1. Механические эффекты Силы инерции



страница15/21
Дата22.06.2019
Размер3.17 Mb.
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   21

эту среду. В частности это явление используется в призмах би-

ноклей и перископов, но диапазон его применения в изобрета-

тельстве гораздо шире (1).
А.с. 287 363: Устройство для измерения температуры, со-

держащее измерительный элемент, установленный в контролируемой

среде, и источник белого света с диафрагмой, отличающийся тем,

что с целью повышения точности измерения температуры и увели-

чения светосилы устройства, измерительный элемент выполнен

ввиде двух прозрачных прямоугольных призм, сложенных наклонны-

ми гранями, между которыми расположен слой прозрачного вещест-

ва с показателем преломления, зависящим от длины волны и тем-

пературы, причем источник света расположен относительно

измерительного элемента так, что ось светового потока наклоне-

на к плоскости входной грани призмы под предельным углом пол-

ного внутренненго отражения.


А.с. 288 464: Устройство для активного контроля распыле-

ния жидкости, выполненное из источника света, воздействующего

через собирательную линзу через фоторезистор, к которому подк-

лючен усилитель, отличающийся тем, что с целью увеличения на-

дежности контроля, на пути света за линзой последователены оп-

тический многогранник полного внутреннего отражения и

охватывающая его изогнутая шторка, образующая с одной из гра-

ней клинообразное входное пространство.


США патент 3 552 825: Переменный цифровой элемент состоит

из прямоугольной призмы, над гипотенузой грани которой распо-

лагаются несколько отражающих слоев. Луч света проходит через

одну из катетных граней призмы и падает на ее гипотенузную

грань под углом, который равен критическому углу или больше

его. Обычно луч света будет испытывать полное внутреннее отра-

жение в призме и выходить через другую ее катетную грань. Од-

нако, если отражающий слой, расположенный над гипотенузой гра-

ни, имеет с ней оптический контакт, полное внутреннее

отражение нарушается и луч проникает в этот отражающий слой.

На гипотенузной грани могут располагаться несколько отражающих

слоев. Явление полного внутреннего отражения, а также наруше-

ние его, используется для определения колличества отражающих

слоев, пройденных лучем света прежде, чем испытать полное

внутреннее отражение, пройти обратный путь через отражающие

слои, призму и выйти через вторую ее катетную грань. Отражаю-

щие слои изготавливаются из стекла, либо представляют собой

полости, заполненные жидкостью. Изгиб того или иного слоя и,

следовательно, нарушение оптического контакта этого слоя со

смежной поврхностью, может быть осуществлен с помощью пьезоэ-

лектрического кристалла.

На основе явления полного внутреннего отражения созданы

светводы, которые гораздо эффективнее обычных линзовых систем.

Широкие одиночные светопроводы передают излучение; применение

волоконной оптики - пучков очень тонких светопроводов - позво-

ляет передавать также изображение в том числе и по непрямым

путям,т.к. пучок тонких волокон может быть сильно изогнут без

разрушения и потери прозрачности.

А.С. N210677. Устройство для выравнивания косогорных ма-

шин или их рабочих органов, содержащее маятниковый датчик нак-

лона и электрогидравлический механизм выравнивания,отличающий-

сятем,что с целью повышения надежности,оно снабжено гибкими

световодами,измеряющими поперечное сечение под воздействием

маятника,с одной стороны которых установлен источник света, а

с другой - фотоэлементы,включенные в электрическую схему меха-

низма выравнивания.

2.Устройство по 1, отличающееся тем,что ,между источником

и гибким световодами установлены промежуточные световоды, нап-

ример, из стекловолокна.

