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

Вид материалаДокументы

Содержание


Световые эталоны
В. Е. Карташевская.
Ю. В. Попов.
Ю. В. Попов.
П. Г. Елисеев.
Е есть отно­шение светового потока
Рис. 1. Спектральные кривые пропускания нек-рых стеклянных абсорбционных свето­фильтров толщиной 3 мм.
Рис. 2. Схема интерференционного свето­фильтра.
Рис. 3. Кривые пропускания интерферен­ционных светофильтров: R — коэфф. отра­жения серебряных слоев.
Т. И. Вейнберг.
Гальтона свистки
1 и резонансной камеры 2
Гидродинамический излучатель).
Свистящие атмосферики
Свободная энергия
Свободная энтальпия
Связанное состояние
Пример зависимости потенц. энергии U от расстояния r между ч-цами, иллюстриру­ющий существование областей стабильных и квазистаб
В. Я. Файнберг.
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   21
^ СВЕТОВЫЕ ЭТАЛОНЫ, меры, вос­производящие с наивысшей достижи­мой точностью единицы световых ве­личин для их хранения и передачи; обеспечивают единство световых из­мерений. В качестве С. э. в разное время применялись: пламя свечи или лампы с заданными хар-ками (разме­ры пламени, топливо и пр.); 1 см2 поверхности платины при темп-ре затвердевания; электрич. лампы нака­ливания. Различают первичный и вто­ричные С. э. Первичный С. э. еди­ницы силы света — канделы, был осу­ществлён в 8 национальных лабора­ториях в виде т. н. полного излуча­теля, обладающего свойствами абсо­лютно чёрного тела, при темп-ре за­твердевания платины. Его яркость 6•105 кд/м2, междунар. согласован­ность ок. 0,6% при внутрилабораторной погрешности ±0,2%. Этот С. э. действовал по междунар. соглашению с 1948 по 1979. В 1979 междунар. решением принято новое определение канделы, устанавливающее её связь с ваттом монохроматического излуче­ния вне зависимости от способа вос­произведения. Вторичные С. э. для единиц силы света и освещённости и для единицы светового потока пред­ставляют собой группы светоизмерит. ламп накаливания разл. устройства и разной цветовой темп-ры.

^ В. Е. Карташевская.

СВЕТОДАЛЬНОМЕР (дальномер оп­тический), прибор для измерения рас­стояний по времени прохождения оп­тическим излучением (светом) изме­ряемого расстояния. С. содержит ис­точник оптич. излучения, устройство управления его параметрами, пере­дающую и приёмную системы, фотоприёмное устройство и устройство измерения временных интервалов. С. делятся на импульсные и фазовые в зависимости от методов определения времени прохождения излучением рас­стояния от объекта и обратно (см. Светодальнометрия).

В импульсном С. источником излучения чаще всего является ла­зер, излучение к-рого формируется в виде коротких импульсов. Для изме­рения медленно меняющихся расстоянии используют одиночные импульсы, при быстро изменяющихся расстоя­ниях применяется импульсный режим излучения. Твердотельные лазеры до­пускают частоту следования импуль­сов излучения до 50—100 Гц, полу­проводниковые — до 104—105 Гц. Фор­мирование коротких импульсов из­лучения в твердотельных лазерах осу­ществляется механич., электрооптич. или акустооптич. затворами или их комбинациями (см. Оптический за­твор). Инжекционные лазеры управ­ляются током инжекции.

В фазовых С. в качестве ис­точников света применяются накальные или газосветные лампы, светодиоды и почти все виды лазеров. С. со светодиодами обеспечивают даль­ность действия до 2—5 км, с газовыми лазерами при работе с оптич. отража­телями на объекте — до 100 км, а при диффузном отражении от объек­тов — до 0,8 км; аналогично, С. с полупроводниковыми лазерами обес­печивает дальность действия 15 и 0,3 км. В фазовых С. излучение мо­дулируется интерференционными, аку­стооптич. и злектрооптич. модуля­торами (см. Модуляция света). В СВЧ фазовых С. преим. применяются элект­рооптич. модуляторы на резонаторных и волноводных СВЧ структурах.

