних частот чрезвычайно широк: интенсивности от 10^-14—10^-15 Вт/см² до 0,1 Вт/см² считаются малыми. Для достижения больших интенсивностей, к-рые могут быть получены с поверхности излучателя, пользуются фокусировкой У. (см. Фокусировка звука). Так, в фокусе параболоида, внутренние стенки к-ро­го выполнены из мозаики кварцевых пластинок или из пьезокерамики, на частоте 0,5 МГц удаётся получать в воде интенсивности У. большие, чем 10⁵ Вт/см². Для увеличения ампли­туды колебаний твёрдых тел в диапа­зоне У. низких частот часто пользу­ются стержневыми УЗ-выми концент­раторами (см. Концентратор акусти­ческий), позволяющими получать ам­плитуды смещения 10^-4 см.

Приём и обнаружение ультразвука. Вследствие обра­тимости пьезоэффекта пьезоэлектрич. преобразователи используются и для приёма У. Для изучения УЗ-вого поля можно пользоваться и оптич. метода­ми; У., распространяясь в к.-л. среде, вызывает изменение её оптич. пока­зателя преломления, что позволяет визуализировать звуковое поле, если среда прозрачна для света. Совокуп­ность уплотнений и разрежений, со­провождающая распространение УЗ-вой волны, представляет собой свое­образную решётку, дифракцию све­товых волн на к-рой можно наблю­дать в оптически прозрачных телах. Дифракция света на ультразвуке лег­ла в основу смежной области акустики и оптики — акустооптики, к-рая по­лучила большое развитие после воз­никновения газовых лазеров непре­рывного действия.

Применения ультразвука. Ультразвуковые методы приме­няются в физике твёрдого тела, в частности в физике полупроводников, в результате чего возникла новая область акустики — акустоэлектроника. На основе её достижений разра­батываются приборы для обработки сигнальной информации в микрора­диоэлектронике. У. играет большую роль в изучении структуры в-ва. Наряду с методами молекулярной акустики для жидкостей и газов в области изучения твёрдых тел изме­рение скорости с и коэфф. поглощения а используются для определения мо­дулей упругости и диссипативных характеристик в-ва. Получила раз­витие квантовая акустика, изучающая взаимодействие фононов с элект­ронами проводимости, магнонами и др. квазичастицами в твёрдых телах.

У. широко применяется в технике. По данным измерений с и а во многих технич. задачах осуществляется конт­роль за протеканием того или иного

процесса (контроль концентрации сме­си газов, состава разл. жидкостей и т. п.). Используя отражение У. на границе разл. сред, с помощью УЗ-вых приборов измеряют размеры изделий (напр., УЗ-вые толщиноме­ры), определяют уровни жидкостей в ёмкостях, недоступных для прямого измерения. У. сравнительно малой интенсивности (до ~0,1 Вт/см²) ис­пользуется в дефектоскопии для не­разрушающего контроля изделий из твёрдых материалов (рельс, крупных отливок, качеств. проката и т. д.). При помощи У. осуществляется звуковидение: преобразуя УЗ-вые ко­лебания в электрич., а последние в световые, оказывается возможным при помощи У. видеть те или иные пред­меты в непрозрачной для света среде. Для получения увеличенных изобра­жений предмета с помощью У. вы­сокой частоты создан акустич. мик­роскоп, аналогичный обычному мик­роскопу, преимущество к-рого перед оптическим — высокая контрастность, что при биол. исследованиях не тре­бует предварит. окрашивания пред­мета, и возможность получать изоб­ражения оптически непрозрачных объ­ектов. Развитие голографии привело к определённым успехам в области УЗ-вой голографии (см. Голография акустическая). Важную роль У. иг­рает в, гидроакустике, поскольку уп­ругие волны являются единств. видом волн, хорошо распространяющихся в морской воде. На принципе отражения УЗ-вых импульсов от препятст­вий, возникающих на пути их рас­пространения, строится работа эхо­лота, гидролокатора и др.

