Устаревшая ед частотного интервала. Названа в честь франц физика Ф. Савара (F. Savart). 1 С

Вид материала

Документы

Содержание Связанные колебания Связанные системы Связи механические С. м., не изменяющиеся со време­нем, наз. стационарными (их ур-ния не содержат явно время t) Сгс система единиц Сдвиг уровней Сдвига модуль Сегнетова соль Б. Б. Сандомирский. Н. Р. Иванов. Характеристики некоторых сегнетоэлектриков Рис. 1. Схематич. изображение доменов тет­рагональной модификации ВаТiO Вейса закон Рис. 3. Элементарная ячейка сегнетоэлектрика в полярной фазе (а, б) и в неполярной фазе (в); стрелки указывают направление спонт Сегнетоэлектрический гис­терезис

Подобный материал:

• Синдром удлинённого интервала qt и проблемы безопасности психофармакотерапии, 109.2kb.
• Товариство з обмеженою, 119.57kb.
• Н. Г. Чернышевского кафедра теоретической и математической физики рабочая программа, 152.3kb.
• Программа по физике для 10-11 классов общеобразовательных, 75.87kb.
• Татьяна Евгеньевна Зыкова. Сюных лет ему была интересна литература, 95.59kb.
• Электронная газета в рамках «Дня науки», посвященного Году российской космонавтики, 85.16kb.
• Лекция Логические основы компьютеров , 369.25kb.
• Игра ) Имя известного ученого, в честь которого названа самая популярная программа, 21.91kb.
• Физика биологических систем, 39.45kb.
• Динамика культурных процессов в современной России, 39.45kb.

^ СВЯЗАННЫЕ КОЛЕБАНИЯ, сво­бодные колебания связанных систем, состоящих из взаимодействующих оди­ночных (парциальных) колебат. си­стем. С. к. имеют сложный вид вслед­ствие того, что колебания в одной парциальной системе влияют через связь (в общем случае диссипативную и нелинейную) на колебания в дру­гой. В линейных системах С. к. могут быть представлены в виде суперпози­ции нормальных колебаний, число к-рых равно числу парциальных си­стем, но частоты не совпадают с соб­ственными частотами уединённых пар­циальных систем. С. к., являющиеся суперпозицией двух или неск. нор­мальных колебаний с близкими ча­стотами, воспринимаются как биения.

• Горелик Г. ,С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Крауфорд Ф., Волны, пер. с англ.,М., 1974 (Берклеевский курс физики, т. 3).

^ СВЯЗАННЫЕ СИСТЕМЫ колебатель­ные, колебат. системы с двумя и более степенями свободы, рассматриваемые как совокупность систем с одной степенью свободы каждая (парциаль­ных систем), взаимодействующих меж­ду собой. Пример С. с.— два или неск. колебательных контуров (рис.), у к-рых колебания в одном контуре из-за наличия связи вызывают колебания в других. В С. с. происходит переход энергии из одного контура в другой.

б

Схемы простейших колебат. систем: а — индуктивная связь; б — ёмкостная связь; С — ёмкости; L — индуктивности.

Наличие связи изменяет характер резонансных явлений в С. с. по срав­нению с одиночным контуром. В С. с. резонанс наступает всякий раз, когда частота внеш. воздействия совпадает с одной из частот собственных коле­баний всей системы, отличающихся от парциальных частот отдельных контуров. Напр., в С. с., состоящей из двух контуров, резонанс наступает на двух разл. частотах.

^ СВЯЗИ МЕХАНИЧЕСКИЕ, ограни­чения, налагаемые на положение или движения механич. системы. Обычно С. м. осуществляются с помощью к.-н. тел. Примеры таких С. м.— поверхность, по к-рой скользит или катится тело; нить, на к-рой подвешен груз; шарниры, соединяющие звенья механизмов, и т. п. Если положения точек механич. системы по отношению к данной системе отсчёта определять их декартовыми координатами х_k,y_k, z_k (k=1, 2, . . ., n, где n — число точек системы), то ограничения, на­лагаемые С. м., могут быть выражены в виде равенств (или неравенств), связывающих координаты x_k, y_k, z_k, их первые производные по времени

x^._k,y^._k,z^._k (т. e. скорости точек си­стемы) и время t.