В импульсных С. обычно в каче­стве фотоприёмного устройства при­меняются фотодиоды, в фазовых С. фотоприём осуществляется на фото­электронные умножители. Чувстви­тельность фотоприёмного тракта С. может быть увеличена на неск. по­рядков применением оптич. гетеродинирования. Дальность действия тако­го С. ограничивается длиной коге­рентности (см. Когерентность) пере­дающего лазера, при этом возможна регистрация перемещений и колебаний объектов до 0,2 км.

Измерение временных интервалов чаще всего осуществляется счётно-импульсным методом.

^ Ю. В. Попов.

СВЕТОДАЛЬНОМЕТРИЯ, измерение расстояний по времени распростране­ния оптического излучения (света) от точки, в к-рой расположен источник излучения, до объекта, отражающего или рассеивающего это излучение. При этом измеряемое расстояние D =(v/2), где v — скорость распростра­нения света в среде, а  — время прохождения им двойного измеря­емого расстояния.

Величина  может измеряться и м п у л ь с н ы м или ф а з о в ы м ме­тодом. В первом случае излучение посылается короткими импульсами и измеряется интервал между фронтами или энергетич. максимумами излучён­ного и отражённого импульсов. Во втором случае непрерывное излучение модулируется с высокой частотой f и значение  определяется по запаздыва­нию фазы принимаемого отражённого излучения  по отношению к фазе

испускаемого: D=(v/4f). При этом однозначный результат получается лишь при измерении расстояний, да­ющих сдвиг фазы <2. Для одно­значного определения больших рас­стояний измерения производятся по­следовательно на неск. разл. частотах модуляции.

Существенным для С. явл. значение скорости распространения оптич. из­лучения вдоль измеряемого расстоя­ния, определяемой показателем пре­ломления. Последний изменяется с темп-рой (ок. 10-6 на 1 К), давлением и влажностью и зависит от длины волны излучения. Определить его ср. значение в момент измерения по­зволяет последоват. измерение рас­стояния на неск. длинах волн излу­чения (т. н. р е ф р а к т о м е т р и ч е с к а я С.).

Идея С. была высказана А. Майкельсоном (США), первый светодальномер был реализован А. А. Лебеде­вым в 1936, большое развитие С. получила после разработки лазеров. Импульсная лазерная С. обеспечи­вает при длительности импульсов из­лучения 20—100 нс ошибку измере­ния 5—10 м. Применение систем с накоплением сигнала даёт ошибку менее 1 м. При энергии излучения в импульсе ок. 0,3 Дж достигается дальность действия по протяжённым объектам до 20 км.

Лазерная импульсная С. применя­ется для измерения высоты облаков, для измерения высот полёта летатель­ных аппаратов при аэрофотосъёмке, для точного определения орбиты ИСЗ, снабжённого уголковым отражателем, что важно для геодезич. целей, и т. д.

Фазовая С. находит применение в основном в топографо-геодезич. рабо­тах, инженерных изысканиях, маши­ностроении, гляциологии, гидротех­нике (СВЧ светодальномеры, позво­ляющие при частоте модуляции выше 108 Гц снизить инструментальную ошибку до 0,2—0,5 мм).

Дифференцирование данных о рас­стоянии до объекта как в фазовой, так и в импульсной С. позволяет получить значение радиальной ско­рости его перемещения (светодальномерные системы стыковки в космосе). Определяя пространств. распределе­ние расстояний до отражающих по­верхностей, получают данные о про­филе этих поверхностей (светодальномерная профилометрия). Последняя используется для определения профиля антенн радиотелескопов, корпусов су­дов, при изучении подвижек льда и т. д. Светодальномерный профилометр применим для автономного ори­ентирования планетоходов.

• В а ф и а д и В. Г., П о п о в Ю. В., Скорость света и ее значение в науке и тех­нике, Минск, 1970; Прилепин М. Т., Голубев А. Н., Оптические квантовые генераторы в геодезических измерениях, М., 1972.

^ Ю. В. Попов.