13.3. Поглощение и рассеяние света. В предыдущем разделе

явления рассматривались как педположение что среды оптически

однородны и абсрлютно прозрачны для света В действительности

дело обстоит иначе. Процесс прохождения света через вещество -

это процесс поглощения атомами и молекулами энергии электро-

магнитной волны, которая идет на возбуждение колебания элект-

ронов и последующего переизлучения этой энергии в При этом, не

вся энергия переизлучается, часть ее переходит в другие виды

энергии например тепловую. Это приводит к поглощению света с в

зависит от длины волны света и имеет максимумы на частотах,со-

ответющих частотам собственных колебаний электронов в атомах,

самих атомов и молекул (см."Поглощение и излучение света").Ес-

тественно, поглощение зависит от толщины слоя поглощающего ве-

щества.

США, ПАТЕНТ N.3825755. Толщину полимерной пленки измеря-



ют,сравнивая потоки ИК-излучения: отражающего от поверхности

ипрошедшего сквозь пленку , ослабленного за счет поглощения в

слое полимера.

Великобритания, заявка N.1332112. Для определения влаго-

содержания предмета его облучают светом с диной волны , лежа-

щей в области поглощения воды, и измеряют сигнал ослабленного

излучения.

А.С. N 266560. Контролируют процесс сушки по ИК-поглоще-

нию паров растворителя.

Ослабление светового излучения при прохождении через сре-

ду объясняется также и рассеянием света. В случае наличия в

среде оптических неоднородностей переизлучение энергии элект-

ромагнитной волны происходит не только в направлении проходя-

щей волны(пропускание), но и в стороны. Эта часть излучения ,

наряду с дифрагированной, преломленной и отраженной на неодно-

родностях состовляющими, и образует р а с с е я н н ы й свет.

Рассеяние обладает дисперсией. В атмосфере ,например, рассеи-

ваются преимущественно голубые лучи; этим объясняется голубой

цвет неба, в то время как свет , проходящий через атмосферу,

обогащен красными составляющими - красный цвет зорь. При мо-

нохроматическом освещении даже в физически сильно неоднородной

среде рассеяние не происходит при совпадении коэффициентов

преломления компонентов среды. Выбрав компоненты с различными

температурными коэффициентами пре, можно создать оптический

термометр.
А.С. N.253408. Устройство для измерения температуры,со-

держащее измерительный элемент,устанавливаемый на иследуемый

материал, и источник белого света, отличающийся тем,что с

целью расширения интервала измеряемых температур,измерительный

элемент выполнен в виде прозрачной кюветы,заполненой

смесью,оптически неоднородных веществ,соответствующих заданно-

му интервалу температур,показатели педложения которых зависят

от длины волны и температурные коэффициенты показателей пре-

ломления отличаются знаком либо вличиной.
(Показатели преломления компонентов смеси совпадают для

различных длин волн в зависимости от температуры. этом кювета

становится оптически однородной для света с данной длиной вол-

ны,который пройдя через кювету,сообщает ей определенный

цвет,соответствующей определенной температуре.Другие же сос-

тавляющие белого цвета рассеиваются на неоднородностях системы

и через кювету не походят).
Распределение интенсивности света,рассеянного средой по

различным направлениям (и н д е к а т р и с с а рассеяния),

может дать значительную информацию о микрофизических парамет-

рах среды. Такого рода измерения находят применение в биоло-

гии,коллоидной и анилитической химии,составляя предает нефело-

метрических иследований,а также в аэрозольной технике.

Согласно а.с. 172094 определяют параметры капель

жидкости, измеряя характеристики светового излучения,рассеян-

ного на каплях.

Рассеяние наблюдается в чистых веществах. Оно объясняется

возникновением оптической неоднородности, связанный с фуктуа-

циями плотности, наример, тепловыми. Рассеяный свет по некото-

рым направлениям частично поляризован. (см."Анизотроприя и

свет").
13.3.1 Вслучае комбинационного рассеяния света (эффект

МандельштамаЛандсберга-Рамана) в спектре рассеянногоизлучения

кроме линий, характеризующих падающий свет,имеются дополни-

тельные линии (сателлиты), излучение которых является комбина-

цией частот падающего излучения и частот собственных тепловых

колебаний молекул рассеивающей среды.
Согласно патенту США N 3820897 конт содержания загрязне-

ний в большом объеме воздуха производится на основе анализа

характеристического романовского излучения (сателлитов комби-

национного рассеяния),возникающего при рассеянии лазерного из-

лучения на атомах и молекулах загрязнений.