С. м., налагающие ограничения толь­ко на положения (координаты) точек системы и выражающиеся ур-ниями вида

f(...,x_k, y_k, z_k, t)=0, (1)

наз. геометрическими. Если же С. м. налагают ограничения ещё и на скорости точек системы, то они наз. кинематическими, а их ур-ния имеют вид:



Когда ур-ние (2) может быть про­интегрировано по времени, соответ­ствующая кинематич. связь наз. ин­тегрируемой и эквивалентна геом. связи. Геом. и интегрируемые кинема­тич. связи носят общее назв. г о л о н о м н ы х С. м. (см. Голономные системы). Кинематич. неинтегриру­емые С. м. наз. н е г о л о н о м н ы м и (см. Нееолономные системы).

^ С. м., не изменяющиеся со време­нем, наз. стационарными (их ур-ния не содержат явно время t), а С. м., изменяющиеся со временем, наз. нестационарными. Наконец, С. м., при к-рых каждому возможному перемещению точек системы соответ­ствует перемещение прямо противопо­ложное по направлению, наз. удер­живающими [их ур-ния выра­жаются равенствами вида (1), (2)], а С. м., не удовлетворяющие этому условию (напр., гибкая нить, допу­скающая перемещение вдоль нити только в одном направлении), наз. неудерживающими и их ур-ния выражаются неравенством ви­да f(. . ., x_k, y_k, z_k, . . .)0.

Методы решения задач механики существенно зависят от характера С. м., налагаемых на систему. Эффект действия С. м. можно учитывать введе­нием соответствующих сил, наз. ре­акциями связей; при этом для оп­ределения реакций (или для их ис­ключения) к ур-ниям равновесия или движения системы должны присоеди­няться ур-ния связей вида (1) или (2). С. м., для к-рых сумма элементарных работ всех реакций на любом возмож­ном перемещении системы равна ну­лю, наз. идеальными (напр., лишённая трения поверхность или гибкая нить). Для механич. систем с идеальными С. м. можно сразу полу­чить ур-ния равновесия или движения, не содержащие реакций связей, ис­пользуя возможных перемещений прин­цип, Д'Аламбера — Лагранжа прин­цип или Лагранжа уравнения.

• См. лит. при ст. Механика и Динамика.

С. М. Тарг.

^ СГС СИСТЕМА ЕДИНИЦ, система единиц физ. величин с 3 осн. едини­цами: длины — сантиметр, массы — грамм, времени — секунда; принята 1-м Междунар. конгрессом электриков (Париж, 1881) в качестве системы единиц, охватывающей механику и

672


электродинамику. Для электродина­мики первоначально были приняты две СГС с. е.: эл.-магн. (СГСМ) и электростатическая (СГСЭ). В основу построения этих систем был положен Кулона закон вз-ствия электрич. за­рядов (СГСЭ) и магн. зарядов (СГСМ). В СГСМ с. е. магн. проницаемость вакуума (магнитная постоянная) ₀=1, а электрич. проницаемость ва­куума (электрическая постоянная) ₀=1/с² с²/см², где с — скорость света. Единицей СГСМ магнитного потока явл. максвелл (Мкс, Мх), магнитной индукции — гаусс (Гс, Gs), напряжён­ности магн. поля — эрстед (Э, Ое), магнитодвижущей силы — гильберт (Гб, Gb). Электрич. единицам в этой системе собств. наименований не при­своено. В СГСЭ с. е. ₀=1, ₀=l/c² с²/см². Электрич. единицы СГСЭ собств. наименований не имеют; размер их, как правило, неудобен для измере­ний; применяют их гл. обр. в теор. работах.