669


СВЕТОДИОД (светоизлучающий диод), полупроводниковый прибор, преобра­зующий электрич. энергию в энергию оптич. излучения на основе явления инжекционной электролюминесценции, происходящей в ПП кристалле с электронно-дырочным переходом или гетеропереходом либо контактом ме­талл — полупроводник. В С. при протекании в нём пост. или перем. тока в область полупроводника, при­легающую к такому переходу (кон­такту), инжектируются избыточные носители тока — эл-ны и дырки; их рекомбинация сопровождается оптич. излучением. С. испускают некоге­рентное излучение с узким спектром. Длина волны излучения зависит от ПП материала и его легирования. Яр­кость излучения большинства С. на­ходится на уровне 103—105 кд/м2. Кпд С. видимого излучения состав­ляет от 0,01% до неск. процентов. В С. ИК излучения с целью понижения потерь на полное внутр.. отражение и поглощение в теле кристалла для последнего выбирают полусферич. фор­му, а для улучшения хар-к направ­ленности излучения С. помещают в параболич. или конич. отражатель. Кпд С. с полусферич. формой кри­сталла достигает 40 %.

Пром-сть выпускает дискрет­ные и интегральные (многоэлемеитные) С. Дискретные С. ви­димого излучения используют в ка­честве сигнальных индикаторов; ин­тегральные С.— цифро-знаковые ин­дикаторы, многоцветные панели -применяют в разл. системах отобра­жения информации. С. ИК излучения находят применение в устройствах оптической локации, оптической связи, в с ветодальномерах и т. д. В ряде областей применения С. конкурирует с родственным ему прибором — инжекционным лазером (см. По­лупроводниковый лазер), к-рый в от­личие от С. генерирует когерентное излучение.

• Б е р г А., Д и н П., Светодиоды, пер. с англ., М., 1979.

^ П. Г. Елисеев.

СВЕТОЛОКАЦИЯ, см. Оптическая локация.

СВЕТОПРОВОД, то же, что световод.

СВЕТОСИЛА, величина, позволяющая сравнивать освещённости в плоскостях изображений разл. оптич. систем. Без учёта потерь световой энергии на поглощение и отражение в оптич. системе т. н. геометрическая С. есть квадрат относительного от­верстия системы, т. е. (D/f)2, где D -диаметр входного зрачка си­стемы (см. Диафрагма в оптике), f — её фокусное расстояние. Умножение геом. С. на коэфф, , характеризу­ющий потери, даёт физическую (или эффективную) С. Её повышают, уменьшая потери света с помощью просветления оптики. В плоскости изображения осесимметричной оптич.

системы освещённость ^ Е есть отно­шение светового потока, прошедшего систему, к площади изображения и выражается формулой: Е=Bsin2u', где В — яркость объекта, u' — угло­вая апертура пространства изобра­жении. Для достаточно (практически бесконечно) удалённых объектов пло­скость их изображений совпадает с фокальной плоскостью (см. Фокус в оптике). В этом случае si'=D/2f, и для расчёта освещённости и, следо­вательно, С. получают соотношение

Е=(/4)B(D/f)2.

Л. Н. Капорский.

СВЕТОФИЛЬТР, устройство, меняю­щее спектральный состав и энергию падающего на него оптического излу­чения. Осн. хар-ка С.— спектральная зависимость его пропускания коэф­фициента  (или оптич. плотности D =-Ig) от частоты (длины волны ) излучения. Селективные С. предназначены для отрезания (погло­щения) или выделения к.-л. участка спектра. В сочетании с приёмниками оптического излучения эти С. изменяют спектральную чувствительность

приёмников. Нейтральные С. равномерно ослабляют поток излу­чения в определённой области спект­ра. Действие С. может быть основано на любом оптич. явлении, обладающем спектральной избирательностью,— на поглощении света (абсорбционные С.), интерференции света (интерференци­онные С.), отражении света (отража­тельные С.), дисперсии света (диспер­сионные С.) и пр.

