7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА.
ДИЭЛЕКТРИКИ.
7.1.1. Диэлектриками являются неионизованные газы, а также жидкости и твердые тела, характеризующиеся полностью заполненной электронами валентной зоной и полностью электронной на уровне зоны проводимости не происходит , то такие вещества ведут себя как изоляторы. При наличии такого возбуждения (в случае малой энергетичесой щели между зонами) вещества являются полупроводниками. Диэлектрики и полупровдники экспоненциально уменьшают его по свое обьемное сопротивление при повышении температуры.
А.с. 515 075: Способ определения обрыва жилы кабеля с изоляцией, сопротивление которой зависит от температуры зависит от температуры, например, жаростойкого кабеля с магнезиальной изоляцией, при котором воздействуют сигналом, выявляющим повреждения, на последовательные участки кабеля а о месте повреждения кабеля в момент подачи сигнала на дефектное место, отличающее тем что, с целью упрощения отыскания места об, на кабель воздействуют тепловым сигналом, например теплом от газо -воздушной горелки , а о месте повреждения судят по изменению сопротивления изоляции кабеля.
7.1.2.Если материал претерпевает те или иные певращения, его с о п р о т и в л е н и е э л е к т р и ч е ск о м у т о к у меняется.
А.с. N 414528: Способ определения относительной связанной поверхности волокон в листе бумаги путем измерения электросопротивления,отличающийся тем,что,с целью повышения точности и упрощения методики измерений, образец бумаги подвергают линейному деформированию в продольном направлении расположения волокон с одновременной регистрацией электросопротивления, после чего определяют отношение разности измерения электросопротивлений после и до деформирования образца бумаги.
Расплавы некоторых диэлектриков - поводники, в частности, хорошо пропускает ток расплавленное стекло.
7.1.3. В диэлектрике, помещенном в переменное электромагнитное поле , часть энергии поля переходит в тепловую. Эта доля пропорциональна т а н г е н с у у г л а д и э л е к т ри ч е с к и х п о т е р ь ( ).
Патент Австралии N 420764: Способ термического сращивания материалов. Предлагается усовершенствованный метод сращивания псредством диэлектрического нагрева термопластичных материалов, имеющих малые коэффициенты диэлектрических потерь (пропилен,полиплен и др.).При этом между наложенными друг на друга краями соединяемых внахлестку листов материала закладывается вставка, эффективно выделяющая тепло при воздействии электрического поля ВЧ, которое создается между электродами прижимающими сращиваемый участок.Тепловыделяющие вставки,имеющие форму прутка или квадратных пластинок, изготовляются из газоренированных полимеров (например полимеры и сополимеры хлористого винила)и располагается вдоль соединяемых краев листов.Тепло, выделяемое вставками под действием электрического поля ВЧ, нагревает и размегчает материал в зоне соединения, благодаря чему он при нажатии электродов обжимается вокруг вставки и сращивается в сплошную массу.
Все виды нагрева диэлектриков в электрических полях основаны именно на этом эффекте.
А.N 527407. Способ изготовления бетонополимерных изделий заключающийся в сушке бетонных элементов с вакуумированием, пропитke под давлением и последующей термокаталитеческой полимеризации,о т л и ч а ю щ и й тем , что, с целью равномерного прогрева изделия и сохранения продолжительности процесса термокаталитиую полимеризацию осуществляют или дополнительном воздействии электрического поля ВЧ в диапазоне 1-150 мгц
7.2. Д и э л е к т р и ч е с к а я п р о н и ц а е м о с т ь диэлектриков зависит от многих факторов . По ее изменению можно контролировать ход различных процессов в диэлектриках.
А.С N Способ контроля глубины полимеризации синтетических каучуков в процессе их растворной полимеризации,о т л и ч а ю щ е й с я тем, что, с целью обеспечения непрерывности контроля и упрощения методики анализа, измеряют диэлектрическую проникаемость раствора полимера и со степени изменения диэлектрической проницаемости о глубине полимеризаций продукта
А.С.N 497520: Способ определения времени пропитки п ористых материалов, заключающийся в погружении контролируемого образца торцом в контрольную жидкость и отсчета времени пропитки о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, образец материала помещают в датчик измерительной аппаратуры, например между обкладками конденсаторов, а время пропитки отсчитывают от момента начала до момента прекращения изменения электрических свойств образца.
7.2.1. Диэлектрические свойства вещества зависят от частоты. Один и тот же материал при воздействии на него поля низкой частоты -диэлектрик,поля высокой частоты - проводник.
При I мы имеем дело с диэлектриком, а при I - с проводником.( - удельная электрическая проницаемость - круговая частота.
7.3. П р о б о й д и э л е к т р и к о в. носит лбо тепловой, либо электрический - лавинный - характер.Механизм теплового пробоя - постепенный разогрев участка диэлектрика,падение его сопротивления и термическое разрушение материала.
А.С.N 218805: Способ электрораскроя материала,например,ткани, с помощью электрод а,выполненого по форме выкройки отличающийся тем,что, с целью ускорения технологического процесса раскроя повышения точности раскроя и сокращения отходов материала,раскрой поизводят расщиплением материала на ионы током высокого напряжения например 10 кв, проходящим через раскраиваемый материал между неподвижным электродом и другим электродом по линии электроповодной схемы,перемещаемым по другую сторону раскраеваемого материала.
7.4.Электромеханические эффекты в диэлектриках.
7.4.1.Общим электромеханическим эффектом для всех диэлектриков является э л е к т р о с т р и к ц и я . Она появляется в упругом (обратимом) превращении энергии тела в электрическое поле и для свободного тела сопровождается увеличением его размеров.
7.4.2. П ь е з о э л е к т р и ч е с к и й э ф ф е к т. (пьезоэффект) - это также электромеханический эффект, однако он наблюдается не во всех диэлектриках, а только в нецентросимметричных кристаллах. Причем, в отличии от электрострикции, пьезоэффект обратим Он может быть прямым и обр атным.
Прямой пьезоэффект проявляется в образовании зарядов на поверхности твердого тела под воздействием механических напряжений.
Лампу-вспышку зажигает удар. Польский изобретатель Тадеуш Косецкий предложил использовать пьезокристалл в качестве источника энергии для лампы-вспышки. Под действием быстрого сильного удара по кристаллу на нем возникает электрическое напряжение. По расчетам изобретателя, его вполне должно хватить для зажигания лампы. Никаких батарей для такого "блица" вообще не понадобится: всю необходимую для лампы энергию даст механический удар по кристаллу.
Патент ФРГN.1218216: Пьезоэлектрическое устройство для зажигания с кулачковым приводом, предназначенное для двигателей внутреннего сгорания, отличающееся тем,что кулачковый привод постоянно имеет кинетическое соединение, и периодически-динамическое соединение с известным пружинным аккумулятором и взаимодействует с ним. Пружинный аккумулятор соединен с подвижным концом пьезоэлектрического элемента.
7.4.3. Обратный пьезоэ ффект анологичен эффекту электрострикции однако, если при электрострикции деформации тела не зависит от знака электрического поля, для пьезоэффекта такая зависимость имеет место. Практически можно считать, что пьезоэффект отличен, а электрострикция является квадратичным эффектом.
Патент США N 3239283. Предлагается кострукция подшипника в котором трение уничтожается вибрацией.Втулки подшипника выполняются из пьезоэлектрического материала и с обеих сторон покрываются тонкой электропроводной фольгой. К фольге припаиваются тонкие электроды, по которым проводится переменный ток. А ток заставляет пьезоэлектрик сжиматься и раздаваться, создавая вибрацию, уничтожающую трение.
В некоторых случаях используются одновременно и пямой и обратный пьезоэффект, например, в пьезоэлектрических трансформаторах.
7.5. В некоторых кристаллах суммарный дипольный момент отличен от нуля даже в отсутсвие внешнего электрического поля. Такого рода кристаллы называют самопроизвольно или спонтанно поляризованными кристаллами. Друг ое название этих кристаллов п и р о э л е к т р и к и. Это название появилось потому, что пироэлектрики обнаруживают по возникновению заряда на их поверхности при нагревании или охлаждении. С помощью пироэлектриков можно измерять изменение температуры на 10 в минус 6-ой градуса.
АN.288356: Устройство для определения тепловых потоков содержащее термоэлементы, расположенные на гранях дополнительной стенки, перпендикулярных направлению потока иизмерительную схему,отличающуюся тем,что,с целью повышения точности и быстродействия, в нем термоэлементы выполнены в виде пироэлектрических датчиков температуры и включены в частотнозависимую цепь обратной связи измерительной схемы.
Пироэлектрический эффект обычно усложняется тем,что каждый пироэлектрический кристалл является одновременно и пьезоэлектриком. Поэтому неоднократное изменение температуры кристалла вызывает деформацию, а последняя породит "вторичную" поляризацию пьезоэлектрического происхождения, налагающуюся на "первичную" пироэлектр ическую поляризацию.
7.5.1. В пироэлектрических кристаллах может наблюдаться э л е к т р о к а л о р и ч е с к и й э ф ф е к т - изменение температуры пироэлектрика, вызванное изменением величины электрического поля (например,при внесении пироэлектрика в электрическое поле).
7.5.2. С е г н е т о э л е к т р и к и - частный случай пироэлектриков.
А.С.N 276449: sпособ детектирования в газовой хроматографии путем каталитического сжигания компонентов анализируемой смеси , отличающийся тем,что с целью увеличения чувствительности и непосредственного измерения производной концентрации анализируемого веществаво времени, сжигание производят на поверхности сегнетоэлектрика и измеряют возникающие при этом электрические заряды.
7.5.3. В сегнетоэлектриках также самопоизвольно возникает поляризация , но только в некотором интервале температур. Температура, при которой происходит исчезновение спонтанной поляризации, называется сегнетоэлектрической температурой Кюри. При температуре Кюри в сегнетоэлектриках наблю дается максимум диэлектрической проницаемости,а ее изменение вблизи этой температуры происходит скачками (сравнение с эффектами Гопкинса и Бархгаузена). Выше температуры Кюри сегнетоэлектрик переходит в п а р о э л е к т р и ч е с к о е с о с т о я н и е.
А.С.N 238185: Устройство для измерения расхода,скорости потока жидкости или газа , содержащее термочуствительный датчик с нагревательным элементом и схему измерения темперетуры, отличающуюся тем,что, с целью обеспечения работы в агресивных средах,повышения быстродействия и точности измерения,термочувствительный элемент датчика выполнен в виде термоконденсатора из сегнетоэлектрика,точка Кюри которого ниже рабочей температуры.
С е г н е т о э л е к т р и к и - это электрические аналоги форромагнетиков,которые ,как известно, самопроизвольно намагничиваются и имеют точку Кюри. Поэтому сегнетоэлектрики иногда называют ф е р р о э л е к т р и к а м и. Они отличаются большой диэлектрической проницаемостью, высоким пьезоэффектом наличием петли диэлектрического гисерезиса, интересными электрооптическими свойствами.
А.С.N 262405: sканирующее устройство оптического диапазона,содержащее зонную пьезоэлектрическую пластину, с системой электродов,на которую подано отклоняющее напряжение ,и коллимирующее устройство отличающееся тем,что, с целью уменьшения необходимого отклоняющего напряжения и оптических потерь, зонная пластина изготовлена из сегнето-электриков моноклинной системы, у которых пьезоэффекты по взаимно перпендикулярным направлениям различны а зоны френеля нанесены на поверхность пластины в виде чередующихся отражающих и неотражающихся покрытий в форме элипсов, главные оси которых ориентированы вдоль направления пьезоэффектов пластины.
7.5.4. Кроме сегнетоэлектриков, которые можно расматривать как совокупность паралельно ориентированных диполей,есть вещества с антипаралельным расположением диполей. Их называют а н т и с е г н е т о э л е к т р и к а м и .
При наложении достаточно сильного электрического поля антисегнетоэлектрики могут перейти в сегнето электрическое состояние При таком "вынужденом" фазовом переходе в сильном переменном поле наблюдаются двойные петли гистерезиса. Kритическое поле, при котором в антисегнетоэлектриках возникает сегнетоэлектрическая фаза,уменьшается при увеличении температуры. В некоторых случаях с ростом температуры наблюдаются переходы из сегнетоэлектрического состояния в антисегнетоэлектрическое, а затем в пароэлектрическое.
7.5.5. С е г н е т о ф е р р о м а г н е т и к и - это сегнетоэлектрики, в которых наблюдается упорядочение магнитных моментов. В них могут существовать различные виды электрического и магнитного упорядочения: сегнетоэлектричество или антисегнетоэлектричество с ферромагнитизмом , антиферромагнетизмом или ферромагнетизмом.