13.4. Испускание и поглощение света.


оПламя излучает свет.Стекло поглощает ультрафиолетовые

лучи. Обычные фразы,привычные понятия.Однако здесь термины

"излучает","поглощает" описывают только внешне,легко наблюдя,

физика этих процессов непосредственно связана со строением

атомов и молекул вещества.

Атом - квантовая система,его внутренняя энергия - это , в

основном , энергия взаимодействия электронов с ядром; эта

энергия согласно квантовым законам,может иметь только вполне

определенные для када и состояния атомов значения. Таким обра-

зом,энергия атома не может меняться непрерывно,а только скач-

ками - порциями,равными разности каких-либо двух разрешенных

значений энергии.


Квантовая система (атом,молекула),получая из вне порцию

энергии возбуждается, т.е. переходит с одного энергетического

уровня вдругой более высокий. В возбужденном состоянии система

не может находится сколь угодно долго; в какой-то момент про-

исходит самопроизвольный (спонтанный) обратный переход с выде-

лением той же энергии. Квантовые переходы могут быть излуча-

тельные и безизлучательные. Впервом случае энергия поглощается

или испускается в виде порции электромагнитного излучения,час-

тота которого строго определена разностью энергий тех уровней,

между которыми происходит переход. В случае безызлучательных

переходов система получает или отдает энергию при взаимодейс-

твиями с другими системами (атомами,молекулами,электронами)

Наличие этих двух типов перходов объясняется оптикоакустичес-

кий эффект Бейнгерова


13.4.1. При облучении газа,находящегося в замкнутом объ-

еме,аомодулированном потоком инфракр.излучения в газе возника-

ют пульсации давления (оптико-аккустический эффект).Его

механизм давольно прост; поглощение инфракр.излучения происхо-

дит с возбуждением молекул газа, обратный же переход происхо-

дит безызлучательно,т.е. энергия возбуждения молекул переходит

в их кинетическую энергию,что обуславливает изменение давле-

ния.
Колличественные характеристики эффекта весьма чувстви-

тельные к составу газовой смеси.Применение оптико-акустическо-

го эффекта для аналей характеризуется простотой и надежностью,

высокой избирательностью и широким диапазоном концнтрацией

компонентов.

Оптико-акустический индикатор педставляет собой неселек-

тивный приемник лучистой энергии,предназначенный для анализа

газов Промудулированный лучистый поток через флюоритовое окно

попадает в камеру с иследуемым газом.Под действием потока ме-

няется давление газа на мембрану микрофона,в результате чего в

цепи микрофона возникают электрические сигналы,зависящие от

состава газа.

Оптико-акустический эффект используется при измерении

времен жизни возбуждения молекул,в ряде работ по определению

влажности и потоков излучения. (см.а.109939, 167072, 208328,

208329). Отметим, что оптико-акустический эффект возможен так-

же в жидкостях и твердых телах.

13.4.2. Атомы каждого вещества имеют свою,только им при-

сущую структуру энергетических уровней,а следовательно,и

структуру излульных переходов,которые можно зарегистрировать

оптическими методами (например,фотографически).Это обстоятель-

ство лежит в основе сного анализа. Так как молекулы - тоже су-

губо квантовые системы,то каждое вещество (совокупность атомов

или мол) испускает и поглощает только кванты определенных

энергиили электромагнитное излучение определенных длин волн)