Наиболее распространены стек­лянные абсорбционные С., к-рые отличаются постоянством спектральных хар-к, устойчивостью к воздействию света и темп-ры, высо­кой оптич. однородностью. Пром-стью выпускается более 100 марок цветных стёкол для С. На рис. 1 приведены спектральные кривые пропускания нек-рых из них. Используя одно, два, а иногда и три стекла и меняя их толщину, можно получать С. с раз­нообразными спектральными св-вами. Абсорбционные С. из ок­рашенной желатины и др. органич. материалов применяются ре­же вследствие низких механич. проч­ности и термич. устойчивости, а так­же довольно быстрого выцветания. Положит. качества таких С.— боль­шое разнообразие спектральных хар-к и простота изготовления. Жидкост­ные абсорбционные С. ис­пользуют сравнительно редко. К их достоинствам относится возможность изготовления в лабораторных усло­виях и плавное изменение хар-к С. при изменении концентраций компо­нентов раствора. В нек-рых случаях, напр. для выделения УФ области спектра, применяют газовые аб­сорбционные С. Полупро­водниковые С. иногда исполь­зуют в ИФ области спектра, где они обладают резкими границами пропу­скания.



^ Рис. 1. Спектральные кривые пропускания нек-рых стеклянных абсорбционных свето­фильтров толщиной 3 мм.


Отражающие селективные и нейтральные С. изготовляют нанесе­нием металлич. плёнок на кварцевую или стеклянную подложку. Селектив­ные отражающие С. с разл. кривыми отражения получают также, комбини­руя слои разной толщины в многослой­ных диэлектрич. зеркалах (см. Оптика тонких слоев).

Интерференционные С. (рис. 2) состоят из двух полупрозрач­ных зеркал (напр., слоев серебра) и помещённого между ними слоя ди­электрика оптич. толщины /2, , 3/2 ( — длина волны в максимуме пропускания). В проходящем свете



^ Рис. 2. Схема интерференционного свето­фильтра.

интерферируют лучи, непосредственно прошедшие через С. и отражённые чёт­ное число раз от полупрозрачных слоев, в отражённом свете интерфе­рируют лучи, отражённые 1, 3, 5 и более раз. В результате в проходящем свете остаются лучи с длиной волны, равной удвоенной толщине слоя ди­электрика, а в отражённом свете эти лучи отсутствуют. Кривые пропуска­ния таких С. показаны на рис. 3. Интерференционные С. выделяют уз­кие области спектра (до 1,5—2 нм) с меньшими потерями света, чем аб­сорбционные. Их недостаток — нали­чие значительного фона вне полое пропускания и зависимость положе­ния этих полос от угла падения лучей света. Интерференционно-

670




^ Рис. 3. Кривые пропускания интерферен­ционных светофильтров: R — коэфф. отра­жения серебряных слоев.


поляризационные С., в к-рых используется явление интер­ференции поляризованных лучей, могут выделять сверхузкие спектральные об­ласти (до 10-2 нм) при полном от­сутствии фона. Однако такие С. при­меняют редко (гл. обр. в астрофиз. исследованиях), т. к. они представ­ляют собой сложные оптич. системы, очень чувствительные к темп-ре и дру­гим внеш. влияниям.

В дисперсионных С. мак­симум пропускания (минимум отра­жения) приходится на ту длину волны 0, для к-рой равны преломления показатели n1 и n2 двух сред. Чем больше спектральное удаление от 0, тем больше отличаются n1 от n2 и тем меньше пропускание (см. Френеля формулы). Выделение спектрального интервала более эффективно, если в-во с n2 (погружённое в среду с n1) размельчить. Обычно дисперсионные С. изготовляют из порошков бесцвет­ных стёкол, залитых органич. жид­костями. Изменяя n1, изменяют 0. То же происходит при изменении темп-ры. Высокая температурная чув­ствительность приводит к необходи­мости термостатирования дисперсион­ных С., что ограничивает их исполь­зование.

С. служат для выделения или уст­ранения определённой спектральной области в науч. исследованиях, в фотометрии, спектрофотометрии, ко­лориметрии; сочетаются почти со все­ми оптич. приборами и спектраль­ными приборами. В фотографич. и кинематографич. практике их приме­няют для уменьшения рассеяния дым­кой, улучшения цветопередачи и пере­дачи светотени, съёмки в ИК лучах. В светотехнике они употребляются для сигнализации, цветного освеще­ния и т. п. С. необходимы для предот­вращения нежелательного нагреват. действия ИК излучения, фотохим. и иных действий УФ излучения.