7.5.6. Сегнетоэлектрические и ферромагнитные точки Кюри у таких веществ не совпадают. Но в сегнетоэлектрической точке Кюри наблюдается аномалия магнитных свойств, а в магнитной аномалия диэлектрических.Кроме того, при наложении магнитного (электрического) поля наблюдаетс я изменение электрической (магнитной)проницаемости- магнито э л е к т р и ч е с к и й э ф ф е к т .
7.6. Влияние электрического поля и механических напряжений на сегнетоэлектрический эффект
7.6.1.Наложение электрического поля вдоль полярной оси увеличивает устойчивость сегнетоэлектрического состояния, расширяет область температур,в которой существует спонтанная поляризация. В антисенгетоэлектриках в сильных электрических полях температура Кюри понижается.
Некоторые сигнетоэлектрики выше точки Кюри обладают пьезоэффектом.Приложение к таким веществам в параэлектрической фазе механического напряжения по эффекту эквивалентно приложого напряжения.
А.N 415617: 1 Способ измерения напряженности электрического поля путем изменения диэлектрической проницаемости сегнетоконденсатора,помещенное в
иследуемое поле,отличающееся тем,что с целью повышения доводят до точки Кюри,стабилизируют ее вблизи этой точки, периодически деформируя тело сегнетоконденсатора, перемещают точку Кюри и выделяют электрический сигн ал, имеющий частоту механических деформаций, по которому судят о напряженности измеряемого электрического поля.
2 Способ по п.1, отличающийся тем, что, периодическую деформацию тела сегнетоконденсатора производят при помощи ультразвукового аккустического поля.
3 Способ по п.1 отличающийся тем,ч деформацию тела сегнетоконденсатора производят при помощи знакопеременного электрического поля.
- В водородосодержащих сегнетоэлектриках наложение гидростатического давления повышает температуру Кюри.
7.6.2. eсли в сегнетоэлектрике наблюдаются низкотемпературные переходы, на кривых температурных зависимостей диэлектрических свойств обычно наблюдаются а н о м а л и и , соответствующие этим переходам. Антисегнетоэлектрический фазовый переход сопровождается аномалией теплоемкости ирконата свинца -400 ккал/моль); может наблюдаться аномальное изменение объема и коэффициента теплового расширения.
7.6.3. pри нагреве сегнетоэлектрического кристалла происходит уменьшение спонтанной поляризации,что эквивалентно по явлению пироэлектрического заряда на поверхности кристалла.
Патент Великобритании N 1335955: Электрическое измерение давления Датчик давления состоит из тела,выполненого из пироэлектрического вещества ,диэлектрическая постоянная которого зависит приложенного давления,при этом температура измерительного тела стабилизируется подачей переменного напряжения на пироэлектрический элемент, имеющий тепловую связь с измерительным телом.
Новый тип сегнетоэлектрического полинейного элемента тактандел-температурно автостабилизированный диэлектрический нелинейный элемент сам стабилизирует свою температуру вблизи точки Кюри.
На возрастание электросопротивления в области температуры Кюри основаны сегнетоэлектрические термосопротивления с продолжительным температурным коэффициентом (ТКС- +60%/градус) -позисторы.
7.7. Э л е к т р е т ы - электрические аналоги поэтапных магнитов Они длительно сохраняют наэлектризованное состояние и создают вокруг себя электрическое поле. Электреты получаются либо охлажденио нагрето го диэлектрика (воска,церезина,нейлона ит.д.) в сильном электрическом поле , либо освещением (или радиоактивным облучением) фотопроводящих диэлектриков, также в сильном поле. Применение электретов связано в основном с наличием у них постоянного электрического поля.
А.С.N 115132 Индивидуальный дозиметр радиоактивного излучения и другого проникающего излучения, состоящий из приемника излучения и измерительного пибора, отличающийся тем ,что с целью возможности определения суммарной дозы излучения за требуемый помежуток времени, его приемник выполнен в виде электрета,заключенного в герметический корпус, содержащий газ,например ,воздух. Здесь излучение ионизирует газ, ионы которого разряжают электрет.
Л И Т Е Р А Т У Р А. Е.С. Кухаркин. Основы инженерной электрофизики, т1,2.м.,Высшая школа 1989г. Е.Е. Зибельрман. Электричество и магнетизм. М.,"Наука", 1970г. К 7.1. Таблицы физических величин.М., "Атомиздат",1976, стр.320 Патент Франции 2005067 К 7.2 Патент США 3586971. К 7.4. В.В.Лаврженк о. Пьезоэлектрические трансформаторы. М., Энергия.,1975, А.С.517790, 504940; Патент США 3557616, 3558795 К 7.5. Г.А.Смоленский, Н.Н. Крайник. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики М.,"Наука",1968. Физический энциклопедический словарь т4,стр.11-12.

8. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА.
8.1. Всякое вещество является магнетиком, т.е. способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). По величине и направлению этого момента, а также по причинам, его породившим, все вещества делятся на группы. Основные из них - диа и парамагнетики.
8.1.1. Молекулы д и а м а г н е т и к а собственного магнитного момента не имеют. Он возникает у них только под действием внешнего магнитного поля и направлен против него. Таким образом результирующее магнитное поле в диамагнетике меньше, чем внешнее поле, правда, на очень малую величину. Это приводит к тому, что при перемещении диамагнетика в неоднороное магнитное поле он стремится сместиться в ту область, где напряжение магнитного поля меньше.
Патент США 3 611 815: Гироскопическая система, практически свободная от трения, содержит цилиндрический ротор, концы которого окружены парой кольцевых постоянных магнитов. На каждом конце ротора установлена вставка из диамагнитного материала, вза имодействующая с соответствующим постоянным магнитом так, что создаются отталкивающие магнитные силы, которые удерживают ротор в состоянии, характеризующимся отсутствием физического контакта ротора с магнитом: ротор "всплывает" в магнитном поле практически без трения.
8.1.2. Молекулы (или атомы) парамагнетика имеют собственные магнитные моменты, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающе внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле.
Так, например, жидкий кислород - парамагнетик, он притягивается к магниту.
Магнитная проницаемость конкретного вещества зависит от многих факторов: напряженности магнитного поля, формы рассматриваемого поля (так как конечные размеры любого магнетика приводят к появлению встречного поля, уменьшающего первоначальное), температуры, частоты изменения магнитного поля, наличия дефектов структуры и т.д.
Патент Великобритании 1 343 270: Способ измерения температуры, например, стальных пластин, окрашенных виниловыми красителями. Температура пластин определяется по изменениям их магнитной проницаемости и проводимости, которые воспринимаются индуктивным зондам, подключенным к генератору.
А.с. 550 572: Способ структуроскопии ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что контролируемое изделие подвергают взаимодействию с электроиндуктивным преобразователем магнитной проницаемости в электрические сигналы, по которым судят о результатах контроля, отличающийся тем, что с целью повышения достоверности определения усталостных изменений в структуре материала изделия, поверхность последнего сканируют преобразователем по
заданной функции относительно места концентрации механических напряжений, регистрируют экстремумы относительного значения магнитной проницаемости и по их распределению судят об усталостных изменениях в структуре материала.
А.с. 438 922: Способ неразрушающего контроля физико-химических процессов в структурированных упруго-вязкопластичных системах, основанный на изменении магнитной во спримчивости, отличающийся тем, что с целью повышения точности определения нормальной густоты водных растворов вяжущих веществ, изменяют во времени изменения удельной магнитной воспримчивости и по максимальному значению ее судят о готовности продукта.
Существует ряд веществ, в которых квантовые эффекты межатомных взаимодействий приводят к появлению специфических магнитных свойств.
8.1.3. Наиболее интересное свойство - ферромагнетизм. Оно характерно для группы веществ в твердом кристаллическом состоянии (ферромагнетиков), характеризующихся параллельной ориентацией магнитных моментов атомных носителей магнетизма.
Параллельная ориентация магнитных моментов существует в довольно больших участках вещества - доменах. Суммарные магнитные моменты отдельных доменов имеют очень большую величину, однако сами доменты обычно ориентированы в веществе хаотично. При наложении магнитного поля происходит ориентация доменов, что приводит к возникновению суммарного магнитного момента у всего обьема ферромагнетика, и, ка к следствие, к его наманичиванию.
А.с. 540 299: Постоянный магнит, содержащий одноименные частицы, отличающийся тем, что с целью повышения коэрицитивной силы, в качестве доменов использованы отрезки литого микропровода в стеклянной изоляции, каждый из которых содержит один микрокристал.
Естественно, что ферромагнетики, как и парамагнетики, перемещаются в ту точку поля, где напряженность максимальная (втягиваются в магнитное поле). Из-за большой величины магнитной проницаемости сила, действующая на них, гораздо больше.
А.с. 512 224: 1- Способ склеивания ферромагнитных материалов, включающий операцию нанесения клея на склеиваемые поверхности, соединение поверхностей, полного отвердения клея, отличающийся тем, что с целью уничтожения прочности склеивания, в период открытой выдержки раздельно проводят обработку каждой из двух склеиваемых поверхностей с нанесенным на них слоя клея постоянными магнитными полями противоположной полярности с напряженностью от 500 до 700 эротед.
2- Способ по п.1, отличающи йся тем, что в период отверждения на клеевой шов воздействуют магнитным полем, совпадающим по направлению с полем остаточного магнетизма.
А.с. 185 003: Способ обработки внутренних поверхностей труб, включающий операции по введению внутрь трубы абразива ввиде мелкозернистого или порошкобразного вещества высокой твердости, перемещения этого абразива относительно внутренней поверхности трубы при их взаимном контакте и последующего извлечения из трубы полученного порошкообразного продукта, отличающийся тем, что с целью улучшения качества обработки трубы и для ее нагрева, феромагнитный абразив после его введения внутрь трубы подвергается воздействию вращающегося электромагнитного поля, созданного вокруг трубы.
Здесь используется эффект втягивания ферромагнетика в то место поля, где магнитные силовые линии "гуще"; так как поле вращается, то вращаются и частицы.
8.1.3.1. Существование доменов в ферромагнетиках возможны только ниже определенной температуры (ТОЧКА КЮРИ). Выше точки Кюри тепловое дви жение нарушает упорядоченную структуру доменов и ферромагнетик становится обычным парамагнетиком.
Патент ФРГ 1 243 791: Термолюминисцентный дозиметр, содержащий дозиметрический элемент, заключенный в герметизированную прозрачную камеру и снабженный носителем люминисцентного материала, нагреваемый индукционным путем, отличающийся тем, что носитель содержит ферромагнитный материал, точка Кюри которого, характеризующие фазовый переход второго рода, соответствуют определенной максимальной температуре.
Диапазон температур Кюри для ферромагнетиков очень широк: у радолиния температура Кюри 20 C, для читого железа - 1043 К. Практически всегда можно подобрать вещество с нужной температурой Кюри.
А.с. 266 029: Магнитная муфта скольжения, содержащая корпус и многополюсный ротор с постоянными магнитами, отличающаяся тем, что с целью автоматического включения муфты при заданной температуре, она снабжена шунтами, установленными между полюсами ротора и выполненного из термореактивного материала, имеющего характерис тику магнитной проницаемости с точкой Кюри, соответствующей заданной температуре, а корпус и ротор изготовлены из материала сточкой Кюри, соответствующей температуре выше заданной.
При понижении температуры все парамагнетики, кроме тех у которых парамагнетизм обусловлен электронами проводимости, переходят либо в ферромагнитное, либо в антиферромагнитное состояние.
8.1.4. У некоторых веществ (хром, марганец) собственные магнитные моменты электронов ориентированы антипараллельно (навстречу) друг другу. Такая ориентация охватывает соседние атомы и их магнитные моменты компенсируют друг друга. В результате антиферромагнетики обладают крайне малой магнитной воспримчивостью и ведут себя как очень слабые парамагнетики.
8.1.4.1. Для антиферромагнетиков также существует температура, при которой антипараллельная ориентация спинов исчезает. Эта температура называется антиферромагнитной точкой Кюри или точкой Нееля.
У некоторых ферромагнетиков (эрбин, диоброзин, сплавов марганца и меди) таких температур две ( верхняя и нижняя точка Нееля), причем антиферромагнитные свойства наблюдаются только при промежуточных температурах. Выше верхней точки вещество ведет себя как парамагнетик, а при температурах меньших нижней точки Нееля, становится ферромагнетиком.