У. большой интенсивности (гл. обр. диапазон низких частот) применяется в технике, оказывая воздействие на протекание технологич. процессов по­средством нелинейных эффектов — кавитации, акустич. потоков и др. Так, при помощи мощного У. ускоря­ется ряд процессов тепло- и массообмена в металлургии. Воздействие УЗ-вых колебаний непосредственно на расплавы позволяет получить бо­лее мелкокристаллич. и однородную структуру металла. УЗ-вая кавитация применяется для очистки от загряз­нений как мелких (часовое производ­ство, приборостроение, электронная техника), так и крупных производств. деталей (трансформаторное железо, прокат и др.). С помощью У. удаётся осуществить пайку алюминиевых из­делий, приварку тонких проводников к напылённым металлич. плёнкам и непосредственно к полупроводникам, сварку пластмассовых деталей, сое­динение полимерных плёнок и синтетич. тканей. У. позволяет обраба­тывать хрупкие детали, а также де­тали сложной конфигурации.

У. применяется в биологии и меди­цине. При действии У. на биол. объ-

781


екты происходит его поглощение и преобразование акустич. энергии в тепловую. Локальный нагрев тканей на доли и единицы градусов, как правило, способствует жизнедеятель­ности биол. объектов, повышая ин­тенсивность процессов обмена в-в. Однако более интенсивные и длит. воздействия могут привести к пере­греву биологических структур и их разрушению.

В медицине У. используется для диагностики, терапевтич. и хирургич. лечения. Способность У. без сущест­венного поглощения проникать в мяг­кие ткани организма и отражаться от акустич. неоднородностей использу­ется для диагностики внутр. органов. Микромассаж тканей, активация про­цессов обмена и локальное нагревание тканей под действием У. использу­ются для терапевтич. целей. УЗ-вая хирургия подразделяется на две раз­новидности, одна из к-рых связана с разрушением тканей собственно зву­ковыми колебаниями, а вторая — с наложением УЗ-вых колебаний на хирургич. инструмент.

• Бергман Л., Ультразвук, пер. с нем., М., 1956; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 1—7, М., 1966—74; Физика и техника мощного ульт­развука, под ред. Л. Д. Розенберга, т. 1—3, М., 1967—70; Зарембо Л. К., Красильников В. А., Введение в нелинейную акустику, М., 1966; Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырни­ков Ю. П., Основы молекулярной акус­тики, М., 1964; Викторов И. А., Звуковые поверхностные волны в твердых телах, М., 1981; Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б., Ультразвуковые мето­ды в физике твердого тела, пер. с англ., М., 1972; Ультразвуковая технология, под ред. Б. А. Аграната, М., 1974; Эльпинер И. Е., Биофизика ультразвука, М., 1973.

В. А. Красильников.

УЛЬТРАМИКРОСКОП, оптич. при­бор для обнаружения мельчайших (коллоидных) ч-ц, размеры к-рых мень­ше предела разрешения (см. Разре­шающая способность оптич. приборов) обычных световых микроскопов. Воз­можность обнаружения таких ч-ц с помощью У. обусловлена дифракцией света на них. При сильном боковом освещении каждая ч-ца в У. отмеча­ется наблюдателем как яркая точка (светящееся дифракц. пятно) на тём­ном фоне. Вследствие дифракции на мельчайших ч-цах рассеивается очень мало света. Поэтому в У. применяют, как правило, сильные источники све­та. В зависимости от интенсивности освещения, длины световой волны, разности показателей преломления ч-цы и среды обнаруживаемые ч-цы имеют размеры ~ (2—50)•10^-9 м. По дифракц. пятнам нельзя определить истинные размеры, форму и струк­туру ч-ц: У. не даёт изображений оптических исследуемых объектов. Од­нако, используя У., можно установить наличие и численную концентрацию ч-ц, изучать их движение, а также рассчитать средний размер ч-ц, если

известна их весовая концентрация и плотность.

У. создали в 1903 нем. физик Г. Зидентопф и австр. химик Р. Зигмонди. В предложенной ими схеме щелевого У. (рис., а) исследуемая система не­подвижна. Кювета 5 с изучаемым объектом освещается источником све­та 1 (2 — конденсор; 4 — осветитель­ный объектив) через узкую прямо­угольную щель 3, изображение к-рой проецируется в зону наблюдения.