• Зайдель А. Н., Островская Г. В., Островский Ю. И., Техника и практика спектроскопии, М., 1972; Каталог цветного стекла, М., 1967; Оптические материалы для инфракрасной техники, М., 1965; Крылова Т.Н., Альбом спектральных кривых коэффициента отражения тонких непоглощающих слоев на поверхности стекла, Л., 1956.

^ Т. И. Вейнберг.

СВЕЧА, старое название ед. силы света СИ, совр. название кандела.

СВИСТКИ, газоструйные излучатели, преобразующие кинетич. энергию струи в энергию акустич. колебаний. В отличие от сирен, в С. нет движу­щихся деталей, поэтому они более

просты по конструкции и удобны в эксплуатации. По типу рабочего тела и среды, для к-рой они предназна­чены, С. подразделяются на газовые и жидкостные.

Наиболее распространены три типа газовых С. — вихревые, ^ Гальтона свистки и неск. разновидностей «губ­ных» С. (напр., свисток Левавассёра). Вихревой С. представляет собой ци­линдрич. камеру 2 (рис. 1), в к-рую газ подаётся через тангенциально распо­ложенную трубку 1. Образовавшийся в камере вихревой поток поступает в находящуюся на оси выходную труб­ку 3 меньшего диаметра, где интен­сивность вихря резко возрастает и благодаря этому давление в его ядре становится значительно ниже атмо­сферного; перепад давлений перио­дически выравнивается в результате



Рис. 1. Схема вих­ревого свистка.



Рис. 2. Схема губно­го свистка.


проскока газа из атмосферы в выход­ную трубку и нарушения структуры вихря. Мощность вихревых С. в УЗ диапазоне (до 30 кГц) обычно неск. Вт. Вихревые С. используются в га­зовых горелках для распыления топ­лива в форсунках или для обработки суспензий. Жидкостные вихревые С., выполненные по принципу газовых, применяются для получения эмуль­сий.

Губной С. (рис. 2) состоит из щеле­вого сопла ^ 1 и резонансной камеры 2 (чаще всего цилиндрич. типа). Воз­дух, подаваемый в сопло, разбивается острым краем 3 резонатора на два потока: один выходит в окружающую среду, другой попадает в камеру, повышая в ней давление. Через оп­ределённые промежутки времени, за­висящие от размеров камеры, второй поток прерывает осн. струю, вслед­ствие чего возникают периодич. сжа­тия и разрежения воздуха, распрост­раняющиеся в виде акустич. волн. Обычно губные С. работают при дав­лениях воздуха, не превышающих 0,4 кг/см2, с акустич. мощностью порядка 1 Вт. Существуют конструк­ции, позволяющие получить мощность до неск. кВт.

Из жидкостных С. наибольшее рас­пространение получили пластинчатый и стержневой типы (подробнее см. ^ Гидродинамический излучатель).

• Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957; Ультразвук, М., 1979 (Маленькая энциклопедия).

Ю. Я. Борисов.

^ СВИСТЯЩИЕ АТМОСФЕРИКИ, импульсные сигналы, генерируемые в земной атмосфере при разряде мол­ний. С. а. имеют широкий частотный спектр с максимумом в области частот ~1—10 кГц. Генерируемые у поверхности Земли радиоволны такой частоты распространяются вдоль си­ловых линий магн. поля Земли, про­никают через ионосферу и достигают снова поверхности Земли в магнитосопряжённой точке. Скорость рас­пространения радиоволн при этом пропорц.  (см. Дисперсия волн). Поэтому широкополосный приёмник, находящийся на большом расстоянии от источника сигналов, фиксирует сна­чала высокочастотные компоненты спектра сигнала, затем — более низ­кие. Наблюдатель воспринимает эти сигналы на слух как характерные «свисты» с постепенно понижающейся частотой.

^ СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ, одно из наз­ваний изохорно-изотермического тер­модинамич. потенциала или Гельмеольца энергии. С. э. или F) оп­ределяется как разность между внут­ренней энергией термодинамич. си­стемы (U) и произведением её энтропии (S) на темп-ру (Т): F=U-TS. Вели­чину TS, вычитаемую при нахож­дении С. э. из значения внутр. энер­гии, иногда наз. связанной энергией.