8.1.5. Необратимое изменение намагниченности ферромагнитного образца, находящегося в слабом постоянном магнитном поле, при циклическом изменении температуры называется температурным магнитным гистерезисом. Наблюдается два вида гистерезиса, вызванных изменением доменой и кристаллической структуры. Во втором случае точка Кюри при нагреве лежит выше, чем при охлаждении.
А.с. 467 314: Способ записи оптических изображений на ферромагнитную пленку, заключающийся в ее экспонировании, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса записи путем исключения операции по намагничиванию пленки, экспонирование пленки осуществляют в интервале от температуры Кюри при нагреве до температуры Кюри при охлаждении.
А.с. 515 169: Способ сборки ферритовых постоянных магнитов в систему с предварительным намагничиванием каждого магнита, отличающийся тем, что с целью исключения потери намагниченности при сборке, перед операцией намагничивания каждый постоянный магнит нагревают до температуры, при которой кривые возврата совпадают с кривой размагничивания.
8.1.6. Ферримагнетизм - (или антиферромагнетизм нескомпенсированный) совокупность магнитных свойств веществ (ферромагнетиков) в твердом состоянии, обусловленных наличием внутри тела межэлектронного обменного взаимодействия, стремящегося создать антипараллельную ориентацию соседних атомных магнитных моментов. В отличии от антиферромагнетиков, соседние противоположно направленные магнитные моменты в силу каких-либо причин не полностью компенсируют друг друга. Поведение ферромагнетика во внешнем поле во многом аналогично ферромагнетику, но температурная зависимость свойств имеет иной вид: иногда существует точка компенсации суммарного магнитного момента при температуре ниже точки Нееля. По электрическим свойствам ферромагнетикид и э ле к т р и к и или полупроводники.
8.1.7. Суперпарамагнетизм - квазипарамагнитное поведение систем состоящих совокупности экстремально малых ферро или феримагнитных частиц. Частицы этих веществ при определенно малых размерах переходят в однодоменное состояние с однородной самопроизвольной намагниченностью по всему обьему частицы. Совокупность таких веществ ведет себя по отношению к воздействию внешнего магнитного поля и температуры подобно парамагнитному газу (сплавы меди с кобальтом, тонкие порошки никеля и т.д.)
Очень малые частицы антиферрмагнетиков также обладают особыми свойствами, похожими на суперпарамагнетизм, посколько в них происходит нарушение полной компенсации магнитных моментов. Аналогичными свойствами обладают и тонкие ферромагнитные пленки.
Супермагнетизм применяется в тонких структурных исследованиях, в методах неразрушающего определения размеров, форм, количества и состава магнитной фазы и т.п.
8.1.8. Пьезомагнетики - вещества, у которых при наложении упругих напряжений возникает спонтанный магнитный эффект, пропорциональный первой степени величины напряжений. Этот эффект весьма мал и легче всего его обнаружить в антиферромагнетиках.
8.1.9. Магнитоэлектрики - вещества, у которых при помещении их в электрическое поле возникает магнитный момент, пропорциональный значению поля.
8.2. Магнитокалорический эффект - изменение температуры магнетика при его намагничивании. Для парамагнетика увеличение поля приводит к увеличению температуры. что используется для получения сверхнизких температур методом адиабатического размагничивания парамагнитных солей.
8.3. Изменение размеров тела, вызванное изменениями его намагниченности, называют - магнитострикцией (обьемной или линейной).Величина эффекта для обьемной магнитострикции -3.10 в минус пятой степени, а для линейной - 10 в минус четвертой степени.
А.с. 517 927: Устройство для юстировки блока магнитных головок, содержащее рычаг с закрепленными на его конце указанными блоками и источник напряжения, под воздействием потенциалов которого осуществляется перемещение рычага, отличающееся тем, что с целью повышения точности юстировки в направлении, перпендикулярном поверхности рабочего слоя магнитного носителя, оно снабжено пружиной, скрепленной с другим концом рычага, фиксирующем его положение зажимом, и соленоидом, при этом рычаг выполнен в виде магнитострикционного стержня и помещен своей средней частью в полости соленоида.
Этот эффект сильно зависит от соотношения в сплаве и от температуры.
Необычное применение эффекта для нагрева:
А.с. 550 771: Установка для индукционного нагрева текучих сред содержащая массивный сердечник с продольными каналами для прохождения среды и обхватывающее его коаксиально установленныеизоляционную трубку и индуктор, подключенный к источнику переменного тока, отличающаяся тем, что с целью интенсификации нагрева путем информации кристаллической решетки материала сердечника,а индуктор дополнительно подключен к источнику постоянного тока.
8.3.1. Т е р м о с т р и к ц и я - магнитострикционная деформация фер ро и антиферромагнитных тел при нагревании их в отсутствии магнитного тела. Эта деформация сопутствует изменению самопроизвольнойнамагниченности с нагревом. Она особенно велика в близи точек Кюри и Нееля, т.к. здесь особенно сильно изменяется намагниченность.
Наложение термострикции на обычное тепловое расширение приводит к аномалии в ходе теплового расширения. В некоторых феромагнитах и антиферромагнитах эти аномалии очень велики.
8.4. Магнитоэлектрический эффект - явление намагничивания ряда веществ в антиферромагнитном состоянии электрическим полем и их электрически поляризация магнитным полем. (Открытие N'123). Этот эффект обусловлен специфическойсимметрией расположения магнитных моментов в кристаллической решетке вещества.
Этот эффект позволяет получать сведения о магнитной структуре веществ без сложных нейтронографических последствий и применяется в волноводных устройствах СВЧ.
8.5. В основе гиромагнитных или магнитомеханических явлений лежит вращение электрона вокруг ядра. Суть этих явлений заключается в том, что намагничение магнетика приводят к его вращению (Эффект Энштейна и де Хаасе), и наоборот вращение магнетика вызывает его намагничивание.
Патент США 3 322 364: Способ компенсации влияния гиромагнитного эффекта при угловом перемещении магнитометров результирующего поля, находящегося на самолете, и прибор для его осуществления обеспечивает компенсацию влияния гиромагнитного эффекта на магнитометр результирующего поля который имеет отсчитывающую обмотку. Гиромагнитный эффект возникает в результате углового перемещения относительно данного направления, совершаемого самолетом, на котором находится магнитометр. Вырабатывается электрический сигнал, величина котрого пропорциональна угловой скорости самолета относительно данного направления. В отсчеты магнитометра вводится пропорциональная этому сигналу коррекция, которая учитывает также угол между указанным выше направлением силовых линий измеряемого поля.
8.6. Магнитоэустические эфекты - (магнитоупругие взаимодействия) в феритах-гранатах в озникают в результате взаимодействия между спинами магнитных ионов и упругими колебаниями решетки, т.е. в результате тех же взаимодействий, что и магнитострикционные эффекты.
А.с. 528 497: Волоконный звукопровод, состоящий из волокон звукопроводящего материала, собранных по концам в жгут, отличающийся тем, что с целью увеличения стабильности эксплуатационных характеристик волокна выполнены из ферромагнитного материала и намагничены на требуемом участке звукопровода по всему его сечению в одном направлении.
А.с. 482 634: Способ измерения частоты механических колебаний обьекта основанный на совпадении составляющей вибрации с частотой собственных колебаний одного из несколько упругих элементов, жестко связанный с обьектом, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, жесткость упругого элемента изменяют магнитным полем с симметричной магнитодвижущей силой напряженность которого изменяется пилообразным током, и по величине тока в момент резонанса определяют частоту механических колебаний обье кта.
8.7. Ферромагнитный резонанс - электронный магнитный резонанс в ферромагнетиках - совокупность явлений, связанных с избирательным поглощением ферромагнитиками энергии электромагнитного поля при частотах совпадающих с собственными частотами процессии магнитных моментов электронной системы во внутреннем эффективном магнитном поле. (Поглощение на несколько порядков больше, чем в ВПР).
А.с. 284 161: Способ измерения многновенного значения тока путем сравнивания с постоянным током, отличающийся тем, что с целью увеличения быстродействия и точности измерения, ферритовый элемент выводят из режима ферромагнитного резонанса помещая его в магнитное поле измеряемого постоянным током, возвращают его в режим феррорезонанса, изменяя постоянный ток, и по величине постоянного тока судят о мгновенном значении измеряемого параметра.
8.8. Вблизи точек Кюри и Нееля у магнетиков наблюдается сильные аномалии в изменении различных свойств при изменении температуры. Для ферромагнитиков это - эффекты Гопкинса (возрастан ие магнитной восприимчивости вблизи точки Кюри и Баркгаузена) ступенчатый ход кривой намагниченности образца вблизи температуры Кюри при изменении температуры, упругих напряжений или внешнего магнитного поля.
А.с. 425 142: Способ измерения максимальной дифференциальной магнитной проницаемости в ферромагнитных материалах, основанный на подсчете числа скачков Баркгаузена на восходящей ветви петли гистеризиса, отличающийся тем, что с целью повышения точности и упрощения процесса измерения, уменьшают напряженность магнитного поля до величины, при которой чило скачков Баркгаузена на нисходящей ветви петли гистеризиса станет равным половине общего числа скачков, при этом значении уменьшают напряженность магнитного поля на заданную величину и измеряют приращение индукции, по величине которой определяют максимальную дифференциальную магнитную проницаемость.
Кроме того, вблизи точки Кюри наблюдается ферромагнитная аномалия теплоемкости. Это дает возможность определять температуру Кюри и отсутствии магнитного пол я.
Близкие эффекты наблюдаются и в антиферомагнитиках.
Л И Т Е Р А Т У Р А
Г.С.Кринчик, Физика магнитных явлений. М., изд-во МГУ 1976. К 8.1. "Наука и жизнь", N'4 стр.44 Физический энцеклопедический словарь, т.5, стр.83, 305-309. А.с.515021, 239633, 449292, 426183, 504103,466574, Патент США 3797224. К 8.3. А.с.541530, 541561.

9.КОНТАКТНЫЕ,ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭМИССИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ.
9.1.При контакте двух разных металлов один из них заряжается положительно, другой - отрицательно и между ними возникает разность потенциалов, называемая к о н т а к т н о й. Она не очень мала - от десятых долей вольта до нескольких вольт и зависит только от химического состава и температуры контактирующих тел "(Закон Вольта)"
А.С.N 508550: Способ контроля качества спекания агломерационной шихты путем изменения электрических характеристик спекаемого материала,отличающийся тем,что с целью повышения быстродействия непрерывности контроля качества ,исключения влияния влажности исходной шихты, измеряют абсолютное значение электрического напряжения (ЭДС) между корпусом спекаемого агрегата и спеченным материалом и сравнивают эту величину с абсолютной величиной электрического напряжения (ЭДС),полученной при спекании материала с эталонными характеристиками.
А.С.N 255620 Способ определения усталостной прочности металла заключающийся в том,что образец из иследуемого металла нагружает его до разрушения и по числу циклов нагружения до разрушения судят об усталостной прочности металла,отличающ с целью определения накопления усталостных повреждений в металле также в процессе его нагружения ;измеряют величину работы выхода электрона с его поверхности например, методом контактной разности потенциалов, по которой судят о накоплении усталостных повреждений в металле.
Контактная разность потенциалов возникает не только между двумя металлами, но и между двумя полупроводниками полупроводником и металлом,двумя диэлектриками и т.д., причем соприкасающие тела могут не только твердыми , но и жидкими.
9.1.1 В основе т р и б о э л е к т р и ч е с т в а (электризации тел при трении) также лежат контактные явления.Причем знаки зарядов , возникающих при трении двух тел , определяются их составом,плотностью,диэлектрической проницаемостью,состоянием поверхности и т.д. Трибоэлектричество возникает при просеивании порошков, разбрызгивании жидкостей,трении газов о по верхности тел и в других подобных случаях.
А.С.N 224151 Способ испытания органических жидкостей на электролизацию например нефтепродуктов, путем создания в них трением электростатического потенциала,отличающийся тем,что с целью одновременного определения скорости образования и скорости утечки возникающих зарядов,образование зарядов происходит путем вращения твердого тела,помещенного в иследуемую жидкость.
Другой интересный пример - электростатический коатулятор. Он педназначен для очистки воздуха в штреках. Вентилятор гонит по трубе запыленный воздух . Труба разделяется на два рукова один из фторопласта, другой- из оргстекла. Пылинки антрацита трущиеся о стенки , заряжаются поразному: на фторопласте положительно,на оргстекле отрицательно.Потом рукова сходятся в общую камеру,где размноженные частицы антрацита притягива, сливаются и па.