Интенсивность тех или иных спектральных линий пропорциональна

числу атомов (молекул),излуча( или поглощающих)свет. Это соот-

ношение составляет основу количественного спектрального анали-

за

США,патент N.3820901. Концентрацию известных газов в сме-



си измеряют по пропусканию излучения лазерного источника с

определенной длиной волны. Предварительно облучают монохрома-

тическими излучениями с различными длинами волн каждый из со-

держащихся в смеси газов, концентрация которых известна, и оп-

ределяют коэффициент поглощения каждого газа для каждой длины

волны. Затем при этих длинах волн измт поглощение испытуемой

смеси и, используя полученные величины коэффициента поглоще-

ния,определяют концентрацию каждого газа в смеси. При измере-

ниях с излучением,содержанием большее число длин волн, чем на-

ходится компонентов в газовой смеси,можно обнаружить наличие

неизвестных газов.

Для атомов и молекул спектры излучения будут линейчатыми

и полосатыми соответственно,то же и для спектров поглощения.

Чтобы получить сплошной спектр,необходимо наличие плазмы, т.е.

ионизированного состояния вещества. При онизации электроны на-

ходятся вне атома или молекулы, и, следовательно могут иметь

любые, непрервно меняющиеся,энергии. При рекомендации этих эл-

ктронов и ионов получается сплошной спектр,в котором присутс-

твуют все длины волн.

13.4.3. Возбуждение(повышение внутренней энергии) или ио-

низацияатомов происходят под действием различных причин;в

частности, энергия для этих процессов может быть получена при

нагревании тел. Чем больше температура, тем больше энергия

возбуждения и тем все более короткие волны (кванты с большей

энергией)излучает нагретое тело. Поэтому при постепенном наг-

реве сначала появляется инфракр.излучение (длинные волны),за-

тем красное,к которому с ростом температуры добавляется оран-

жевое,желтое и т.д.; в конце концов получаетссвет Дальнейший

нагрев приводит к появлению ультрафиолетовой компоненты.

США,патент N.3580277. Устройство для непрерывного измере-

ния температуры ванны жидкого металла содержит стержень из

светопроо материала обладающего высокой температурой и корози-

онной стойкостью. Стержень проходит сквозь стенку резервуара и

внутри последнего заделывается в массу свободного от щелочей

окисла с высокой температурой плавления,например окиси цирко-

ния. Конец стержня,находящийся в резервуаре,служит цветовым

пирометром.

Излучательные и безызлучательныепереходы в инфракр. об-

ласти часто используются для процессов и охлаждения (см.ИК-из-

лучение).

А.С. N.509545 Стеклоформирующий инструмент,включающий ме-

таллический корпус с покрытием, отличающийся тем,что с целью

поьности и улучшения качества изделий,покрытие выполнено

двухслойным,причем промежуточный слой выполнен из материа-

ла,поглощающего ближнюю инфракрасную область,например из гра-

фита,а наружный слой - из материала пропускающего в эже облас-

ти спектра,например на основе прозрачной поликристаллической

окиси алюминия.

А.С. N. 451002. Способ измерений коэффициента теплопро-

водности твердых тел,включающий изотермическую выдержку его

охлаждение при постоянной температуре окружающей среды и ре-

гистрацию изменения температуры,отличающийся тем,что с целью

измеренидности частично прозрачных материалов,образец на ста-

дии поглощения помещают в вакуумное пространство и измеряют

энергию,излучаемую поверхностью образца в спектральной области

сильного поглощения.

13.4.4. Излучательные квантовые переходы могут происхо-

дить не только спонтанно,но и вынуждено под действием внешнего

излучения, частота которого согласована с энергией данного пе-

рехода. Излучение квантов света атомами и молекулами вещества

под действием внешнего электромагнитного поля (излучения) на-

зывают вынужденным или и н д у ц и р о в а н н ы м и з л у -

ч е н и е м .

Существенным отличием вынужденного излучения является то,

что оно естьточная копия вынуждающего излучения.Совпадают все

характеристики - частота,поляризация,направление распростране-

ния и фаза. Благодаря этому вынужденное излучение при некото-

рых обстоятельствах может привести к усилению внешнего излуче-

ния, прошедшего через вещество,вместо его поглощения. Поэтому

иначе вынужденное излучение называют о т р и ц а т е л ь н ы м

п о г л о щ е н и е м.