Со 2-й пол. 20 в. наибольшее рас­пространение получила т. н. симметричная СГС с. е. (её наз. также смешанной или системой единиц Га­усса). В симметричной СГС с. е. ₀=1 и ₀=1. Магн. единицы этой системы равны единицам СГСМ, а электриче­ские — единицам системы СГСЭ.

На основе СГС с. е. были созданы также система тепловых единиц СГС °С (см — г — с — °С), световых еди­ниц СГСЛ (см — г — с — люмен) и единиц радиоактивности и ионизу­ющих излучений СГСР (см — г — с — рентген). Применение СГС с. е. до­пускается в теор. работах по физике и астрономии.



Соотношения важнейших единиц трёх указанных выше систем СГС и соответственных единиц СИ приве­дены в таблице.

• Сена Л. А., Единицы физических величин и их размерности, 2 изд., М., 1977.

СДВИГ, простейшая деформация тела, вызываемая касат. напряжениями . С. явл. мерой искажения углов эле­ментарных параллелепипедов (рис.),



на к-рые можно раз­бить однородное тв. тело, — прямоуголь­ный параллелепипед abcd превращается в косоугольный abc₁d₁. Перемещение d₁d наз. абсолютным С. грани dc относительно грани ad; угол  наз.

углом С., а tg — относитель­ным С. Ввиду малости  можно считать tg=. Если по граням па­раллелепипеда действуют только ка­сат. напряжения т, С. наз. чистым. В пределах упругости для изотроп­ного материала относит. С. связан с Гука законом: =С, где G — мо­дуль С. для данного материала (см. Модули упругости). На практике С. часто сопутствует растяжению и сжа­тию, когда одновременно с нормаль­ными возникают и касат. напряжения.

^ СДВИГ УРОВНЕЙ, небольшое откло­нение тонкой структуры уровней энергии атома водорода и водородоподобных атомов от предсказаний ре­лятив. квант. механики, основанных на Дирака уравнении. Согласно точ­ному решению этого ур-ния, ат. уров­ни энергии двукратно вырождены: энергии состояний с одинаковым гл. квант. числом n=1, 2, 3, ... и оди­наковым числом полного момента j=¹/₂, ³/₂ ... должны совпадать не­зависимо от двух возможных значе­ний орбит. квант. числа l=j±¹/₂. Однако в 1947 амер. учёные У. Лэмб

и Р. Ризерфорд методом радиоспект­роскопии измерили расщепление вы­рожденных уровней 2S_1/2 (n=2, l=0, f =1/2) и 2P_1/2 (n=2, l=1, j=1/2) в атоме водорода — т. н. л э м б о в с к и й сдвиг. Эксперим. значение этой величины (в ед. частоты =ξ/h) ξ_L= 1057,86(2) МГц. Тео­ретически лэмбовский сдвиг объяснён и вычислен в рамках квант. электро­динамики. Осн. вклад дают два радиац. эффекта (радиационные поправ­ки): 1) испускание и поглощение связ. эл-ном виртуальных фотонов (см. Вир­туальные частицы), что приводит к изменению эфф. массы эл-на и воз­никновению у него аномального магн. момента; 2) возможность виртуального рождения и аннигиляции в вакууме электрон-позитронных пар (поляриза­ция вакуума), что искажает кулоновский потенциал ядра на расстояниях порядка комптоноеской длины волны эл-на (~10^-11 см). Найден также вклад эффектов движения и структуры ядра атома водорода (протона). Совр. теор. значение лэмбовского сдвига в атоме водорода ξ^теор_L=1057,87(2) МГц полностью согласуется с эксперимен­тальным, что блестяще подтверждает осн. положения квант. электродина­мики. Хорошо согласуются измерен­ные и вычисленные сдвиги др. уров­ней, а также в др. водородоподобных атомах (D, Не⁺ и т. п.).