Принципиальные схемы щелевого (а) и по­точного (б) ультрамикроскопов.


В окуляр наблюдательного микро­скопа 6 видны светящиеся точки ч-ц, находящихся в плоскости изображения щели. Выше и ниже освещённой зоны присутствие ч-ц не обнаруживается.

В поточном У. (рис., б) изучаемые ч-цы движутся по трубке навстречу глазу наблюдателя. Пересекая зону освещения, они регистрируются как яркие вспышки визуально или с по­мощью фотометрич. устройства. Ре­гулируя яркость освещения наблюда­емых ч-ц подвижным клином фотомет­рическим 7, можно выделять для регистрации ч-цы, размер к-рых пре­вышает заданный предел. С помощью поточного У. определяют концентра­цию золей в пределах от 1 до 10⁷ ч-ц в 1 см³.

У. применяют при исследованиях дисперсных систем, для контроля чи­стоты атм. воздуха, воды, степени загрязнения оптически прозрачных сред посторонними включениями.

• Коузов П. А., Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов, 2 изд., Л., 1974; Воюцкий С. С., Курс коллоид­ной химии, 2 изд., М., 1975.

Л. А. Шиц.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ СПЕКТРО­СКОПИЯ (УФ спектроскопия), раз­дел оптич. спектроскопии, включа­ющий получение, исследование и при­менение спектров испускания, погло­щения и отражения в УФ области

спектра (400—10 нм). Исследованием спектров в области 200—10 нм зани­мается вакуумная спектроскопия (см. Ультрафиолетовое излучение). В об­ласти спектра 400—200 нм используют приборы, построенные по тем же оптич. схемам, что и спектральные приборы для видимой области; от­личие состоит лишь в замене стек­лянных призм, линз и др. оптич. деталей, поглощающих УФ излучение, на кварцевые. При измерении ин­тенсивности УФ излучения в качестве эталонных применяют источники, име­ющие в УФ области спектра известное распределение спектральной яркости (ленточная вольфрамовая лампа, угольная дуга, а также синхротронное излучение); стандартными приёмника­ми в этой области спектра являются термопара и градуированные фото­элементы.

У. с. применяется при исследовании атомов, ионов, молекул и твёрдых тел для изучения их уровней энергии, вероятностей квантовых переходов и др. хар-к. В УФ области спектра лежат резонансные линии нейтраль­ных, одно- и двукратно ионизованных атомов, а также спектральные линии, испускаемые возбуждёнными конфи­гурациями высокоионизованных ато­мов. Электронно-колебательно-враща­тельные полосы молекул в осн. также располагаются в ближней УФ области спектра. Здесь же сосредоточены по­лосы поглощения в спектрах боль­шинства полупроводников, возника­ющие при прямых переходах из ва­лентной зоны в зону проводимости. Мн. хим. соединения дают сильные полосы поглощения в УФ области, что создаёт преимущества использо­вания У. с. в спектральном анализе. У. с. имеет большое значение для внеатмосферной астрофизики при изу­чении Солнца, звёзд, туманностей и др.

• См. лит. при ст. Ультрафиолетовое излу­чение.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕ­НИЕ (ультрафиолетовые лучи, УФ из­лучение), не видимое глазом эл.-магн. излучение, занимающее спектр. об­ласть между видимым и рентгеновским излучением в пределах длин волн  от 400 до 10 нм. Область У. и. условно делится на ближнюю (400—200 нм) и далёкую, или вакуумную (200— 10 нм); последнее назв. обусловлено тем, что У. и. этого диапазона сильно поглощается воздухом и его иссле­дование возможно только в вакууме.

Ближнее У. и. открыто в 1801 нем. учёным И. В. Риттером и англ. учёным У. Волластоном, вакуумное до 130 нм— нем. физиком В. Шуманом (1885— 1903), а до 25 нм — англ. физиком Т. Лайманом (1924). Промежуток меж­ду вакуумным У. и. и рентгеновским изучен к 1927.