ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.04.2024
Просмотров: 47
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
где .
Свойства газов легко сжиматься и расширяться используются во многих технических устройствах: двигателе внутреннего сгорания, паровой турбине, насосах, при проектировании судов и др.
23.1Электрический ток в металлах. Сопротивление металлического проводника. Удельное сопротивление.
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.
В металлах ток создаётся движением электронов.
За направление тока принимается направление движения положительных зарядов.
Для возникновения тока необходимо наличие свободных носителей заряда и наличие внешнего электрического поля.
Электрический ток производит тепловое, магнитное, химическое, световое и биологическое действия.
Сила тока – это величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени, к этому промежутку времени.
Сила тока обозначается буквой I, измеряется в Амперах (А).
Согласно закону Ома для участка цепи сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R.
Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.
, где
Удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника
, имеющего форму куба с ребром 1 м, если ток направлен перпендикулярно противоположным граням куба.
23.2 Принцип действия и использование лазера.
Долгое время в эпоху Ньютона свет не считали волновым явлением, так как для света не наблюдалось явления интерференции (Рис. 1). Явление интерференции заключается в том, что если свет от двух разных источников попадает в одну точку, то, при условии когерентности, в этой точке должно произойти либо усиление, либо ослабление световых колебаний. Но этого не наблюдалось.
От независимых источников интерференционная картина не наблюдается.
Для независимых источников не соблюдается условие когерентности, так как излучение света связано с переходом более высокого энергетического состояния в более низкое состояние атомов излучателя. Данный переход является спонтанным, постоянной фазы нет. А условие когерентности – это постоянство во времени разности фаз между источниками.
С современной точки зрения излучение света происходит следующим образом. Получая какую-то энергию, электрон в атоме переходит из основного состояния в возбужденное состояние. В этом возбужденном состоянии атом может пребывать очень небольшое время (примерно 10-8 с). И затем атом переходит снова в стационарное состояние, при этом излучая фотон. Когерентность фотона связана с тем, что все излучение занимает 10-8 с, за это время волна (фотон) успевает выполнить 50 периодов, а затем эта картина прерывается.
В 1916 году Эйнштейн доказал, что, в зависимости от причин, которые заставляют атом из возбужденного состояния перейти в стационарное состояние, могут быть совершенно разные эффекты.
Если причина случайная – спонтанное излучение.
Индуцированное излучение – излучение, в котором излучение атома вызвано попаданием в него фотона.
Эйнштейн доказал, что если в атом попадает фотон такой энергии, которая может быть излучена при переходе из возбужденного состояния в стационарное состояние самим атомом, то этот фотон атомом не поглощается, а после атома идут уже два абсолютно идентичных фотона. Эти фотоны имеют одинаковую длину волны, частоту, пространственное направление, поляризацию и являются полностью когерентными.
Эта идея вынужденного фотонами излучения атомов положена в основу создания лазеров. Чтобы лазер работал, необходимо, чтобы таких атомов в возбужденном состоянии было много.
Была придумана система увеличения количества атомов, в которых электроны находятся на более высоком энергетическом уровне, т. е. атом находится в возбужденном состоянии.
23.2(продолжение)
Пусть есть активная среда, в которой возбуждаются атомы. Она находится между двумя зеркалами, одно из которых является глухим (абсолютно не прозрачным), а второе зеркало – полупрозрачным, т. е. примерно 2% излучения могут пройти через это зеркало. Но чтобы эти 2% составили большую энергию, необходимо, чтобы в активную среду поступала энергия любого вида (электрический разряд, тепловая энергия и т. д.). Любой вид энергии может привести к переходу атома в возбужденное состояние.
При этом, если какой-нибудь фотон встречает атом, в котором при переходе из возбужденного состояния может быть излучение той же самой частоты, то фотон превращается в два фотона. Два таких фотона могут тоже попасть в два таких атома, которые находятся тоже в возбужденном состоянии, тогда их получится 4, и т. д. Между зеркалами создается такая среда, что эти фотоны отражаются то от одного зеркала, то от другого, и между двумя зеркалами перемещается множество фотонов. Поэтому между зеркалами появляется много атомов, которые находятся в метастабильном состоянии. В любой момент времени метастабильность можно прервать, тогда из лазера выходит когерентное излучение, обладающее большой мощностью. Когерентные фотоны идут рядом друг с другом.