Р. Н. Фаустов.

^ СДВИГА МОДУЛЬ, см. Модули уп­ругости.

СДВИГОВЫЕ ВОЛНЫ, поперечные упругие волны, распространяющиеся в тв. телах. Смещения ч-ц в С. в. перпендикулярны направлению рас­пространения волны, а деформации явл. деформациями сдвига. Фазовая скорость С. в. c_t=G/, где G -модуль сдвига материала,  — его плотность. В анизотропных тв. телах (кристаллах) С. в. могут распростра­няться только в определённых направ­лениях, причём их фазовая скорость зависит от направления. При произ­вольном направлении распростране­ния волны в кристалле движение ч-ц в ней усложняется и она превраща­ется в квазипоперечную волну. На гиперзвуковых частотах >10⁹ Гц С. в. могут существовать и в жидкости за счёт наличия у неё в этом частотном диапазоне модуля сдвига.

• См. лит. при ст. Упругие волны.

Н. А. Викторов.

^ СЕГНЕТОВА СОЛЬ, двойная натриево-калиевая соль винной кислоты NaKC₄H₄O₆•4H₂O. Названа в честь от­крывшего её франц. аптекаря Э. Сеньета (Е. Seignette). Бесцветные кристал­лы, растворимые в воде. Плотность 1,776 г/см³, t_пл=55,6°С, мол. м. 282,12. От назв. «С. с.» происходит термин сегнетоэлектрики. Точечная группа сим­метрии в неполярной фазе 222. В ин­тервале темп-р 18°—24°С обладает сегнетоэластич. св-вами точечная группа симметрии 2 (см. Сегнетоэластик). Об­ладает оптической активностью, при­меняется как пьезоэлектрич. материал

673


в электромеханич. преобразователях. Применение ограничено из-за высокой гигроскопичности и хрупкости.

СЕГНЕТОПОЛУПРОВОДНИКИ, по­лупроводники, обладающие св-вами сегнетозлектриков. Типичные С.: SbSI, BaTiO₃. Сегнетоэлектрич. и полупроводниковые св-ва у С. вза­имно связаны: при изменении кон­центрации носителей заряда (освеще­нием, нагреванием или легированием) наблюдается изменение сегнетоэлектрич. свойств (напр., изменение домен­ной структуры, сдвиг точки Кюри и др.). В частности, в С. наблюдается быстрое изменение оптич. хар-к при ос­вещении, напр. двойного лучепрелом­ления (фоторефрактивный эффект), остающееся и после прекращения ос­вещения. В С. (напр., в LiNbO₃) об­наружено появление электрич. тока при освещении (без поля).

• Фридкин В. М., Сегнетоэлектрики — полупроводники, М., 1976; его же, Фотосегнетоэлектрики, М., 1979.

^ Б. Б. Сандомирский.

СЕГНЕТОЭЛАСТИК, диэлектрич. монокристалл, отдельные области к-ро­го (сегнетоэластические домены) отличаются разл. спон­танной деформацией крист. решётки относительно нек-рой исходной. Спон­танная деформация возникает при понижении темп-ры в результате фа­зового перехода из исходной (параэластической) фазы в менее симметричную сегнетоэластич. фазу, а разбиение кристалла на домены при этом соответствует минимуму упругой энергии кристалла. В отличие от линейно-упругих материалов (см. Гу­ка закон, Упругость) зависимость де­формации и С. от приложенного механич. напряжения  имеет вид петли гистерезиса, причём при не­к-ром напряжении _c, наз. коэрцитив­ным, происходит переход кристалла в однодоменное состояние, сопровож­дающийся сменой знака спонтанной деформации.

Примерами С. явл. кристаллы KH₃(SeO₃)₂ (темп-ра перехода в сег­нетоэластич. состояние T_c=-61,6°С) и КО₃(SеO₂)₂(T_с=+24°С); Nb₃Sn и V₃Si, DyVO₄ и TbVO₄, RbMnCl₃. Нек-рые С. одновременно являются сегнетоэлектриками. С. перспектив­ны для акустоэлектрич. и акустооптич. устройств (см. Акустозлектроника, Акустооптика].