13.4.5.Для возникновения вынужденного излучения необходи-

мо наличие в веществе возбужденных атомов, т.е. атомов, нахо-

дящихся навнях в большей энергией.Обычно доля таких атомов ма-

ла. Для того чтобво усилило проходящее через него

излучение,нужно , чтобы доля возбужденных атомов была вели-

ка,чтобы уровни с большей энергией были "заселены" частицами

гуще,чем нижние уровни. Такое состояние вещества называют сос-

тоянием с инверсией н а с е л е н н о с т е й.

13.4.6.Открытие советскими физиками Фабрикантом,Вудынским

и Бутаевой явления усиления электромагнитных волн при прохож-

дении через среду с инверсией населенностей явилось основопо-

логающим в деле развития оптических к в а н т о в ы х г е н е

р а т о р о в (лазеров) крупнейшего изобретения века.

Стержень из вещества с исскуственно создаваемой инверсией

населенностей , помещенный между двумя зеркалами, одно из ко-

торых полупрозрачно - вот принципиальная схема простейшего ла-

зера.


Оптический резонатор из двух зеркал необходим для созда-

ния обратной связи:часть излучения возвращается в рабочее

тело,индуцируя новую лавину фотонов. Излучение лазера монохро-

матично и котерентно в силу свойств индуцированного излучения.

Области применения лазеров обусловлены, основными харак-

теристиками их излучения,такими как когерентность,монохроман-

тичность,высокая концентрация энергии в луче и малая его рас-

ходимость. Помимо ставших уже традиционными областей

применения лазеров,таких как обработка сверхтвердых и тугоп-

лавких материалов,лазерная связь и лоя медицина и получение

высокотемпературной плазмы,- стали определяться новые интерес-

ные сферы их использования.


Чрезвычайно перспективны разработанные в последнее время

лазеры на красителях, в отличии от обычных позволяющие плавно

изменят частоту излучения в широком диапазоне от инфракрасной

до ултрафиолетовой области спектра. Так, например, предполага-

ется лазерным лучом разрывать или наоборот, создавать строго

определенные связи.


Ведутся работы по разделению изотопов с помощью перестра-

иваимых лазеров. Меняя частоту лазеров, настраивают его в ре-

зонанс с определенным квантовым переходов одного из изотопов и

тем самым переводят изотоп в возбужденное состояние, в котором

его можно ионизировать и, с помощью электрических реакций, от-

делить от других изотопов.


А вот чисто изобретательское применение лазера в качестве

датчика давления:


А.с. 232 194: Устройство для измерения давления с частот-

ным выходом, содержащее упругий чувствительный элемент, запол-

ненный газом и соединенный через разделитель с измеряемой сре-

дой, и частотомер, отличающееся тем, что с целью повышения

точности измерений, в нем в качестве упругог чувствительного

элемента использована резонаторная ячейкагазового квантового

генератора.
В заключении следует отметить, что лазеры являются основ-

ным инструментом последований в новой области физики - нели-

нейной оптике, которая самим своим возникновением полностью

обязана мощным лазерам (см. "Эффекты нелинейной оптики").

Л И Т Е Р А Т У Р А
К 13.1.1. Г.С.Ландсберг. Оптика, М.,"Наука", 1976 г.

2. Л.Беллами. Инфракрасные спектры молекул, 1957.

3. В.В.Козелкин, И.Ф.Усольцев, "Основы инфракрасной

техники", М.,"Машиностроение", 1974.

4. В.Дитчберн, "Физическая оптика", пер. с англ.,

М., 1965.

5. А.с. 181372, 181824, 251912, 257096, 271532,

282777, 283327, 348498, 427990, 446530, 453664,

486225, 496270, 509416.