В 1940 году Фабрикант предложил идею накачки лазера большим количеством возбужденных атомов. Но только в 1954 году Басов с Прохоровым и независимо от них Чаунс создали первые лазеры (тогда они назывались мазеры). Диапазон волн у этих мазеров был радиотехнический, т. е. они излучали когерентное излучение радиоволн, с длиной волны 1,27 см.
В 1960 году была создана система, которая напоминает нынешний лазер – лазер на рубине.
Рис. 1. Рис. 2.
Такой лазер имеет трехуровневую систему (Рис. 1-2). Так как в состав рубина входят атомы хрома, они имеют трехступенчатую картинку: основное состояние, состояние с энергией Е
2 и состояние с энергией Е3. Состояние Е2 является неустойчивым, и атом может с него спуститься до состояния Е3. Время существования атома при этом увеличится на пять порядков. В таком случае, системой накачки можно создать такую ситуацию, что почти все атомы хрома находятся в возбужденном состоянии и ждут сигнала для перехода в стационарное состояние. Вследствие этого получается мощный лазерный луч.
Газовые лазеры на основе гелий + неон (Не – буферная среда, Ne дает излучение). Данный лазер дает ярко-красное излучение:
Отличаются маленьким разбросом частот. Такие лазеры обладают высокой когерентностью.
lk – длина когерентности лазерного луча
Газовые лазеры на основе углекислого газа работают в инфракрасной области.
Существуют также жидкостные лазеры с разными красителями, т. е. можно получать излучения разных цветов.
Самые дешевые – полупроводниковые лазеры. Они могут регулировать свою частоту излучения и, соответственно, длину волны.
Лазерное излучение покрывает огромный диапазон:
Лазеры применяются в технике, в медицине и т. д. Например, запись информации проводится на лазерных дисках, лазер используют в микрохирургии глаза, при сварке металла и т. д.
24.1 Параллельное и последовательное соединение проводников.
Для получения нужной нам силы тока гораздо удобнее подбирать необходимое сопротивление при постоянном напряжении, чем подбирать нужный источник питания. И иногда резистор нужного сопротивления нельзя достать, в таком случае необходимо соединить определенным образом несколько других резисторов (как и в случае с конденсаторами из прошлой темы). Принципиально разных соединений существует два: последовательное и параллельное. Последовательное соединение осуществляется подключением резисторов друг за другом без разветвления проводника (рис. 1):
Свойства газов легко сжиматься и расширяться используются во многих технических устройствах: двигателе внутреннего сгорания, паровой турбине, насосах, при проектировании судов и др.
23.1Электрический ток в металлах. Сопротивление металлического проводника. Удельное сопротивление.
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.
В металлах ток создаётся движением электронов.
За направление тока принимается направление движения положительных зарядов.
Для возникновения тока необходимо наличие свободных носителей заряда и наличие внешнего электрического поля.
Электрический ток производит тепловое, магнитное, химическое, световое и биологическое действия.
Сила тока – это величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени, к этому промежутку времени.
Сила тока обозначается буквой I, измеряется в Амперах (А).
Согласно закону Ома для участка цепи сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R.
Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.
, где
Удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника
, имеющего форму куба с ребром 1 м, если ток направлен перпендикулярно противоположным граням куба.
23.2 Принцип действия и использование лазера.
Долгое время в эпоху Ньютона свет не считали волновым явлением, так как для света не наблюдалось явления интерференции (Рис. 1). Явление интерференции заключается в том, что если свет от двух разных источников попадает в одну точку, то, при условии когерентности, в этой точке должно произойти либо усиление, либо ослабление световых колебаний. Но этого не наблюдалось.
От независимых источников интерференционная картина не наблюдается.
Для независимых источников не соблюдается условие когерентности, так как излучение света связано с переходом более высокого энергетического состояния в более низкое состояние атомов излучателя. Данный переход является спонтанным, постоянной фазы нет. А условие когерентности – это постоянство во времени разности фаз между источниками.
С современной точки зрения излучение света происходит следующим образом. Получая какую-то энергию, электрон в атоме переходит из основного состояния в возбужденное состояние. В этом возбужденном состоянии атом может пребывать очень небольшое время (примерно 10-8 с). И затем атом переходит снова в стационарное состояние, при этом излучая фотон. Когерентность фотона связана с тем, что все излучение занимает 10-8 с, за это время волна (фотон) успевает выполнить 50 периодов, а затем эта картина прерывается.
В 1916 году Эйнштейн доказал, что, в зависимости от причин, которые заставляют атом из возбужденного состояния перейти в стационарное состояние, могут быть совершенно разные эффекты.
Если причина случайная – спонтанное излучение.
Индуцированное излучение – излучение, в котором излучение атома вызвано попаданием в него фотона.
Эйнштейн доказал, что если в атом попадает фотон такой энергии, которая может быть излучена при переходе из возбужденного состояния в стационарное состояние самим атомом, то этот фотон атомом не поглощается, а после атома идут уже два абсолютно идентичных фотона. Эти фотоны имеют одинаковую длину волны, частоту, пространственное направление, поляризацию и являются полностью когерентными.
Эта идея вынужденного фотонами излучения атомов положена в основу создания лазеров. Чтобы лазер работал, необходимо, чтобы таких атомов в возбужденном состоянии было много.
Была придумана система увеличения количества атомов, в которых электроны находятся на более высоком энергетическом уровне, т. е. атом находится в возбужденном состоянии.
23.2(продолжение)
Пусть есть активная среда, в которой возбуждаются атомы. Она находится между двумя зеркалами, одно из которых является глухим (абсолютно не прозрачным), а второе зеркало – полупрозрачным, т. е. примерно 2% излучения могут пройти через это зеркало. Но чтобы эти 2% составили большую энергию, необходимо, чтобы в активную среду поступала энергия любого вида (электрический разряд, тепловая энергия и т. д.). Любой вид энергии может привести к переходу атома в возбужденное состояние.
При этом, если какой-нибудь фотон встречает атом, в котором при переходе из возбужденного состояния может быть излучение той же самой частоты, то фотон превращается в два фотона. Два таких фотона могут тоже попасть в два таких атома, которые находятся тоже в возбужденном состоянии, тогда их получится 4, и т. д. Между зеркалами создается такая среда, что эти фотоны отражаются то от одного зеркала, то от другого, и между двумя зеркалами перемещается множество фотонов. Поэтому между зеркалами появляется много атомов, которые находятся в метастабильном состоянии. В любой момент времени метастабильность можно прервать, тогда из лазера выходит когерентное излучение, обладающее большой мощностью. Когерентные фотоны идут рядом друг с другом.
В 1940 году Фабрикант предложил идею накачки лазера большим количеством возбужденных атомов. Но только в 1954 году Басов с Прохоровым и независимо от них Чаунс создали первые лазеры (тогда они назывались мазеры). Диапазон волн у этих мазеров был радиотехнический, т. е. они излучали когерентное излучение радиоволн, с длиной волны 1,27 см.
В 1960 году была создана система, которая напоминает нынешний лазер – лазер на рубине.
Рис. 1. Рис. 2.
Такой лазер имеет трехуровневую систему (Рис. 1-2). Так как в состав рубина входят атомы хрома, они имеют трехступенчатую картинку: основное состояние, состояние с энергией Е
2 и состояние с энергией Е3. Состояние Е2 является неустойчивым, и атом может с него спуститься до состояния Е3. Время существования атома при этом увеличится на пять порядков. В таком случае, системой накачки можно создать такую ситуацию, что почти все атомы хрома находятся в возбужденном состоянии и ждут сигнала для перехода в стационарное состояние. Вследствие этого получается мощный лазерный луч.
Газовые лазеры на основе гелий + неон (Не – буферная среда, Ne дает излучение). Данный лазер дает ярко-красное излучение:
Отличаются маленьким разбросом частот. Такие лазеры обладают высокой когерентностью.
lk – длина когерентности лазерного луча
Газовые лазеры на основе углекислого газа работают в инфракрасной области.
Существуют также жидкостные лазеры с разными красителями, т. е. можно получать излучения разных цветов.
Самые дешевые – полупроводниковые лазеры. Они могут регулировать свою частоту излучения и, соответственно, длину волны.
Лазерное излучение покрывает огромный диапазон:
Лазеры применяются в технике, в медицине и т. д. Например, запись информации проводится на лазерных дисках, лазер используют в микрохирургии глаза, при сварке металла и т. д.
24.1 Параллельное и последовательное соединение проводников.
Для получения нужной нам силы тока гораздо удобнее подбирать необходимое сопротивление при постоянном напряжении, чем подбирать нужный источник питания. И иногда резистор нужного сопротивления нельзя достать, в таком случае необходимо соединить определенным образом несколько других резисторов (как и в случае с конденсаторами из прошлой темы). Принципиально разных соединений существует два: последовательное и параллельное. Последовательное соединение осуществляется подключением резисторов друг за другом без разветвления проводника (рис. 1):