^ Н. Р. Иванов.

СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ, кристаллич. диэлектрики, обладающие в опреде­лённом интервале темп-р спонтанной (самопроизвольной) поляризацией, к-рая существенно изменяется под влиянием внеш. воздействий. Сегнето­электрич. св-ва были впервые обна­ружены у кристаллов сегнетовой соли KNaC₄H₄O₆•4H₂O в 1920, затем у дигидрофосфата калия (KDP) КН₂РО₄). Известно неск. сотен С. Наличие спонтанной поляризации, т. е. элект­рич. дипольного момента P в отсутствии электрич. поля, явл. отличи­тельной особенностью более широкого класса в-в — пироэлектриков.

^ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ



Особен­ность С. состоит в сравнительно лёг­ком изменении величины P под вли­янием электрич. полей, упругих нап­ряжений, изменения темп-ры и др. (см. табл.).

Обычно С. не явл. однородно поля­ризованными, а состоят из доменов — областей с разл. направле­ниями поляризации (рис. 1). В ре­зультате суммарный электрич. дипольный момент образца практически отсутствует.



^ Рис. 1. Схематич. изображение доменов тет­рагональной модификации ВаТiO₃.,; стрелки и знаки (•) и (+) указывают на направление вектора Р.


Равновесная доменная структура С. отвечает минимуму сво­бодной энергии кристалла. В иде­альном кристалле она определяется балансом между уменьшением при образовании доменов энергии за счёт электростатич. вз-ствия разл. частей кристалла и увеличением энергии доменных границ. Доменная струк­тура реального кристалла опреде­ляется природой и характером распре­деления его дефектов, а также ис­торией образца. Число различных доменов, взаимная ориентация их спонтанной поляризации зависят от симметрии кристалла.

Под действием электрич. поля ξ доменные границы смещаются так, что объёмы доменов, поляризованных по полю, увеличиваются за счёт до­менов, поляризованных против поля. В реальных кристаллах доменные границы обычно «закреплены» на де­фектах и неоднородностях, и необхо­димы достаточно сильные электрич. поля, чтобы их перемещать по об­разцу. В сильном поле крист. обра­зец становится однодоменным. После

выключения поля в течение длитель­ного времени образец остаётся поля­ризованным. Для того чтобы сум­марные объёмы доменов противопо­ложного знака сравнялись, необхо­димо приложить достаточно сильное поле противоположного направления (коэрцитивное поле). Зависимость по­ляризации Р от напряжённости элект­рич. поля Е нелинейна и имеет вид петли гистерезиса.

Резкое изменение поляризации об­разца под действием электрич. поля за счёт смещения доменных границ обусловливает большую величину ди­электрич. проницаемости 8 многодомённого С. Значение  тем больше, чем слабее закреплены доменные гра­ницы на дефектах и на поверхности кристалла. Величина 8 в С. сущест­венно зависит от напряжённости электрич. поля. Все С. в полярной фазе — пьезоэлектрики, причём их пьезоэлектрич. константы велики из-за больших . Пироэлектрич. постоян­ные С. также велики из-за сильной зависимости Р(Т).

При нагревании С. спонтанная по­ляризация, . как правило, исчезает при определённой темп-ре Т_с, наз. точкой Кюри. В этой точке происходит фазовый переход С. из полярного состояния (полярной фазы) в неполярную (п а р а э л е к т р и ч е с к у ю) фазу. В разных С. T_c сильно различается (см. табл.). Вели­чина спонтанной поляризации обычно сильно зависит от темп-ры в области фазового перехода и в самой точке перехода T_с исчезает либо скачком (фазовый переход первого рода, напр. в ВаТiO₃), либо непрерывно (фазовый переход второго рода, напр. в сегне­товой соли). Сильная температурная зависимость (в полярной и неполяр­ной фазах) наблюдается у диэлект­рич. проницаемости , пьезоэлектрич. и др. констант С. С приближением к точке Кюри диэлектрич. проница­емость  резко возрастает (рис. 2). В большинстве С. выше точки Кюри зависимость диэлектрич. проницаемо­сти от темп-ры имеет вид: =В(Т-T₀), где В, Т₀ — константы в-ва (Кюри —

674




Рис. 2. Зависимость Р(Т) и  (T) для триглицинсульфата; индексы a, b, с соответст­вуют направлениям вдоль трёх кристалло­графич. осей; спонтанная поляризация воз­никает вдоль оси b.


^ Вейса закон для С.). Температура Кюри — Вейса Т₀ совпадает с кри­тической темп-рой Т_с для фазовых переходов второго рода и T₀с для фазовых переходов первого рода.

Переход в полярную фазу может быть вызван либо смещением ионов (рис. 3), приводящим к изменению структур, либо упорядочением ориентации электрич. диполей, существо­вавших и в неполярной фазе. В нек-рых С. поляризация может возникать как вторичный эффект, сопровождающий перестройку структуры кристалла, не



^ Рис. 3. Элементарная ячейка сегнетоэлектрика в полярной фазе (а, б) и в неполярной фазе (в); стрелки указывают направление спонтанной поляризации.


связанную непосредственно с поляризацией. В таких С., наз. несобствен­ными (напр., молибдат гадолиния),  слабо зависит от T и в точке фазового перехода невелико.

Вблизи точки фазового перехода наблюдаются изменения в фононном спектре кристалла. Во многих кри­сталлах частота одного из оптич. колебаний крист. решётки сущест­венно уменьшается при приближении к T_c, особенно, если это фазовый переход второго рода.

Сегнетоэлектрич. материалы (моно­кристаллы, керамика, плёнки) ши­роко применяются в качестве материа­лов с большими значениями  (конденсаторы) и пьезоэлектрич. констант (см. Пьезоэлектрические материалы). Резкое изменение проводимости вбли­зи фазового перехода в нек-рых С. используется для контроля и измере­ния темп-ры. Большая величина пироэлектрич. констант позволяет ис­пользовать С. в детекторах эл.-магн. волн (от видимого диапазона до суб­миллиметрового). Благодаря сильной зависимости  от Е С. используют в нелинейных конденсаторах (в а р и к о н д а х). Зависимость показателя преломления n от Е обусловливает использование С. в качестве электрооптич. материалов.

• Иона Ф., Ширане Д., Сегнетоэлектрические кристаллы, пер. с англ., М., 1965; Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики, Л., 1971; Ж е л у д е в И. С., Ос­новы сегнетоэлектричества, М., 1973; Б л и н ц Р., Ж е к ш Б., Сегнетоэлект­рики и антисегнетоэлектрики, пер. с англ., М., 1975; Л а й н с М., Г л а с с Д., Сег­нетоэлектрики и родственные им материалы, пер. с англ., М., 1981; С т р у к о в Б. А., Сегнетоэлектричество, М., 1979.

А. П. Лееанюк.

^ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГИС­ТЕРЕЗИС, см. Гистерезис.

СЕКТОРНАЯ СКОРОСТЬ, величина, характеризующая скорость возраста­ния площади, к-рую ометает радиус-вектор r движу­щейся точки, про­ведённый в эту точку из нек-рого фиксированного центра О. Если за элементарный про­межуток времени dt площадь получает приращение da (рис.), то численно С. с. v_=d/dt.



Co скоростью точки v С. с. связана соотно­шением v_=vh/2, где h — длина пер­пендикуляра, опущенного из центра О на направление вектора v, т. е. С. с. равна ¹/₂ момента вектора скорости относительно центра О. С. с. можно представить в виде вектора v_=[