9.1.2. При контакте металла с проводником наблюдается в е н т и л ь н ы й эффект. Контктный слой на границе металла и полупроводника обладает односторонней проводимость ю, что используется,например, для выпрямления переменного тока в точечных диодах. При кополу проводников разных типов проводимости образуется р-п п е р е х о д, также обладающий вентильными свойствами. Это явление используется во многих типах полупроводниковых приборов.
9.2. В металлах полупроводниках процессы переноса зарядов (электрический ток) и энергии взаимосвязаны,так как осуществляются посредством перемещения подвижных носителей тока электронов проводимости и дырок. Эта взаимосвязь обуславливает ряд явлений (Зеебека,Пельтье, и Томсона),которые называют т е р м о э л е к т р и ч е с к и м и явлениями.
9.2.1. Эффект Зеебека состоит в том,что в замкнутой электрической цепи из разнородных металлов возникает т е р м о э.д.с. если места контактов поддерживаются при разных температурах. Эта ЭДС зависит только от температуры и от природы материалов, составляющих термоэлемент. Термо э.д.с. для пар металлов может достигать 50 мкВ/градус; в случае полупроводниковых материалов величина термо э д с выше (10 в о 2-ой + 10 в 3-ей мкВ/градус).
А.С. N 263969: Электротермический способ дефектоскопии заключающийся в том,что контролируемую зону нагревают пропуская через нее в течение определенного времени постоянный по величине электрический ток,измеряютпри помощи термопары-датчика температуры ее нагрева и судят о наличии дефекта по отклонению этой температуры от температуры нагрева бездефектной зоны сварного соединения, отличающийся тем , что с целью контроля зоны сварного соединения двух разных металлов, например, контактных узлов радиодеталей, в качестве термопары-датчика используют термопару, образованную соединенными металлами.
Для проверки качества сварного шва снимают распределение термоэлектрического потенциала поперек шва . Пики и впадины на кривых распределения говорят о неоднородности шва, а их величина - о степени неоднородности. Быстро и наглядно.
Если в разрыв одной из ветвей термоэлемента включить последовательно любое число проводников любого состава,все спаи (контакты) которых поддерживаются при одной и тойже температуре, то термо э.д.с. в такой системе будет равна термоэдс исходного элемента.
А.С. N 531042: Термопара, содержащая защитный чехол,термоэлектроды с электрической изоляцией, рабочие концы которых снабжены снабжены токопроводящей перемычкой ,образующей измерительный спай,отличающийсятем,что с целью увеличения срока службы термопары в условиях повышенной вибрации и больших скоростей нагрева, измерительный спай термопары выполнен в виде слоя порошкообразного металла ,расположенного на дне защитного чехла.
При измерении физического состояния веществ , участвующих в контакте изменяется и величина термо э.д.с.
А.С.N 423024:Способ распознавания систем с ограниченной и неограниченной взаимной растворимостью компонентов по температурной зависимости термо э.д.с.,отличающейся тем,что с целью повышения надежности распознавания измеряют термо э.д.с. контакта двух исследуемых образцов
Между металлом , сжатым всесторонем давлением, и темже металлом, находящемся при нрмальном давлении тоже воз никает термо э.д.с.
Например , для железа при температуре 100 градусов С и давлении 12 кбар,термоэдс равна 12,8 мкВ .При насыщении металла или сплава в магнитном поле относитель тогоже вещества без магнитного поля возникает термоэдс порядка 09мкВ/градус
9.2.2 Эффект П е л ь т ь е обратен эффекту Зеебека.
При прохожд тока через спай различных металлов кроме джоудева тепла доплнительно выделяется или поглощается, в зависимости от направления тока,некоторое колличество тепловых (спай сурьма-висьмут при 20градусах С -10,7мкал/Кулон).При этом колличество теплоты пропорционально первой степени тока.
Патент США N 3757151: Для увеличения отношение сигнал шум ФЭУ предлогается способ охлаждения фотокатодов термоэлектрическими элементами,расположенными внутри вакуумной оболочки ФЭУ.
Заявка ФРГ N 1297902: Холодильник устройства для отбора газа, в котором отвод конденсата составляет одно целое с холодильником. На внутренней стороне полого конуса закреплены холодные спаи элементов Пельтье и от него ответвляе тся трубопровод для отбора измерительнонго газа. Холодильник,отличается тем,что в качестве генератора тока,потребляемыми элементами Пельтье,предусмотрена батарея термоэлементов,горячие спаи которых находятся в канале дымовых газов,а холодные спаи - во внешнем пространстве.
9.2.3. Явлением Томсона называют выделение или поглощение теплоты,избыточнойнад джоулевой,при прохождении тока по неравномерно нагретому однородному проводнику или полупроводнику.
9.3. При контакте тел с вакуумом или газами наблюдается электронная эмиссия - выпускание электронов телами под влиянием внешних воздействий: нагревания (теплоэлектронная эмиссия) потока фотонов (фотоэмиссия),потока электронов (вторичная эмиссия),потока ионов,сильного электрического поля (автоэлектронная или холодная эмиссия),механических или других "портящих структуру" воздействий (акзоэлектронная эмиссия)
Во всех видах эмиссий , кроме автоэлектронной, роль внешних воздействий сводится к увеличению энергетии части электронов или отдельных электр онов тела до значения,позволяющего им преодолеть потенциальный порог на границе тела с последующим выходом и вакуум или другую среду.
А.С.N 226040:Способ контроля глубины нарушенного поверхностного слоя полупроводниковых пластин, отличающихся тем,что с целью обеспечения возможности автоматизации и упрощения поцесса контроля,пластину нагревают до температуры ,соответствующей максимуму э к з о э л е к т р о н н о й э м и с с и , которую контролируют одним из известных способов , а по положению пика эмиссии определяют глубину нарушенного слоя.
А.С.N 513460: Э л е к т р о н н а я т у р б и н а, содержащая помещенные в вкуумный баллон катод и анод и размещенный между ними ротор с лопастями, отличающийся тем, что с целью увеличения крутящегося моментана валу турбины ее ротор вполнен ввиде набора соосных цилиндров с лпастями, между цилиндрами роторов установлены неподвижные направляющие лопатки имеют покрытие, обеспечивающее вторичную электронную эмиссию, например, сурьмяно-цезиевое.
9.3.1. В случае автоэле ктронной эмиссии внешнее электрическое поле превращают потенциалный порог на границе тела в барьер конечной ширины и уменьшает его высоту относительно высоты первоначального порога,вследствии чего становиться возможным квантовомеханическое тунелирование электронов сквозь барьер. При этом эмиссия происходит без затраты энергии электрическим полем.
А.С. N 488268: Способ измерения обьемной концентрации углеводородов в вакуумных системах путем термического разложения углеводородов на нагретом острийном автокатоде и регистрации времени накопления пиролетического углерода до одной из эталонных концентраций,отличающихся тем,что с целью повышения точности измерения время накопления углерода регистрируют по изменению значения автоэлектронного тока.
9.3.2. Наличие на поверхности металла тонких диэлектрических пленок в сильныь полях не мешает походу электронов через потенциальный барьер.Это явление называется э фф е к т о м М о л ь т е р а .
А.С. N.119712: Электронно-лучевая запоминающая трубка с экранными сетк ами, отличающаяся тем,что с целью хранения записи неограничено долгое время одна из экранных сеток,служащая потенциалоносителем, изготовлена из металлов , излучающих вторично-электронную эмиссию,покрытых пленкой диаэлектрика и обладающих эффектом.
9.3.3. Туннелирование электронов по потенциальным барьерам широко используется в специальных полупроводниковых приборах туннельных диодах. На высоту тунельного барьера можно влиять не только электрическим полем, но и другими воздействиями
Патент Франции N 2189746: Устройство пзволяющее обнаруживать магнитные домены с внутренним диаметром не более 1 мк, основано на определении изменения уровня Ферми иследуемого электрода по изменению высоты туннельного барьера и по его воздействию на величину сопротивления,туннельного пере. Устройство применимо в магнитных долговременных и оперативных запоминающих устройствах.
А.С.N 286274: Устройство для измерения контактного давления ленты на магнитную головку,содержащее упругие элементы и датчики, отличающиеся тем,что с ц елью осуществления одновременно интегрального и дискретного измерения указанного давления , устройство измерения выполнено в виде полуцилиндра, состоящего из упругих элементов, образующих на корпусе магнитной головки, при этом другой край полуцилиндра выполнен свободным , а под каждой полосой гребенки установлен датчик,например, с туннельным эффектом.
Г.Е.Зильберман. Электричество и магнетизм.М.,"НАУКА",1970 К.9.1 "Юный техник",N.3 стр.17,1976, А.С.484896,461343 К 9.2. А.С.464183 патент ФРГ 1295100 К 9.3. Таблица физических величин. М.,"Атомиздат", 1976,стр.444

10. ГАЛЬВАНО И ТЕРМОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ.
10.1. Гальваномагнитные явления - это совокупность явлений, возникающих под действием магнитного поля в проводимых проводимых, по которым протекает электрический ток. При этом:
10.1.1. В направлении перпендикулярном направлениям магнитного поля и направлению тока, возникает электрическое поле (эффект Эолла).
Коэффицент Холла может быть положительным и отрицательным и даже менять знак с изменением температуры. Для большинства металлов наблюдается почти полная независимость коэффициента Холла от температуры. Резко аномальным эффектом Холла обладает висмут, мышьяк и сурьма. В ферромагнетиках наблюдается особый, ферромагнитный эффект Холла. Коэффициент Холла достигает максимума в точкке Кюри, а затем снижается.
А.с. 272 426: Способ измерения магнитной индукции в образце из магнитотвердого материала путем помещения испытуемого образца во внешнее магнитное поле, отличающийся тем, что с целью повышения точности и сокращении времени измерения через поперечное сеч ение образца пропускают электрический ток и измеряют Э.Д.С. Холла на его основных гранях, по которой судят об искомой величине.
А.с. 2 836 399: Устройство для измерения среднего индикаторного давления в цилиндрах поршневых машин, содержащее датчик, преобразующий давление и электрический сигнал, датчик положения поршня, усилитель, электронный вычислительный блок и указатель, отличающийся тем, что сцелью упрощения конструкции, в качестве датчика положения поршня и множительного элемента вычислительного блока, использован датчик Холла, магнитная система которого жестко связана с коленчатым валом двигателя, а активный элемент соединен через усилитель с выходом датчика давления, при этом выход датчика Холла через интегратор подключенк указателю.
10.1.2. В направлении перпендикулярном к направлению магнитногополя и направлению тока возникает температурный градиент (разность температур) эффект Эттингсгаузена.
А.с. 182 778: Низкотемпературное устройство на основе эффектов Пельтье и Эттингкгаузена, отличающий ся тем, что с целью одновременного использования термоэлектрической батареи как генератора холода и как источника магнитного поля для охладителя Эттингсгаузена, термобатарея выполнена ввиде цилиндрического соленоида.
10.1.3. Изменяется сопротивление проводника, что эквивалентно возникновению добавочной разности потенциалов вдоль направления электрического тока. Для обычных металлов это изменение мало - порядка 0,1% в поле 20 кв, однако для висмута и полупроводников величина изменения может достигать 200% (в полях 80 кв.).
А.с. 163 508: Универсальный гальваномагнитный датчик, содержащий плоские токовые и холловские электроды точечность контакта которых обеспечивает перемычки в теле датчика, отличающийся тем, что с целью уменьшения эффекта закорачивания холловского напряжения токовыми электродами использования одного и того же единого гальваномагнитного датчика как датчика э.д.с. Холла или как датчика магнитосопротивления, или как гиратора, токовые электроды расположены вдоль эквипотенциальных линий поля Холла или под острым углом к ним, например по ребрам плоского датчика, а для перехода из одного используемого эффекта к другому применено коммутирующее устройство и регулируемый источник питания.
10.1.4. Термомагнитные явления - совокупность явлений, возникающих под действием магнитного поля в проводниках, внутри которых имеется тепловой поток.
При поперечном замагничивании проводника возникает следующие термомагнитные явления:
10.2.1. В направлении перпендикулярном градиенту температур и направлению магнитного поля возникает градиент температур (эффект Риге-Ледюка).
10.2.3. При продольном намагничивании образца изменяется сопротивление, термо - э.д.с., теплопроводность (появляется тепловой поток).
А.с. 187 859: Устройство для измерения э.д.с. поперечного эффекта Кернота-Эттингсгаузена в полупроводниковых материалах, содержащее нагреватель, холодильник и термопары-зонды, отличающиеся тем, что с целью исключения неизотермической части э.д. с. Нернота-Эттингсгаузена, уменьшения тепловых потерь и исключения цикуляционных токов на контакте полупроводникизмерительные зонды, термопары-зонды подведены к поверхности исследуемого образца через массивные металлические блоки холодильника инагревателя, находяшиеся в хорошем тепловом контакте с образцом, электрически изолированные от последнего.
В этом авторском свидетельстве физический эффект не применен для решения задач. Оно просто демонстрирует, что использование эффектов требует как их знания, так и решения сложных электрических задач.
10.2.4. Электронный фототермомагнитный эффект - появление э.д.с. в однородном проводнике (полупроводнике или металле), помещенном в магнитном поле, обусловленное поглощением электромагнитного получения свободными носителями заряда. Магнитное поле должно быть перпендикулярно потоку излучения. Этот эффект применяется в высокочувствительных 10 в минус тринадцатой степени вт, сек1/2 приемниках длинноволнового инфракрасного излучения. Постоянная времени эффекта - 10 в минус седьмой степени сек.
Л И Т Е Р А Т У Р А к 10.1 "Радио", N'9, 1964, стр.53, А.с.249473, 255996; к 10.2 А.с.476463.

11.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ.
11.1 В обычных услх любой газ,буть то воздух или пары серебра, является изолятором. Для того,чтобы под действием электрического полявозник ток, требуется каким-то способом ионизовать молекулы газа. Внешние проявления и характеристики разрядов в газе чрезвычайно разнообразны,что объясняется широким диапазоном параметров и элементарных процессов,определяющих прохождения тока через газ.Кпервым относятся состав и давление газа,
геометрическая конфигурация разрядного пространства, частота внешнего электрического поля,сила тока и т.п.,ко вторым - ионизация и возбуждение атомов и молекул газа,рекомендация удары второго рода,упругое рассеяние носителей заряда,различные виды эмиссии электронов. Такое многообразие управляемых факторов создает предпосылки для весьма широкого пименения газовых разрядов.
11.1.1.П о т е н ц и а л о м и о н и з а ц и и называется энергия, необходимая для отрыва электрона от атома или иона. Для нейтронных невозбужденных атомов величина этой энер гии изменяется от 4 ( ) до 24 (Не) электрон-вольт. В случае молекул и радикалов энергия разрывов связей лежит в пределах 0,06+ 11,1 э.в.( )
11.1.2. Ф о т о и о н и з а ц и я а т о м о в. Атомы могут понизироваться при поглащении квантов света, энергия которых равна потенциалу ионизации атома или превосходит ее.
11.1.3. П о в е р х н о с т н а я и о н и з а ц и я . Адсорбированный атом может покинуть нагретую поверхность как в атомном так и в ионизованном состоянии. Для ионизации необходимо, чтобы работа выхода поверхности была больше энергии ионизации уровня валентного электрона адсорбированного атома (щелочные металлы на вольфраме и платине)
11.1.4.Процессы ионизации используются не только для возбуждения различных видов газовых разрядов,но и для интенсификации различных химических реакций и для управления потоками газов с помощью электрических магнитных полей (см.6.1.1 и 6.7. 2.).
А.С.N 187894. Способ электродуговой сварки с непрерывной и импульсной моделей энергии,отличающийся тем,что с целью п овышения точности выполнения сварного шва и облегчения зажигания дуги,ионизирующиедуговой промежуток.
А.С. N 444818: Способ нагрева стали в окислительной атмосфере, отличающийся тем,что с целью снижения обезуглеродивания, в процессе нагрева осуществляют ионизированные атмосферы.
А.С. 282684: Способ измерения малых потоков газа, выпускаемых в вакуумный объем,отличающийся тем,что с целью повышения точности измерения,газ перед запуском ионизируют и формируют в однородный полный пучек, а затем вводят ионный пучок в вакуумный объем,где его нейтрализуют на металлической мишени, и по току ионного пучка судят о величине газового потока.
11.2. Обычно газовй разряд поисходит между проводящими электродами создающими граничную конфигурацию электрического поля и играющими значительную роль в качестве источников и стоков заряженных частиц. Однако наличие электродов необязательно (высокочастотный тороидальный заряд).
11.3. При достаточно больших давлениях и длинах разрядного промежутка основную роль в возникнове нии и протекании разряда играет газовая среда. Поддержание разрядного тока определяется поддерживанием равновесной ионизации газа, происходящий при малых токах за счет гауноендовских процессов каскадной ионизации, а при больших токах за счет термической ионизации.
При уменьшении давления газа и длины разрядного промежутка все большую роль играют процессы на электродах; при P 0,02+0,4 мм.рт.ст/см процессы на электродах становятся определяющими.
11.4. При малых разрядных токах между холодными электродами и достаточно однородном поле основным типом разряда является тлеющий разряд, характеризующийся значительным (50 - 400 В) катодным падением потенциала. Катод в этом типе разряда испускает электроны под действием заряженных частиц и световых квантов, а тепловые явления не играют роли в поддерживани разряда.
Патент США 3 533 434: В устройстве, предназначенном для считывания информации с перфорированного носителя, используются лампы тлеющего разряда, имеющие невысокую стоимость, и, кроме того, обладающие в ысокой надежностью. Освещение ламп через перфорации носителя информации источником пульсирующего света вызывает зажигание некоторых из них, продолжающиеся и после исчезновения светового импульса. Таким образом лампы тлеющего разряда обеспечивают хранение информации и не требуют дополнительного запоминающего устройства.
11.5. Примесь молекулярных газов в разрядном промежутке при короноом разряде приведет к образованию страт, т.е. расположенных поперек градиента электрического поля темных и светлых полос.
11.6. Тлеющий разряд в сильно неоднородном электрическом поле и значительном ( P 100 мм.рт.ст.) давлении называют коронным. Ток короного разряда имеет характер импульсов, вызываемых электронными лавинами. Частота появления импульсов 10-100 кГц.
11.7. Дуговой разряд наблюдается при силе тока не менее нескольких ампер. Для этого типа разряда характерно малое (до 10 В) катодное падение потенциала и высокая плотность тока. Для дугового разряда существенна высокая электронная эмиссия катода и термическая и онизация в плазменном столбе. Спектр дуги обычно содержит линии материала катода.
А.с. 226 729: Способ выпрямления переменного тока с помощью газоразрядного промежутка с полым катодом при низком давлении газа, соответствующим области левой ветви кривой Пашена, отличающийся тем, что с уелью повышения выпрямленного тока и уменьшения падения напряжения в течении проводящей части периода, при положительном потенциале на аноде систему "анод-полый катод" переводить в режим дугового разряда.
11.8. Искровой разряд начинается с образования стример саморапространяющихся электронных лавин, образующих проводящий канал между электродами. Вторая стадия искрового разряда главный разряд - происходит вдоль канала, образованного стримером, а по свим характеристикам близка к дуговому разряду, ограниченному во времени емкостью электродов и недостаточностью питания. При давлении 1 атм., материал и состояние электродов не оказывает влияния на пробивное напряжение в этом виде разряда.
Расстояние между сферическим и электродами, соответствующее возникноаению искрового пробоя весьма часто служит для измерения высокого напряжения.
А.с. 272 663: Способ определения размера макрочастиц с подачей их на заряженную поверхность, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, определяют интенсивность световой вспышки, сопровождающей электрический пробой между заряженной поверхностью и приближающейся к ней частицей и по интенсивности судят о размере частицы.
11.9. Факельный разряд - особый вид высокочастотного одноэлектродного разряда. При давлениях, близких к атмосферному или выше его, факельный разряд имеет форму пламени свечи. Этот вид разряда может существовать при частотах 10 МГц, при достаточной мощности источника.
11.10. При изучении заряженного острия наблюдается интересный эффект - так называемое стекание зарядов с острия. В действительности никакого стекания нет. Механизм этого явления следующий: имеющиеся в воздухе в небольшом количестве свободные заряды в близи острия разгоняются и, ударяясь об а томы газа, ионизируют их. Создается область пространственного заряда, откуда ионы того де знака, что и острие, выталкиваются полем, увлекая за собой атомы газа. Поток атомов и ионов создает впечатление стекания зарядов. При этом острие разряжается, и одновременно получает импульс, направленный против острия.
Несколько примеров на применение коронного разряда:
А.с. 485 282: Устройство для кондиционирования воздуха, содержащее корпус с поддоном и патрубками для подвода и отвода воздуха и размещенный в корпусе воздуховоздушный теплообменник с каналами орошаемыми со стороны одного из потоков, отличающийся тем, что с целью повышения степени охлаждения воздуха путем интенсификации испарения коронирующие воды, по оси орошаемых каналов теплообменника установлены электроды, прикрепленные к имеющему заземление корпусу с помощью изоляторов и подключенные к отрицательному полюсу источника напряжения.
Заявка СССР 744429/25: Авторы предлагали измерять диаметр проволоки тоньше пятидесяти микрон с помощью коронного разряда. Как известно, коронный разряд ввиде светящегося кольца возникает вокруг проводника, если к проводнику приложить высокое напряжение. При определении сечения проводника коронный разряд будет иметь вполне определенные характеристики. Стоить изменить сечение, тотчас изменяется и характеристика коронного разряда.
Л И Т Е Р А Т У Р А Таблицы физических величин. М.,"Атомиздат", 1976, стр.427-439. к 11.1 А.с.179599. к 11.4 А.с.234527.

12. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ.
Эффекты, связанные с относительным движением двух фаз под действием электрического поля, а также возникновение разности потенциалов при относительном смещении двух фаз, на границе между которыми существует двойной электрический слой, называется электрокинетическими явлениями.
12.1. Электроосмос (электроэндоосмос) - движение жидкостей или газов через капилляры, твердые пористые диафрагмы и мембраны, а также через слои очень мелких частиц под действием внешнего электрического поля (см.3.6.1.).
Электроосмос применяется при очистке коллоидных растворов от примесей, для очистки глицерина, сахарных сиропов, желатина, воды, при дублении кож, а также при окраске некоторых материалов.
12.2. Эффект обратный электроосмосу - возникновение разности потенциалов между концами капилляра, а также между противоположными поверхностными диафрагмами мембраны для другой пористой среды при прода влении через них жидкости (потенциал течения).
12.3. Электрофорез (катофорез) - движение под действием внешнего электрического поля твердых частиц, пузырьков газа, капель жидкости, а также коллоидных частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкой или газообразной среде.
Электрофорез применяют при определении взвешенных в жидкости мелких частиц, не поддающихся фильтрованию или сжиманию, для обезвоживания торфа, очистки глины или каолина, обезвоживания красок, осаждение каучука из латекса, разделения маслянных эмульсий, осаждения дымов и туманов.
А.с. 308 986: Способ снижения пористотости керамических изделий путем насыщения их дисперсионным материалом, отличающийся тем, что сцелью повышения электрической прочности, насыщения проводят за счет электрофоретического осаждения твердых частиц на суспенции с наводной дисперсионной средой.
12.4. Эффект обратный электрофорезу - возникновение разности потенциалов и жидкости в результате движения частиц, вызванного силами не электрического характера, например, при оседании частиц в поле тяжести, при движении в ультразвуковом или центробежном поле (седментационный потенциал или потенциал оседания).
12.5. Электрокапиллярные явления - явления связанные с зависимостью величины поверхностного натяжения на границе раздела электрод-раствор от потенциала электрода (см.3.3.6.).
Л И Т Е Р А Т У Р А Краткая химическая энциклопедия. М.,1967, т.5, стр.934-936.

13. СВЕТ И ВЕЩЕСТВО.
13.1. Свет. Видимое. УФ и ИК-излучение. Свет это совокупность электромагнитных волн различной длины. Диапазон длин волн видимого света - от 0,4 до 0,75 мкм. К нему примыкают области невидимого света - ультрафиолетовая (от 0,4 до 0,1 мкм) и инфракрасная (от 0,75 до 750 мкм).
Видимый свет доносит до нас большую часть информации из внешнего мира. Помимо зрительного восприятия, свет можно обнаружить по его тепловому эффекту, по его электрическому действию или по вызываемой им химической реакции. Восприятие света сетчаткой глаза является одним из примеров его фотохимического действия. В зрительном восприяти определенной длине волны света сопутствует определенный цвет. Так излучение с длиной волны 0,48-0,5 мкм будет голубым; 0,56-0,59 - желтым; 0,62-0,75 красным. Естественный белый свет, есть совокупность волн различной длины, распространяющихся одновременно. Его можно разложить на составляющие и выцедить их с помощью спектральных приборов (призм, дифракционных решеток, светофильтров) .