США, патенты 3554628, 3558881, 3560738, 3562520,

3796099.
К 13.2 и 13.3:

1. Г.С.Ландсберг, Оптика, М.,"Наука", 1976.

2. Р.Дитчберн, Физическая оптика, пер. с англ.,

М., 1965.

3. С.С.Бацианов, Структурная рефрактометрия, М., 1959.

4. А.с. 269357, 454511, 485076, 517786, 540276.

США, патенты 358864, 3588258, 3824017.

ФРГ ПЕТЕНТ 1249539,


К 13.4: 1. М.Борн, Атомная физика, пер.с англ., М., 1965.

2. М.А.Ельяшевич, Атомная и молекулярная

спектороскопия, М., 1962.

3. А.Н.Зайдин, Основы спектрального анализа,

М., 1965.

4. Квантовая электроника, М., "Советская

энциклопедия", 1969.

5. Б.Ф.Федоров, Оптические квантовые генераторы,

М., 1966.

6. Чернышов и др., "Лазеры в системах связи",

М., 1966.

7. В.В.Козелкин, И.Ф.Усольцев, Основы инфракрасной

техники, М.,"машиностроение", 1974.

8. Б.Лендьел, Лазеры, пер.с англ.,М.,1964.

9. А.с. 239423, 239694, 209638, 208328, 208329,

109939, 167072.

США патенты 3826576,3820897, 3826575, 3588253,

3588439, 3825347, 3588255.


14. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОХИМЕЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ.
14.1.1. Фотоэффект.
Явление внешнего фотоэффекта состоит в испускании (эмис-

сии) электронов с поверхности тела под действием света; для

этого явления эксперементально установленные зависимости обь-

единяются квантовой теорией света. Свет есть поток квантов;

кванты света, попадая в вещество, поглощабтся им; избыточная

энергия передается электронами, которые получают возможность

покинуть это вещество - конечно, если энергия кванта больше,

чем работы выхода электрона (см."Электронная эмиссия"). Заме-

тим, что квантовый характер света проявляющийся в явлении фо-

тоэффекта, не следует понимать как отрицание волновых свойств

света; свет есть и поток квантов, и электромагнитная волна -

просто в зависимости от конкретного явления проявляются или

квантовые, или волновые свойства. На основе внешнего фотоэф-

фекта создан ряд фотоэлектронных приборов (фотоэлементы раз-

личного назначения, фотокатоды, фотоумножители и т.д.). Внеш-

ний фотоэффект играет большую роль в развитии электрических

зарядов; фотоэффект в газах определяет распространение элект-

рического заряда в газах при больших давлениях обуславливая

высокую скорость распространения стримерной формы разряда (ис-

кры, молнии) (1-4).


А.с. 488 718: Способ спектрометрии оптического излучения,

отличающийся тем, что с целью упрощения спектральных работ,

спектральный состав излучения определяют по кинетическим энер-

гиям фотоэлектронов генерируемых при фотомонизации атомов и

молекул.
Кроме внешнего фотоэффекта, существует внутренний фотоэф-


Каталог: upload -> iblock -> 194
iblock -> Перечень работ и услуг по содержанию и ремонту общего имущества в многоквартирном доме
iblock -> Часы-смартфон
iblock -> Руководство пользователя для телефона Apple iPhone 6
iblock -> Руководство по эксплуатации Методика калибровки Технические характеристики. Минимальный радиус кривизны поверхностей контролируемых изделий, 6мм
iblock -> Технические требования
iblock -> Технологические карты
iblock -> Оптимизация процесса восстановления измененных и уничтоженных маркировочных обозначений на блоках двигателей транспортных средств
iblock -> Инструкция по эксплуатации Температурный gsm извещатель Grinson T7 Благодарим Вас за выбор температурного gsm извещателя Grinson T7
194 -> Гимназия №76 г. Челябинск. «Кока-кола»: новые вопросы старой проблемы


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   21


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница