Агрегатное состояние в-ва, в к-ром его ч-цы не связаны или весьма слабо связаны силами вз-ствия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный им объём
| Вид материала | Документы |
- 2. Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов, 52.42kb.
- Магия и технология – за и против (или наоборот – вместе или порознь) Гилдор Карнесир, 243.69kb.
- Тема: Инновации и инновационные процессы, 158.08kb.
- Т. И. Розбицкая Музыка в жизни и творчестве И. С. Тургенева Все виды искусства так, 46.59kb.
- Ii этап Команда «исследователи» моу «сош №2», 94.86kb.
- 1 Использование ресурсов минерально-сырьевой базы края и охрана недр, 291.61kb.
- Позиционирования (gps), 196.2kb.
- Конспект тема: Бизнес план и его роль в современном предпринимательстве, 598.08kb.
- Задания для второго (районного, городского) этапа Всероссийской олимпиады школьников, 68.78kb.
- Курсовые работы на III и IV курсах обязательно должны быть связаны, 86.91kb.
от электрич. поля Е (рис. 3). При включении поля 23 и последующем его возрастании возникшая поляризация сначала резко увеличивается, а затем достигает насыщения Ps. С убыванием поля Е поляризация уменьшается медленнее, чем по осн. кривой Оа. При E=0 значение Р0, оно наз. остаточной поляризацией PR. Для того чтобы уменьшить поляризацию до нуля, надо приложить электрич. поле Ec противопо-
Рис. 3. Петля диэлектрич. гистерезиса в сегнетоэлектрике: Р — поляризация образца; Е — напряжённость электрич. поля.
ложного направления, его наз. к о э р ц и т и в н ы м. При дальнейшем увеличении обратного поля вновь достигается состояние насыщения Ps. При полном цикле изменения поля Е от точки а до точки b и обратно к а изменения Р графически характеризуются замкнутой кривой, наз. сегнетоэлектрической петлёй Г.
Поскольку с поляризацией связаны др. хар-ки сегнетоэлектриков, напр. деформация, то с сегнетоэлектрич. Г. связаны др. виды Г., напр. пьезоэлектрич. Г., Г. электрооптич. эффектов. Гистерезисные потери составляют б. ч. диэлектрических потерь в сегнетоэлектриках.
Упругий Г.— отставание во времени развития деформаций упругого тела от напряжений; явл. одним из проявлений внутреннего трения в
Рис. 4. Петля упругого гистерезиса: по оси абсцисс — деформация, по оси ординат — напряжение.
твёрдых телах. При циклич. повторении нагрузки и разгрузки тела диаграмма, изображающая напряжение в ф-ции от деформации , даёт петлю упругого Г. (рис. 4), площадь к-рой U пропорц. доле энергии упругости, перешедшей в теплоту. Для оценки упругого Г. часто пользуются относит. величиной =U/U, где U — энергия упругой деформации (заштрихованная область на рис. 4).
Причина упругого Г. заключается в появлении в отдельных более слабых зёрнах кристалла местных пластич. деформаций, создающих в окружаю-
128
щей среде остаточные напряжения; эти последние при изменении нагружения тела производят местную пластич. деформацию обратного знака; в обоих случаях энергия расходуется на необратимые процессы. Кроме того, экспериментально установлена связь упругого Г. с магн. полями и магн. Г. (у ферромагн. тел), с магнитострикционным Г., межкристаллитными включениями, составом сплавов, термо- и технол. обработкой и с рядом др. факторов. Явление упругого Г. как упругого несовершенства свойственно всем телам и отмечалось даже при темп-pax, близких к абс. нулю. Оно явл. причиной затухания свободных колебаний самих упругих тел, затухания в них звука, уменьшения коэфф. восстановления при неупругом ударе и обусловливает необходимость затраты внеш. энергии для поддержания вынужденных колебаний.
Для объяснения природы упругого Г. привлекаются теория релаксации, теория дислокаций и др.
• Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Бозорт Р., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Иона Ф., Ширане Д., Сегнетоэлектрические кристаллы, пер. с англ., М., 1965; Постников В. С., Внутреннее трение в металлах, М., 1969; Физический энциклопедический словарь, т. 1, М., 1960.
ГЛАВНЫЕ ПЛОСКОСТИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, см. Кардинальные точки оптической системы.
ГЛАВНЫЙ ФОКУС в оптике, см. Кардинальные точки оптической системы.
ГЛУБИНА ИЗОБРАЖАЕМОГО ПРОСТРАНСТВА (глубина резкости), наибольшее расстояние, измеренное вдоль оптической оси, между точками в пр-ве, изображаемыми оптич. системой достаточно резко.
Оптич. система формирует резкое изображение в плоскости фокусировки Q' лишь точек плоского объекта, перпендикулярного оптич. оси и расположенного на определ. расстоянии от системы — в плоскости наводки Q (пример — точка q на рисунке, изображаемая резко точкой q').
Точки пр-ва q1 и q2, расположенные впереди и сзади плоскости Q и лежащие в плоскостях Q1 и Q2, изображаются резко (точками q'1 и q'2) в сопряжённых плоскостях Q'1 и q'2. (В целях наглядности на рисунке показана простейшая оптич. система — линза L.) В плоскости фокусировки Q' эти точки отображаются не точками, а т. н. кружками рассеяния конечных диаметров d1 и d2. Однако если d1 и d2 меньше определ. величины (меньше 0,1 мм для норм. глаза), то глаз воспринимает их как точки, т. е. одинаково резко. Расстояние между плоскостями Q1 и Q2, точки к-рых на плоском изображении или на фотографии кажутся одинаково резкими, наз. Г. и. п.; расстояние между плоскостями Q'1 и Q'2 наз. глубиной резкости (расстояние Q1Q2 иногда тоже наз. глубиной резкости). Г. и. п. увеличивается с уменьшением диаметра входного зрачка объектива. Поэтому при фотографировании объекта, протяжённого вдоль оптич. оси системы, необходимо уменьшить отверстие диафрагмы объектива.
• См. лит. при ст. Изображение оптическое, В. И. Малышев.
ГЛУБИНА РЕЗКОСТИ, см. Глубина изображаемого пространства.
ГЛУБОКО НЕУПРУГИЕ ПРОЦЕССЫ (глубоко неупругое рассеяние), процессы с участием лептонов и адронов при высокой энергии, в к-рых как передача импульса лептонов, так и общая полная энергия вторичных адронов в системе их центра инерции (в ед. с=1) значительно больше характерной энергии покоя адронов (~ 1 ГэВ). Г. н. п. играют важную роль в исследовании структуры адронов и в выяснении динамики вз-ствия на малых расстояниях. См. Партоны.
А. В. Ефремов.
ГЛЮОНЫ (от англ. glue — клей), гипотетич. электрически нейтр. ч-цы, со спином 1 и нулевой массой покоя, являющиеся переносчиками сильного вз-ствия между кварками. В совр. теории сильного вз-ствия — квантовой хромодинамике предполагается существование восьми Г., обладающих квант. хар-кой «цвет». Обмен Г. между кварками меняет «цвет» кварков, но оставляет неизменными все остальные квант. числа (электрич. заряд, странность, «очарование», «красоту»), т. е. сохраняет тип кварков (их «аромат»). Так как Г. обладают «цветом», они могут непосредственно взаимодействовать друг с другом путём порождения и поглощения Г. (глюонного поля). Экспериментально Г. проявляются в глубоко неупругих процессах. На долю Г. должно приходиться, напр., ок. 50% всей энергии покоя протона. Вследствие удержания «цвета» Г. не существуют в свободном состоянии, и, напр., при аннигиляции кварка и антикварка, образующих мезон, родившиеся Г. превращаются в адронные струи. Такие струи были обнаружены при распаде ипсилон-частицы.
А. В. Ефремов.
ГОД, промежуток времени, соответствующий периоду обращения Земли вокруг Солнца. Тропический Г.— промежуток времени между двумя последоват. прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия — равен 365,242 ср. солн. суток, т. е. равен 31556925,9747 с.
ГОДОГРАФ (от греч. hodos — путь, движение и grapho — пишу) в механике, кривая, представляющая собой геом. место концов переменного (изменяющегося со временем) вектора,
значения к-рого в разные моменты времени отложены от общего начала (рис.). Понятие «Г.» было введено англ. учёным У. Гамильтоном. Г. даёт наглядное геом. представление о том, как изменяется со временем физ. величина, изображаемая перем. вектором, и о скорости этого изменения, имеющей направление касательной к Г. Напр., скорость точки явл. величиной, изображаемой перем. вектором v. Отложив значения, к-рые имеет
вектор v в разные моменты времени от начала, получим Г. скорости; при этом величина, характеризующая быстроту изменения скорости в точке М, т. е. ускорение w в этой точке, имеет для любого момента времени направление касательной к Г. скорости в соответствующей его точке (М').
ГОЛДСТОУНОВСКИЙ БОЗОН, гипотетич. ч-ца с нулевой массой и нулевым спином; введена амер. физиком Дж. Голдстоуном (J. Goldstone) в. нач. 60-х гг. Г. б. возникает в теории как квант возбуждения при спонтанном нарушении симметрии в квантовополевых системах, содержащих непрерывный набор вырожденных низших (вакуумных) энергетич. состояний. Рождение п поглощение Г. б. сопровождают переходы между состояниями из этого набора. Т. о., разл. вакуумные состояния отличаются числом Г. б.
А. В. Ефремов.
ГОЛОГРАФИЯ (от греч. holos — весь, полный и grapho — пишу), способ записи и восстановления волн. поля, основанный на регистрации интерференц. картины, к-рая образована волной, отражённой предметом, освещаемым источником света (п р е д м е т н а я волна), и когерентной с ней волной, идущей непосредственно от источника света (опорная волна; рис. 1, а). Зарегистрированная интерференц. картина наз. г о л о г р а м м о й. Голограмма, освещённая опорной волной, создаёт такое же амплитудно-фазовое пространств. распределение волн. поля, к-рое создавала при записи предметная волна. Т. о., в соответствии с Гюйгенса — Френеля принципом, голограмма преобразует опорную волну в копию предметной волны (рис. 1,6).
Основы Г. были заложены в 1948 физиком Д. Габором (Великобритания). Желая усовершенствовать электронный микроскоп, Габор предложил
129
Рис. 1. Схемы получения голограммы (а) и восстановления волн. фронта (б); штриховкой показаны зеркала.
регистрировать информацию не только об амплитудах, но и о фазах электронных волн путём наложения на предметную волну попутной когерентной опорной волны. Модельные оптич. опыты Габора положили начало Г. Однако отсутствие мощных источников когерентного света не позволило ему получить качественных голографич. изображений. Второе рождение Г. пережила в 1962—63, когда амер. физики Э. Лейт и Ю. Упатниекс применили в кач-ве источника света лазер и разработали схему с наклонным опорным пучком, а Ю. Н. Денисюк осуществил запись голограммы в трёхмерной среде (см. ниже), объединив, т. о., идею Габора с цветной фотографией Липмана. К 1965—66 были созданы теор. и эксперим. основы Г. В последующие годы развитие Г. идёт гл. обр. по пути совершенствования её применений.
Пусть интерференц. структура, образованная опорной и предметной волнами, зарегистрирована позитивным фотоматериалом. Тогда участки голограммы с макс. пропусканием света будут соответствовать тем участкам фронта предметной волны, в к-рых её фаза совпадает с фазой опорной волны. Эти участки будут тем прозрачнее, чем большей была интенсивность предметной волны. Поэтому при последующем освещении голограммы опорной волной в её плоскости непосредственно за ней образуется то же распределение амплитуды и фазы, к-рое было у предметной волны, что и обеспечивает восстановление последней.
Для восстановления предметной волны голограмму освещают источником, создающим копию опорной волны. В результате дифракции света на интерференц. структуре голограммы в дифракц. пучке первого порядка восстанавливается копия предметной волны, образующая неискажённое мнимое изображение предмета, расположенное в том месте, где предмет находился при голографировании. В случае двухмерной голограммы одновременно восстанавливается сопряжённая волна минус первого порядка, образующая искажённое действит. изображение предмета. Углы, под к-рыми распространяются дифракц. пучки нулевых и первых порядков, определяются углами падения на фотопластинку предметной и опорной волн. В схеме Га-бора источник опорной волны и объект располагались на оси голограммы (осевая схема). При этом все три волны распространялись за голограммой в одном и том же направлении, создавая взаимные помехи. В схеме Лейта и Упатниекса такие помехи были устранены наклоном опорной волны (в неосевая схема).
Типы голограмм. Структура голограммы зависит от способа формирования предметной и опорной волн и от способа записи интерференц. картины. Предмет освещается пучком когерентного света, рассеянная им световая волна, несущая информацию о предмете, падает на фотопластинку, освещаемую опорным пучком. В зависимости от взаимного расположения предмета и пластинки, а также от наличия оптич. элементов между ними, связь между амплитудно-фазовыми распределениями предметной волны в
Рис. 2. Схемы получения голограмм разл. типов: а — голограмма сфокусиров. изображения; б — голограмма Фраунгофера: в — голограмма Френеля; г — голограмма Фурье; д — безлинзовая фурье-голограмма; 1 — предмет; 2 — фотопластинка; Л — линза; f — фокусное расстояние линзы.
плоскостях голограммы и предмета различна. Если предмет лежит в плоскости голограммы или сфокусирован на неё (рис. 2, а), то амплитудно-фазовое распределение на голограмме будет тем же, что и в плоскости предмета (голограмма сфокусированного изображения).
Когда предмет находится достаточно далеко от пластинки, либо в фокусе линзы Л (рис. 2, б), то каждая точка предмета посылает на пластинку параллельный световой пучок, при этом связь между амплитудно-фазовыми распределениями предметной волны в плоскости голограммы и в плоскости предмета даётся преобразованием Фурье (комплексная амплитуда предметной волны на пластинке — т. н. фурье-образ предмета). Голограмма в этом случае наз. голограммой Фраунгофера. Если комплексные амплитуды предметной и опорной волн явл. фурье-образами и предмета и опорного источника, то голограмму наз. голограммой Фурье. При записи голограммы Фурье предмет и опорный источник обычно располагают в фокусе линзы (рис. 2, г). В случае безлинзовой фурье-голограммы опорный источник располагают в плоскости предмета (рис. 2, д). При этом фронт опорной волны и фронты элем. волн, рассеянных отд. точками объекта, имеют одинаковую кривизну. В результате структура и св-ва голограммы практически такие же, как у фурье-голограммы. Голограммы Френеля образуются в том случае, когда каждая точка предмета посылает на пластинку сферич. волну (рис. 2, в). По мере увеличения расстояния между объектом и пластинкой голограммы Френеля переходят в голограммы Фраунгофера, а с уменьшением этого расстояния — в голограммы сфокусиров. изображений.
При встрече опорной и предметной волн в пр-ве образуется система стоячих волн, максимумы к-рых соответствуют зонам, в к-рых интерферирующие волны находятся в одной фазе, а минимумы — в противофазе. Для точечного опорного источника О1 и точечного предмета О2 поверхности максимумов и минимумов представляют собой систему гиперболоидов вращения (рис. 3). Пространств. частота v интерференц. структуры (величина, обратная её периоду) определяется углом а, под к-рым сходятся в данной точке световые лучи, исходящие от опорного источника и предмета: v=(2sin(/2))/, где — длина
волны. Плоскости, касательные к поверхности узлов и пучностей в каждой точке пр-ва, делят пополам угол . В схеме Габора опорный источник и предмет расположены на оси голограммы, угол а близок к нулю и v минимальна. Осевые голограммы наз. также о д н о л у ч е в ы м и, т. к. используется один пучок света, часть
130
Рис. 3. Пространственная интерференц. структура, образующаяся в случае точечных объекта O1 и источника света О2: I — расположение фотопластинки в схеме Га-бора; II —в схеме Лейта и Упатниекса (с наклонным пучком); III — при записи голограммы на встречных пучках; IV — при записи безлинзовой фурье-голограммы.
к-рого рассеивается предметом и образует предметную волну, а другая часть, прошедшая через объект без искажения,— опорную волну.
В схеме Лейта и Упатниекса когерентный наклонный опорный пучок формируется отдельно (д в у х л у ч е в а я голограмма). Для двухлучевых голограмм v выше, чем для однолучевых (требуются фотоматериалы с более высоким пространств. разрешением). Если опорный и предметный пучок падают на светочувствит. слой с разных сторон (а ~ 180°), то v максимальна и близка к 2/ (голограммы во встречных пучках). Интерференц. максимумы располагаются вдоль поверхности материала в его толще. Эта схема была впервые предложена Денисюком. Поскольку при освещении такой голограммы опорным пучком восстановленная предметная волна распространяется навстречу освещающему пучку, такие голограммы иногда наз. отражательными. Если толщина светочувствит. слоя много больше расстояния между соседними поверхностями интерференц. максимумов, то голограмму следует рассматривать как объёмную. Если же запись интерференц. структуры происходит на поверхности слоя или если толщина слоя сравнима с расстоянием А между соседними элементами структуры, то голограммы наз. плоскими. Критерий перехода от двухмерных голограмм к трёхмерным: 1,6d2/.
Интерференц. структура может быть зарегистрирована светочувствит. материалом одним из след. способов: 1) в виде вариаций коэфф. пропускания света или его отражения. Такие голограммы при восстановлении волн. фронта модулируют амплитуду освещающей волны (см. Модуляция колебаний) и наз. амплитудными. 2) В виде вариаций коэфф. преломления или толщины (рельефа). Такие голограммы при восстановлении волн. фронта модулируют фазу освещающей волны и поэтому наз. ф а з о в ы м и. Часто одновременно осуществляется фазовая и амплитудная модуляции. Напр., обычная фотопластинка регистрирует интерференц. структуру в виде вариаций почернения, показателя преломления и рельефа. После отбеливания голограммы остаётся только фазовая модуляция.
Зарегистрированная на фотопластинке интерференц. структура обычно сохраняется долго, т. е. процесс записи отделён во времени от процесса восстановления (стационарные голограммы). Однако существуют светочувствит. среды (нек-рые красители, кристаллы, пары металлов), к-рые почти мгновенно реагируют фазовыми или амплитудными хар-ками на освещённость. В атом случае голограмма существует только во время воздействия на среду предметной и опорной волн, а восстановление волн. фронта производится одновременно с записью, в результате вз-ствия опорной и предметной волн с образованной ими же интерференц. структурой (динамические голограммы). На принципах динамич. Г. могут быть созданы системы постоянной и оперативной памяти, корректоры излучения лазеров, усилители изображений, устройства управления лазерным излучением, обращения волн. фронта.
Свойства голограмм. а) Осн. св-во голограммы, отличающее её от фотогр. снимка, состоит в том, что на снимке регистрируется лишь распределение амплитуды падающей на неё предметной световой волны, в то время как на голограмме, кроме того, регистрируется и распределение фазы предметной волны относительно фазы опорной волны. Информация об амплитуде предметной волны записана на голограмме в виде контраста интерференц. рельефа, а информация о фазе — в виде формы и частоты интерференц. полос. В результате голограмма при освещении опорной волной восстанавливает копию предметной волны.
б) Св-ва голограммы, регистрируемой обычно на негативном фотоматериале, остаются такими же, как в случае позитивной записи -— светлым местам объекта соответствуют светлые места восстановленного изображения, а тёмным — тёмные. Это легко понять, принимая во внимание, что информация об амплитуде предметной волны заключена в контрасте интерференц. структуры, распределение к-рого на голограмме не меняется при замене позитивного процесса на негативный. При такой замене лишь сдвигается на фаза восстановленной предметной волны, что незаметно при визуальном наблюдении, но иногда проявляется в голографич. интерферометрии (см. ниже).
в) В тех случаях, когда при записи голограммы свет от каждой точки объекта попадает на всю поверхность голограммы, каждый малый участок последней способен восстановить всё
изображение объекта. Однако меньший участок голограммы восстановит меньший участок волн. фронта, несущего информацию об объекте. Если этот участок будет очень мал, то кач-во восстановленного изображения ухудшается. В случае голограмм сфокусиров. изображения каждая точка объекта посылает свет на соответствующий ей малый участок голограммы. Поэтому фрагмент такой голограммы восстанавливает лишь соответствующий ему участок объекта.
г) Полный интервал яркостей, передаваемый фотогр. пластинкой, как правило, не превышает одного-двух порядков, между тем реальные объекты часто имеют гораздо большие перепады яркостей. В голограмме, обладающей фокусирующими св-вами, используется для построения наиб. ярких участков изображения весь свет, падающий на всю её поверхность, и она способна передать градации яркости до пяти-шести порядков.
д) Если при восстановлении волн. фронта освещать голограмму опорным источником, расположенным относительно голограммы так же, как и при её экспонировании, то восстановленное мнимое изображение совпадает по форме и положению с самим предметом. При изменении положения восстанавливающего источника, при изменении его длины волны или ориентации голограммы и её размера соответствие нарушается. Как правило, такие изменения сопровождаются аберрациями восстановленного изображения.
е) Мин. расстояние между двумя соседними точками предмета, к-рые можно ещё увидеть раздельно при наблюдении изображения предмета с помощью голограммы, наз. разрешающей способностью голограммы. Она растёт с увеличением размеров голограммы. Для круглой голограммы с диаметром D угл. разрешение =1,22/D; для голограммы квадратной формы со стороной квадрата L:=/L. Для большинства схем предельный размер голограммы определяется разрешающей способностью регистрирующего фотоматериала (см. ниже), т. к. с ростом размеров голограммы растёт угол между предметным и опорным пучками и пространств. частота . Исключение составляет схема безлинзовой фурье-голографии, в к-рой v при увеличении размеров голограммы не увеличивается.
ж) Яркость восстановленного изображения определяется дифракционной эффективностью, равной отношению светового потока в восстановленной волне к световому потоку, падающему на голограмму при восстановлении. Она определяется типом голограммы, условиями её
131
МАКСИМАЛЬНО ДОСТИЖИМАЯ ДИФРАКЦИОННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГОЛОГРАММ, %
записи, а также св-вами регистрирующего материала (см. табл.).
з) Если значения экспозиций в максимумах интерференц. структуры выходят за пределы линейного участка зависимости амплитудного пропускания от экспозиции, то запись голограммы становится нелинейной. Линейно зарегистрированную голограмму можно сравнить с дифракционной решёткой с синусоидальным распределением амплитудного пропускания, к-рая не образует дифракц. порядков выше первого. При нелинейной записи голограмма также представляет собой периодич. решётку, однако распределение амплитудного пропускания в этом случае может значительно отличаться от синусоидального из-за нелинейных искажений. Нелинейность проявляется в появлении волн высших порядков, а также в искажении амплитуд восстанавливаемых волн первого порядка. Влияние нелинейности на изображение сводится к усилению фона, появлению ореолов, искажению относит. интенсивностей разных точек объекта, а иногда и в появлении ложных изображений.
«Изображения», образованные дифрагиров. волнами высших порядков, имеют мало общего с самим предметом.
Рис. 4. Восстановление световой волны с помощью трёхмерной голограммы.
Однако в ряде случаев (напр., для голограмм сфокусиров. изображений) волны высших порядков всё же образуют изображения предмета, но распределение яркости в них, как правило, сильно искажено, а фаза
изображения к-того порядка отличается в к раз от фазы изображения первого порядка. Это св-во используется для повышения чувствительности голографич. интерферометров в случае голограмм фазовых объектов.