Как и всякая волна, свет несет с собой энергию, которая зависит от длины волны (или частоты) излучения.
Ультрафиолетовое излучение, как более коротковолновое, характеризуется большей энергией и более сильным взаимодействием с веществом, чем обьясняется широкое его использование в изобретательской практике. Например, излучение ультрафиолетом может инициировать или усиливать многие химические реакции.
А.с. 489 602: Способ соединения металлов путем заполнения зазора между соединяемыми деталями металлом, полученным разложением его химического соединения, отличающийся тем, что с целью устранения термического воздействия на соединяемые детали, разложение химических соединений осуществляет облучением ультрафиолетовым светом.
Существенно влияние ультрафиолета на биологические обьекты, например, его бактерецидное действие.
Следует помнить, что ультрафиолетовое излучение очень сильно поглощается большинством веществ, что не позволяет применить при работе с ним обычную стеклянную оптику. До 0,18 мкм исп олзуют кварц, фтористый литий, до 0,12 мкм - флюорит; для еще более коротких волн приходится применять отражательную оптику.
Еще более широко в технике используют длинноволновую часть спектра - инфракрасное излучение. Отметить здесь приборы ночного видения, ИК-спектроскопию, тепловую обработку материалов, лазерную технику, измерение на расстоянии температуры предметов.
А.с. 269 400: Способ противопожарного контроля волокнистого материала, например, хлопка-сырца, подаваемого по трубопроводу к месту его хранения, отличающийся тем, что с целью повышения надежности хранения, контроль осуществляется посредством расположенных по периметру трубопровода датчиков, реагирующих на инфракрасное излучение.
А.с. 271 550: Способ ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий на основе применения инфракрасного излучения, отличающийся тем, что с целью обеспечения ремонта в зимнее время вначале создают тепловую защиту непосредственно в месте произвдства работ путем создания зон положительных температур посредством источни ков инфракрасного ихлучения, затем разогревают применяемые в качестве исходного материала асфальтобетонные брикеты одновременно с ремонтируемым участком дорожного покрытия до пластического состояния при помощи инфракрасных лучей.
Интересное свойство ИК-лучей обнаружил недавно польские ученые: прямое облучение стальных изделий светом инфракрасных ламп сдерживает процессы коррозии не только в условиях обычного хранения, но и при повышении влажности и содержания сернистых газов.
Сильным изобретательским приемом является переход от одного диапазона излучения к другому.
А.с. 232 391: Способ определения экспозиции засветки фоторезисторов на основе диасоединений и азидов в процессе фотолитографии, отличающийся тем, что с целью улучшения воспроизводимости и увеличения выхода годных приборов, полупроводниковый эпитаксиальный материал с нанесеным на него фоторезистом облучают ультрафиолетовым или видимым светом, причем экспозицию определяют по времени исчезновения полосы поглощения пленки фоторезиста в области 2000-2500 см. в минус первой степени . Здесь облучают коротковолновым светом, а изменение свойств регистрируют по поглощению в инфракрасной области - 2000 см. в минус первой степени соответствуют длине волны 3,07 мкм.
13.1.1. Световое излучение может передавать свою энергию телу не только нагревая его или возбуждая его атомы, но и ввиде механического давления. Световое давление проявляется в том, что на освещаемую поверхность тела в направлении распространения света действует распределенная сила, пропорциональная плотности световой энергии и зависящая от оптических свойств поверхности. Световое давление на полностью отражающую зеркальную поверхность вдвое больше, чем на полностью поглощающую при прочих равных условиях.
Обьяснить это явление можно как с волновой, так и с корпускулярной точек зрения на природу света. В первом случае это результат взаимодействия электрического тока, наведенного в теле электрическим полем световой волны, с ее магнитным полем по закону Ампера. Во втором - результат передачи импульса фотонов поглощающей или отражающей стенке.
Величина светового давления мала. Так, яркий солнечный свет давит на 1 кв.м. черной поверхности с силой всего лишь 0, 4 мГ. Однако простота управления световым потоком, "оксеонтактность" воздействия и "избирательность" светового давления в отношении тел с различными поглощающими и отражающими свойствами позволяют с успехом использовать это явление в изобретательстве (например, фотонная ракета).
Согласно патенту США 3 590 932: световое давление используется в микроскопах для уравновешивания малых изменений массы или силы. Измерительное фотоэлектрическое устройство определяет, какая величина светового потока, а следовательно исветового давления, потребовалась для компенсации изменения массы образца и восстановления равновесия системы.
А.с. 174 432: Способ перекачки газов или паров из сосуда в сосуд путем создания перепада давления на разделяющей оба сосуда перегородке, имеющей отверстие, отличающийся тем, что с целью повышения эффе ктивности откачки, на отверстие в перегородке фокусируют световой пучек, излучаемый, напрмер, лазером.
2. Способ по п.1 отличающийся тем, что с целью осуществления избирательной отакачки газов или паров и, в частности, с целью разделения изотопных смесей газов или паров, ширину спектра излучения избирают меньше частотного разноса центров линий поглощения соседних с них компонентов, при этом частоту излучателя настраивают на центр линии поглощения откачиваимого компонента.
13.2. Отражение и преломление света.
При падении параллельного пучка света на гладкую поверхность раздела двух прозрачных изотропных сред часть света отражается обратно, а другая часть проходит во вторую среду, при этом направление пучка света меняется; происходит преломление света.
Угол отражения равен углу падения, а угол преломления связан с углом падения соотношением: где п1 и п2 - показатели преломления сред, и - углы падения и преломления.
Показатели преломления обычных газов (при нормальных условиях) близки к 1, для сте кл эта величина порядка от 1,4 до 1,7.
Эффекты отражения и преломления лежат в основе работы всех оптических систем, которые позволяют передавать световую энергию и изображения, фокусировать свет в мощные пучки, разлагать его в спектр (см. Дисперсия).
США патент 3 562 530: Способ получения и нагревания незагрязненных пламоидов заключается в том, что мишень располагается в первой сопряженной фональной точке закрытой камеры, которая представляет собой зеркально отражающую систему, во второй фональной точке, сопряженой спервой, генерируют короткий импульс электромагнитной энергии. Эта энергия фокусируется на мишень, которая нагревается до очень высокой температуры.
Отраженный свет может нести значительную информацию о форме предмета (а также о структуре его поверхности) как в случае зеркального, так и диффузного отражения.
А.с. 521 086: Способ определения пайки выводов радиодетале, напрмер, резисторов, при котором производят погружение вывода в каплю расплавленного припоя и регистрируют интервал врем ени между соприкосновением вывода с каплей и замыканием капли над ним, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения времени пайки, на поверхность капли припоя направляют луч света в форме узкой полосы и фиксируют интервал времени между началом отклонения отраженного от поверхности капли луча до его возвращения в исходное положение, используя фотоэлемент, соединенный со счетчиком времени.
А.с. : Способ определения частоты обработки поверхности, заключающийся в том, что напрвляют световой поток на контролируемую поверхность и регистрируют световой поток, отраженный от нее, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, поворачивают контролируемую поверхность вокруг оси, перпендикулярной плоскости падения светового потока, регистрируют угол наклона, при котором отраженный от него световой поток будет составлять заданую часть, например, половину от максимального, и по алгебраической разности определяют чистоту обработки поверхности.
Процессы отражения и преломления связаны с внутр енней структурой вещества; измерение показателя преломления - один из важнейших методов структурных исследований (3).
А.с. 280 956: Способ исследования тепловых напряжений на прозрачных моделях путем просвечивания образца монохроматическим светом, отличающийся тем ,что с целью определения полного теплового напряжения, вызываемого неоднородным нагревом, предварительно определяют градиент температур в исследуемом образце, измеряют соответствующий ему угол отклонения светового луча в данной точке, и по полученным данным судят о величине теплового напряжения.
А.с. 541 484: Способ регулировки температуры размягчения донного продукта отпарного аппарата в зависимости от изменения режимного параметра в зоне питания аппарата, отличающийся тем, что с целью повышения качества регулировки, режимный параметр корректируют в зависимости от коэффициента преломления дистиллярного продукта, выводимого из аппарата.
В общем случае, лучи отраженный и преломленный - это лучи поляризованного света (см.Поляризация). Степень поляризации зависит от угла падения. При определенном значении этого угла (угол Брюстера) отраженный свет полностью линейно поляризован перпендикулярно плоскости падения. При падении же под углом Брюстера света, уже поляризованного в плоскости падения, отражения вобще не происходит, не смотря на скачок показателя преломления (см.Анизотропия и свет).
А.с. 501 377: Акустооптический дефлектор, содержащий акустооптический эффект и пьезопреобразователь, отличающийся тем, что с целью увеличения его разрешающей способности с одновременным уменьшением потерь света на отражение, входная поверхность акустооптического элемента выполнена по отношению к поверхности, на которой расположен пьезопреобразователь, под углом, равным сумме угла Брюстера и угла дефракции Брегга для данного материала, а выходная поверхность - под углом, равнымразности между углом Брюстера и углом дифракции Брегга.
13.2.1. При определенных условиях может наблюдаться полное внутреннее отражение света, при котором вся энергия световой волны, па дающей награницу двух двух прозрачных сред со стороны среды, оптически более плотной, полностью отражается в эту среду. В частности это явление используется в призмах биноклей и перископов, но диапазон его применения в изобретательстве гораздо шире (1).
А.с. 287 363: Устройство для измерения температуры, содержащее измерительный элемент, установленный в контролируемой среде, и источник белого света с диафрагмой, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения температуры и увеличения светосилы устройства, измерительный элемент выполнен ввиде двух прозрачных прямоугольных призм, сложенных наклонными гранями, между которыми расположен слой прозрачного вещества с показателем преломления, зависящим от длины волны и температуры, причем источник света расположен относительно измерительного элемента так, что ось светового потока наклонена к плоскости входной грани призмы под предельным углом полного внутренненго отражения.
А.с. 288 464: Устройство для активного контроля распыления жидкости, выполнен ное из источника света, воздействующего через собирательную линзу через фоторезистор, к которому подключен усилитель, отличающийся тем, что с целью увеличения надежности контроля, на пути света за линзой последователены оптический многогранник полного внутреннего отражения и охватывающая его изогнутая шторка, образующая с одной из граней клинообразное входное пространство.
США патент 3 552 825: Переменный цифровой элемент состоит из прямоугольной призмы, над гипотенузой грани которой располагаются 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 отражение в призме и выходить через другую ее катетную грань. Однако, если отражающий слой, расположенный над гипотенузой грани, имеет с ней оптический контакт, полное внутреннее отражение нарушается и луч проникает в этот отражающий слой. На гипотенузной грани могут располагаться несколь ко отражающих слоев. Явление полного внутреннего отражения, а также нарушение 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. Отражающие 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 пьезоэлектрического 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 - позволяет 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 машин или их рабочих органов, содержащее маятниковый датчик наклона и электрогидравлический механизм выравнивания,отличающийсятем,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 механизма выравнивания.
2.Устройство по 1, отличающееся тем,что ,между источником и гибким световодами установлены промежуточные световоды, например, 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 электромагнитной волны, которая идет на возбуждение колебания электронов и последующего переизлучения этой энергии в При этом, не вся энергия переизлучается, часть ее переходит в други е виды энергии например тепловую. Это приводит к поглощению света с в зависит от длины волны света и имеет максимумы на частотах,соответющих частотам собственных колебаний электронов в атомах, самих атомов и молекул (см."Поглощение и излучение света").Естественно, поглощение зависит от толщины слоя поглощающего вещества.
США, ПАТЕНТ N.3825755. Толщину полимерной пленки измеряют,сравнивая потоки ИК-излучения: отражающего от поверхности ипрошедшего сквозь пленку , ослабленного за счет поглощения в слое полимера.
Великобритания, заявка N.1332112. Для определения влагосодержания предмета его облучают светом с диной волны , лежащей в области поглощения воды, и измеряют сигнал ослабленного излучения.
А.С. N 266560. Контролируют процесс сушки по ИК-поглощению паров растворителя.
Ослабление светового излучения при прохождении через среду объясняется также и рассеянием света. В случае наличия в среде оптических неоднородностей переизлучение энергии электромагнитной волны происходит не только в на правлении проходящей волны(пропускание), но и в стороны. Эта часть излучения , наряду с дифрагированной, преломленной и отраженной на неоднородностях состовляющими, и образует р а с с е я н н ы й свет. Рассеяние обладает дисперсией. В атмосфере ,например, рассеиваются преимущественно голубые лучи; этим объясняется голубой цвет неба, в то время как свет , проходящий через атмосферу, обогащен красными составляющими - красный цвет зорь. При монохроматическом 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,содержащее 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 вещ еств,соответствующих заданному интервалу температур,показатели педложения которых зависят от длины волны и температурные коэффициенты показателей преломления 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 волны,который пройдя через кювету,сообщает ей определенный цвет,соответствующей определенной температуре.Другие же составляющие 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 параметрах среды. Такого рода измерения находят применение в биологии,коллоидной и анилитической химии,составляя предает нефелометрических иследований,а также в аэрозольной технике.
Согласно а.с. 172094 определяют параметры капель жидкости, измеряя характеристики светов ого излучения,рассеянного на каплях.
Рассеяние наблюдается в чистых веществах. Оно объясняется возникновением оптической неоднородности, связанный с фуктуациями плотности, наример, тепловыми. Рассеяный свет по некоторым 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 дополнительные линии (сателлиты), излучение которых является комбинацией частот падающего излучения и частот собственных тепловых колебаний молекул рассеивающей среды.
Согласно патенту США N 3820897 конт содержания загрязнений в большом объеме воздуха производится на основе анализа характеристического романовского излучения (сателлитов комбинационного рассеяния),возникающего при рассеянии лазерного излучения на атомах и молекулах загрязнений.
13.4. Испускание и поглощение света. Пламя 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 образом,энергия атома не может меняться непрерывно,а только скачками - 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 происходит самопроизвольный (спонтанный) обратный переход с выделением той же энергии. Квантовые переходы могут быть излучательные и безизлучательные. Впервом случае энергия поглощается или испускается в виде порции электромагнитного излучения,частота которого строго определена разностью энергий тех уровней, между которыми происходит переход. В случае безызлучательных переходов система получает или отдает энергию при взаимодействиями с другими системами (атомами,молекулами,электронами) Наличие этих двух типов перходов объясняется оптикоакустический эффект Бейнгерова
13.4.1. При облучении газа,находящегося в замкнутом объеме,аомодулированном потоком инфракр.излучения в газе возникают пульсации давления (оптико-аккустический эффект).Его механизм давольно прост; поглощение инфракр.излучения происходит с возбуждением молекул газа, обратный же переход происходит безызлучательно,т.е. энергия возбуждения молекул переходит в их кинетическую энергию,что обуславливает изменение давления.
Колличественные характеристики эффекта весьма чувствительные к составу газовой смеси.Применение оптико-акустического эффекта для аналей характеризуется простотой и надежностью, высокой избирательностью и широким диа пазоном концнтрацией компонентов.
Оптико-акустический индикатор педставляет собой неселективный приемник лучистой энергии,предназначенный для анализа газов Промудулированный лучистый поток через флюоритовое окно попадает в камеру с иследуемым газом.Под действием потока меняется 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 также в жидкостях и твердых телах.
13.4.2. Атомы каждого вещества имеют свою,только им присущую структуру
энергетических уровней,а следовательно,и структуру излульных переходов,которые можно зарегистрировать оптическими методами (например,фотографически).Это обстоятельство лежит в основе сного анализа. Так как молекулы - тоже сугубо квантовые системы,то каждое вещест во (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 соотношение составляет основу количественного спектрального анализа
США,патент N.3820901. Концентрацию известных газов в смеси измеряют по пропусканию излучения лазерного источника с определенной длиной волны. Предварительно облучают монохроматическими излучениями с различными длинами волн каждый из содержащихся в смеси газов, концентрация которых известна, и определяют коэффициент поглощения каждого газа для каждой длины волны. Затем при этих длинах волн измт поглощение испытуемой смеси и, используя полученные величины коэффициента поглощения,определяют концентрацию каждого газа в смеси. При измерениях с излучением,содержанием большее число длин волн, чем находится компонентов в газовой смеси,можно обнаружить наличие неизвестных газов.
Для атомо в 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 находятся вне атома или молекулы, и, следовательно могут иметь любые, непрервно меняющиеся,энергии. При рекомендации этих элктронов и ионов получается сплошной спектр,в котором присутствуют все длины волн.
13.4.3. Возбуждение(повышение внутренней энергии) или ионизацияатомов 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 нагреве сначала появляется инфракр.излучение (длинные волны),затем красное,к которому с ростом температуры добавляется оранжевое,желтое и т.д.; в конце концов получаетссвет Дальнейший нагрев приводит к появлению ультрафиолетовой ко мпоненты.
США,патент N.3580277. Устройство для непрерывного измерения температуры ванны жидкого металла содержит стержень из светопроо материала обладающего высокой температурой и корозионной стойкостью. Стержень проходит сквозь стенку резервуара и внутри последнего заделывается в массу свободного от щелочей окисла с высокой температурой плавления,например окиси циркония. Конец стержня,находящийся в резервуаре,служит цветовым пирометром.
Излучательные и безызлучательныепереходы в инфракр. области часто используются для процессов и охлаждения (см.ИК-излучение).
А.С. N.509545 Стеклоформирующий инструмент,включающий металлический корпус с покрытием, отличающийся тем,что с целью поьности и улучшения качества изделий,покрытие выполнено двухслойным,причем промежуточный слой выполнен из материала,поглощающего ближнюю инфракрасную область,например из графита,а наружный слой - из материала пропускающего в эже области спектра,например на основе прозрачной поликристаллической окиси алюминия.
А.С. N. 451002. Способ измерений коэффициента теплопроводности твердых тел,включающий изотермическую выдержку его охлаждение при постоянной температуре окружающей среды и регистрацию изменения температуры,отличающийся тем,что с целью измеренидности частично прозрачных материалов,образец на стадии поглощения помещают в вакуумное пространство и измеряют энергию,излучаемую поверхностью образца в спектральной области сильного поглощения.
13.4.4. Излучательные квантовые переходы могут происходить не только спонтанно,но и вынуждено под действием внешнего излучения, частота которого согласована с энергией данного перехода. Излучение квантов света атомами и молекулами вещества под действием внешнего электромагнитного поля (излучения) называют 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 распространения и фаза. Благодаря этому вынужденное из лучение при некоторых обстоятельствах может привести к усилению внешнего излучения, 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 необходимо наличие в веществе возбужденных атомов, т.е. атомов, находящихся навнях в большей энергией.Обычно доля таких атомов мала. Для того чтобво усилило проходящее через него излучение,нужно , чтобы доля возбужденных атомов была велика,чтобы уровни с большей энергией были "заселены" частицами гуще,чем нижние уровни. Такое состояние вещества называют состоянием 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 прохождении через среду с инверсией населенностей явилось основопологающим 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 исскуст венно создаваемой инверсией населенностей , помещенный между двумя зеркалами, одно из которых полупрозрачно - вот принципиальная схема простейшего лазера.
Оптический резонатор из двух зеркал необходим для создания обратной связи:часть излучения возвращается в рабочее тело,индуцируя новую лавину фотонов. Излучение лазера монохроматично и котерентно в силу свойств индуцированного излучения.
Области применения лазеров обусловлены, основными характеристиками их излучения,такими как когерентность,монохромантичность,высокая концентрация энергии в луче и малая его расходимость. Помимо ставших уже традиционными областей применения лазеров,таких как обработка сверхтвердых и тугоплавких материалов,лазерная связь и лоя медицина и получение высокотемпературной плазмы,- стали определяться новые интересные 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 улт рафиолетовой области спектра. Так, например, предполагается лазерным лучом разрывать или наоборот, создавать строго определенные связи.
Ведутся работы по разделению изотопов с помощью перестраиваимых лазеров. Меняя частоту лазеров, настраивают его в резонанс 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, отделить от других изотопов.
А вот чисто изобретательское применение лазера в качестве датчика давления:
А.с. 232 194: Устройство для измерения давления с частотным выходом, содержащее упругий чувствительный элемент, заполненный газом и соединенный через разделитель с измеряемой средой, 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 основным инструментом последований в новой облас ти физики - нелинейной 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 (эмиссии) электронов с поверхности тела под действием света; для этого явления эксперементально установленные зависимости обьединяются 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"). Заметим, что квантовый характер света проявляющийся в явлении фотоэффекта, 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 фотоэффекта создан ряд фотоэлектронных приборов (фотоэлементы различного назначения, фотокатоды, фотоумножители и т.д.). Внешний фотоэффект играет большую роль в ра звитии электрических зарядов; фотоэффект в газах определяет распространение электрического заряда в газах при больших давлениях обуславливая высокую скорость распространения стримерной формы разряда (искры, 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 энергиям фотоэлектронов генерируемых при фотомонизации атомов и молекул.
Кроме внешнего фотоэффекта, существует внутренний фотоэффект. Квант света, проникая внутрь вещества, выбивает электрон переводя его из связанного состояния (в атоме) свободное - таким образом, при облучении полупроводников и диэлектриков из-за фотоэффекта внутри кристаллов появляются свободные носители, тока, что существенно изменяет электропроводность вещества. На основе внутреннего фотоэффекта созданы различного рода фоторезисторы-элементы, сильно изменяющие свое сопротивление под действием света (5,6).
А.с. 309339: Устройство для управл ения световым лучом, выполненное ввиде конденсатора между электродами которого заключен слой вещества изменяющего прозрачность под действием электрического поля, отличающееся тем, что с целью уменьшения габаритов, один из электродов конденсатора связанный с источником управляющей электродвижущей силы выполнен из материала, обладающего эффектом возникновения фотоэлектродвижущей силы.
А.с. 508828: Пьезоэлектрический преобразователь с оптическим управленим, содержащий фоторезисторный слой, светопровод и металлический электрод, отличающееся тем, что с целью расширения частотного диавпазона в облать низких мегагерцевых и высоких килогерцевых частот, он выполнен ввиде пьезокерамической платины, на одну сторону которой нанесен металлический электрод, а на противоположную - фоторезисторный слой и прозрачный электрод, являющийся одновременно светопроводом.
Разновидностью внутреннего фотоэффекта является вентильный фотоэффект - появление э.д.с. в месте контакта двух полупроводников (или полупроводника и металла). Основное применение вентильных фотоэлементов - индикация электромагнитного излучения.
На основе вентильного фотоэффекта работают также солнечные батареи. Одним из приборов работающих на вентильном фотоэффекте, является фотодиод, обладающий многими преимуществами по сравнению с обычными фотоэлементами (7).
А.с. 475719: Устройство для регулирования напряжения электромагнитных генераторов содержащее датчик тока, ввиде шунта в цепи его нагрузки и импульсный транзисторный усилитель, ко входу которого подключены последовательно стабилизаторон с ограничивающим резистором и формирователь пилообразного напряжения, к выходу обмотка возбуждения генератора, отличающееся тем, что с целью повышения надежности и точности регулирования параллельно упомянутому шунту включен светодиод одноэлектронной пары, фотодиод который через цепь подпитки подключен параллельно огрничивающему резистору.
14.1.2. Эффект Дембера (фотодиффузный эффект).
Внесобственных полупроводниках коэффициенты диффузий носителей тока (электронов и дырок) различные. Таким образом, если какой-то части проводника фотоактивное освещение создает одинаковое число электронов и дырок, то диффузия этих носителей будет происходить с разной скоростью, в результате чего в кристалле возникает э.д.с. (1).
14.1.3. Фотопьезоэлектрический эффект.
Обеспечить различие подвижности фотоэлектронов и фотодырок в полупроводнике можно каким-либо внешним воздействием. Так, при одностороннем сжатии освещенного полупроводника на грани кристалла, перпендикулярно направлению сжатия, возникает э.д.с., знак которой зависит от направления сжатия и направления светового потока, а величина пропорциональна давлению и интенсивности света. Эффект возникает из-за того, что подвижности разноименных носителей тока, обусловленных внутренним фотоэффектом, при упругой деформации кристалла становятся не одинаковыми по отношению к различным направлениям (3).
14.1.4. Эффект Кикоина-Носкова (фотомагнитный эффект).