^ СВОБОДНАЯ ЭНТАЛЬПИЯ, см. Гиббса энергия.

СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ (собст­венные колебания), колебания в ме­ханич., электрич. или к.-л. др. си­стеме, совершающиеся при отсутст­вии внеш. воздействия за счёт перво­начально внесённой энергии (потен­циальной или кинетической, напр. в механич. системах через нач. сме­щения или нач. скорости). В реаль­ных системах вследствие рассеяния энергии С. к. всегда затухающие. В линейных системах С. к. представ­ляют собой суперпозицию нормаль­ных колебаний. Подробнее см. Коле­бания.

^ СВЯЗАННОЕ СОСТОЯНИЕ, состоя­ние системы ч-ц, при к-ром их отно­сит. движение происходит в ограни­ченной области пр-ва (явл. финит­ным) в течение длит. времени по срав­нению с характерными для данной си­стемы периодами. Природа изобилует С. с.: от звёздных скоплений и мак­роскопич. тел до микрообъектов — молекул, атомов, ат. ядер. Многие т. н. элем. ч-цы (адроны), по-види­мому, являются С. с. более фундам. ч-ц материи — кварков.

Для образования С. с. необходимо наличие сил притяжения, по крайней мере между частью ч-ц системы на нек-рых расстояниях между ними. Для стабильных С. с. масса системы меньше суммы масс состав­ляющих её ч-ц; разность m между ними определяет энергию связи си­стемы: ξсв=mc2.

В класс и ческой механи­ке С. с. описываются финитными ре-

671


шениями ур-ний движения системы, когда траектории всех её ч-ц сосре­доточены в ограниченной области пр-ва. Пример — задача Кеплера о движении ч-цы (или планеты) в поле тяготения. В классич. механике си­стема из двух притягивающихся ч-ц всегда может образовать С. с. Если область расстояний, на к-рых ч-цы



^ Пример зависимости потенц. энергии U от расстояния r между ч-цами, иллюстриру­ющий существование областей стабильных и квазистабильных связанных состояний.

Стабильные связанные состояния лежат в области энергий ξ<0 (меньших значения V при г); им соответствуют дискр. уровни энергии. При ξ>0 стабильных связанных состояний не существует, однако в области 0<ξб, где Uб—высота потенц. ба­рьера, при нек-рых значениях ξ могут су­ществовать квазистабильные связанные со­стояния, время жизни к-рых определяется вероятностью туннельного перехода через потенц. барьер и может быть (особенно для ч-ц большой массы) весьма велико. Для макроскопич. тел (движение к-рых описы­вается законами классич. механики) ста­бильные связанные состояния могут иметь любую энергию в области U0б.


притягиваются, отделена энергетич. потенциальным барьером от области, в к-рой они отталкиваются (рис.), то ч-цы также могут образовывать стабильные С. с.

В квантовой механике, в отличие от классической, для обра­зования С. с. ч-ц необходимо, чтобы потенц. энергия притяжения и радиус действия сил были достаточно велики (см. Потенциальная яма, Нулевая энергия). Кроме того, в потенц. яме типа изображённой на рис. из-за возможности вылета ч-ц из области притяжения вследствие туннельного эффекта не образуется стабильных С. с., если энергия ч-цы больше по­тенц. энергии на бесконечности. Од­нако если вероятность туннельного перехода мала (в классич. пределе она равна нулю), то ч-ца в такой потенц. яме может находиться достаточно длит. время (по сравнению с перио­дами движения в яме). Поэтому на­ряду со стабильными С. с. сущест­вуют нестабильные (мета- или квази­стабильные) С. с., к-рые с течением времени распадаются. Напр., неста­бильными С.с. по отношению к -распаду или (и) делению явл. ядра нек-рых тяжёлых элементов.

В крайне релятив. случае, когда энергия связи системы сравнима с энергией покоя её ч-ц, решение про­блемы С. с. требует привлечения квант. теории поля (КТП). Точного решения такой задачи в совр. КТП не существует; нек-рые из развива­емых приближённых методов позво­ляют одинаковым образом рассматривать как стабильные, так и неста­бильные адроны, включая резонансы.

^ В. Я. Файнберг.