Суть эффекта состоит в возникновении электрическго поля в полупроводнике при перемещении его в магнитное поле и одновременном освещении светом, в составе которого имеются сектральные линии, сильно поглощаемые полупроводником. При этом возникшее электрическое поле перпендикулярно магнитному полю и направлению светового потока. Величина света магнитной э.д.с. пропорциональна магнитной индукции и интенсивности светового потока. Эта пропорциональность нарушается при брльших освещенностях, когда происходят "насыщения". Механизм эффекта таков:
В результате внутреннего фотоэффекта вблизи освещенной поверхности полупроводника в избытке образуются электроны и дырки, которые диффудируют вглубь кристалла. Продольный диффузионный ток под действием поперечного магнитного поля отклоняется и расщепляется, что приводит к возникновению поперечной э.д.с.
14.2. Фотохимические явления.
Виды воздействия светового излучения на вещество весьма разнообразны. В частности, под действием света могут происходить реакции химических превращений веществ (фотохимическая реакция). Одни из этих реакций приводя к образованию сложных молекул из простых (например, образование хлористого водорода при освещении смеси водорода и хлора), другие - к разложению молекул на составные части (например, фотохимеческое разложение бромистого серебра с выделением металлического серебра и брома), в результате третьих молекула не изменяет своего состава, изменяется лишь ее пространственная конфигурация, приводящая к изменению ее свойств (возникают тереоизомеры).
Фотохимические процессы вызываются только поглащаемым светом, действующим на движение валентных электронов в атомах и молекулах. В основе таких процессов лежит явление фотоэффекта.
Многие фотохимические превращения идут в два этапа. Первичный процесс характеризуется изменением молекулы под действием поглощенного ею кванта света - это собственно фотохимическая реакция. Во всех вторичных процессах мы имеем дело с сугубо химическими реакциями продуктов первичных реакций. Так при образовании хлористого водорода первичным является лишь расщепление молекулы хл ора, поглотившей квант света, на атомарный хлор, который далее через день вторичных химических реакций приводит к образованию конечного продукта. Для первичных процессов справедлив закон эквивалентности. Каждому поглощенному кванту света соответствует превращение одной поглотившей свет молекулы. В общем случае количество химически прореагировавшего вещества пропорционально поглощенному световому потоку и времени его воздействия. Величина коэффициента пропорциональности определяется природой вторичных процессов.
Фотохимическую реакцию может вызвать лишь излучение, энергия кванта которого больше энергии активации молекулы. Этим обьясняется повышение фотохимеческой активности ультрафиолетового излучения.
Следует отметить, что фотохимеческими процессами обьясняются многие природные явления, такие как синтез углеводов листьв в листьях растений или чувствительность глаза к световому излучению.
Фотохимическая реакция разложения бромистого серебра (и других его коллоидных солей) использована для получения фо тографических изображений. Изображение представляет собой локальные почернения фотоматериала из-за выделившихся под действием отраженного от обьекта света частичек серебра.
14.2.1. К фотохимическим явлениям относится и так называемый фотохромный эффект, который состоит в следующем.
Некоторые химические вещества обычно со сложным строением молекулы, изменяют свою окраску под действием видимого или ультрафиолетового излучения. В отличии от обычного выцветания красок этот эффект обратим. Первоначальная окраска или отсутствие таковой восстанавливается через некоторое время в темноте, под действием излучения другой частоты или при нагревании. Но наведенную окраску можно и сохранить сколь угодно долго, если охладить фотохромное вещество или обработать его некоторыми газами, фотохромизм восстанавливается при соответсвующей вторичной обработке.
Скорость окрашивания и интенсивность окраски зависят не только от структуры молекул самого фотохромного соединения, но и от среды в которую оно может быть введено (ст екло, керамика, жидкость, пластмасса, ткань и др.).
Многие фотохромные вещества при облучении интенсивным светом могут темнеть, причем их "быстродействие" достигает несколько микросекунд. Это позволяет использовать фотохромные тела как светохатворы для защиты глаз или светочувствительных приборов от неожиданной вспышки мощного излучения. Есть возможность использовать их как регуляторы светопропускания в зависимости от интенсивности света.
Фирма "Корнинг Гласс" выпустила светозащитные очки с фотохромными стеклами, изменяющими степень светопропускания в зависимости от интенсивности потока ультрафиолетовых лучей.
А.с.267 967: Устройство для представления информации в трехмерной форме, отличающееся тем, что с целью улучшения стереоскопического восприятия трехмерных изображений и упрощения устройства оно содержит три параллельных ряда плоских панелей, на противоположных концах которых нанесены изготовленные из фотохромного материала активные зоны одна из которых служит для просмотра из ображения, а другая - для обработки информации, причем все панели установлены на разной высоте на трех осях вращения, сдвинутых относительно друг друга на 120 градусов.
2. Устройство по пункту 1, отличающееся тем, что над каждой из фотохромных информационных панелей в зоне, противоположной зоне просмотра, установлена матричная излучающая панель.
3. Устройство по пункту 1, отличающееся тем, что к каждой из панелей подведена линейка волоконных световодов связанных с источником импульсов излучения активизирующего фотохромный материал.
Патент США 3 558 802: Устойчивое фотохромное воспроизводящее устройство, предназначенном для работы с плекой покрытой фотохромным материалом, содежащим сахарин, имеется центральная камера, в которой находится электроннолучевая трубка. На нормальной прозрачной пленке образубтся непрозрачные участки обратимого изображения соответствующего изображению на экране электронно-лучевой трубки. При обработки пленки двуокисью серы, находящейся в газообразном состоянии, проэкспонирова нные участки фотохромного материала остаются непрозрачными. После этого газ откачивается и камеру подается тепловое излучение, обращающее те обработанные газообразной двуокисью серы участки, которые были прозрачными во время экспонирования. Участки пленки, временно сделавшиеся не прозрачными под воздействием изображения, проявляющегося на экране электронно-лучевой трубки, постоянно фиксируются. В состав конструкции устройства входит камера для ввода пленки и камера для вывода пленки , связанные с вакуумной откачивающей системой. Выходящая из центральной камеры двуокись серы в газообразном состоянии засасывается вакуумной откачной системой и не попадает в атмосферу.
14.2.2. В основе фотохимических процессов лежит взаимодействие излучения с электронами вещества. Это преполагает наличие возможности управлять ходом фотохимической реакции воздействие электрического поля. Возможно, что природа недавно открытого фотоэлектрического эффекта обьясняется стимуляцией фотохромного эффекта электрическим полем. Эффект со стоит в следующем: На тонкую прозрачную пластину керамики с включением железа, свинца лантана, цикония и титана, помещенную в постоянное электрическое поле, перпендикулярное ее поверхности, проектируют негативное изображение видимых и ультрафиолетовых лучах. При этом в пластине появляется видимое позитивное изображение здесь наблюдается интересная особенность: При изменении направления поля на обратное, изображение из позитивного становится негативным. Изображение устойчиво и стирается лишь при равномерном облучении ультрафиолетовыми лучами с одновременной переполюсовкой поля.
Американские специалисты открывшие этот эффект предполагают его использовать в утройствах для хранения визуальной информации.
Л И Т Е Р А Т У Р А к 14.1.1. С.Ю.Лукьянов, Фотоэлементы, М-Л, 1968. 2. С.Таланский, Революция в оптике, М.,"Мир",1971. 3. А.В.Соколов, Оптические свойства металлов, М.,1961. 4. А.Н.Арсеньева-гейль,Внешний фотоэффект с полупроводников и диэлектриков, М.,1957. 5. Р.Бьюб,Фотопроводимость твердых тел ,М.,1962. 6. С.М.Рывкин, Фотоэлктрические явления в полупроводниках, М.,1963. 7. А.М.Васильев и др., Полупроводниковые преобразователи, М.,"Соврадио",1971. к 14.2.1. Г.С.Ландсберг,"Оптика", М.,"Наука",1976. 2. Б.Баршевский,Квантовооптические явления, М., "Высшая школа",1968. 3. Фотоферроэлектрический эффект,"Техника молодежи"-5, 1977.

15. ЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ.
Люминесценцией называется излучение, избыточное над тепловым излучением тела, и имеющее длительность, прерывающую период световых колебаний. Люминесценция возникает при возбуждении вещества за счет притока энергии, и в отличии от других видов "холодного" свечения (например, излучение Вавилова-Черникова), продолжается в течении некоторого времени после прекращения возбуждения (1,2).
О продолжительности после свечения выделют флуоресценцию (менее 10 сек.) и фосборесценцию; последнее продолжается в заметный промежуток времени после снятия возбуждения (от 10 сек. до нескольких часов).
Способность люминесцировать обладает большая группа, газообразных, жидких и твердых веществ, как органических так и неорганических (люминофоров). Характер процесса люминесценции существенным образом зависит от агрегатного состояния вещества и типа возбуждения.
Люминофоры являются своеобразными преобразователями энергии из одного вида в другой; на входе это может быть энергия электромагнит ного излучения, энергия ускореннго отока частиц, энергия химических реакций или механическая энергия, - любой вид энергии, кроме тепловой, - на выходе - световое излучение. Отдельные атомы и молекулы люминофора, поглощая один из этих видов энергии, возбуждаются, т.е. перходя на более высокие энергетические уровни по сравнению с павновесным состоянием, и затем самопроизвольно совершают обратный переход излучая избыток энергии ввиде света. Способ возбуждения лежит в основе классификации различных видов Люминесценции.
15.1. Люминесценции, возбуждаемая электромагнитным излучением.
15.1.1. Фотолюминесценция - свечение возникающее при поглощении люминофором ИК, видимого или УФ-излучения. Спектр поглощения и излучения люминофоров связаны правилом Стокса-Люмиаля, согласно которому максимум спектра излучения смещен по отношению к максимуму спектра поглощения в сторону длинных волн (например, при облучении ультрафиолетом люминофор излучает видимый свет).
А.с. 331 271: Способ контроля геометричности сварных изд елий с помощью люминофора, при котором изделие направляют ультрафиолетовые лучи и судят о герметичности по свечению люминофора, отличающийся тем, что с целью повышения производительности путем осуществлениЯ контроля непосредственно в процессе сварки, люминоформную суспензию наносят на внутреннюю поверхность свариваемых деталей перед сваркой, а в качестве источника УФ-лучей используют сварочную дугу.
А.с. : Способ количественного определения горечи (кукурбитационов) в огурцах, включиющий взятие образцов экстрогирование спиртом и определение кукурбитационов, отличающееся тем, что с целью ускорения процесса, экстракт облучают ультрафиоетовым светом измеряют интенсивность вторичного свечения и количество кукурбитационов, определяют по показаниям прибора и калибровочному графику.
Наиболее широко фотоЛюминесценция применяется в лампах дневного света. В них свечение люминофора происходит под действием ультрафиолета, которым богато излучение газоразрядной части лампы ( в связи с наличием паров ртути).
15.1.2 . Однако есть исключение из правила Стокса-Люмеля это так называемые, антистоксовские люминофоры, которые при возбуждении в ИК-области спектра излучают в видимой области.
Применение этих люминофоров связано с преобразованием ИКизлучения в видимое например, для визуализации излучения ИК-лазеров, для создания лазеров видимого диапазона с ИК-накачкой, а светодиодов.
15.1.3. РентгеноЛюминесценция. Специфика возбуждения рентгеновскими лучами, по сравнению с фотовзбуждением, состоит в том, что на люминофор воздействуют фотоны со значительно большей энергией. При этом свечение люминофора вызывается не непосредственым действием самих рентгеновских лучей, в воздействием электронов, выраваемых из основы люминофора рентгеновскими лучами. Вследствие этого ретгеноЛюминесценция имеет многие общие черты с катодоЛюминесценцией (3).
Основное применение - в экранах для рентгеноскопии и рентгенографии.
15.2. Люминесценция, возбуждаемая корпусным излучением.
15.2.1. КатодоЛюминесценция - возбуждается воздействием на люминофор потока электронов. Основное применение - визуализация электронного изображения на экранах телескопов телевизоров, осцилографов и других подобных приборов, а также электроннооптических преобразователей (3).
15.2.2. ИоноЛюминесценция - свечение возникающее при бомбардировке люминофора пучком ионов.
При ионоЛюминесценции, также как при катодоЛюминесценци, энергия возбуждения поглощается в тонком приповерхностном слое люминофора, поэтому здесь оказывает состояние поверхности, в частности, хемосороция различных газов (см."Сороция")(3,4).
15.2.3. РадиоЛюминесценция. Для создания самосветящихся красок постоянного действия, не нуждающихся в поточниках внешнего возбуждения, в люминофор вводят радиоактивные изотопы продукты распада которых (например, альфа и бетта частиц) возбуждают в нем свечение. Время в течении которого люминофор излучает свет, определяется периодом полураспада изотопа (десятки лет). РадиоЛюминесценция все более широко применяется в дозиметрии радиоактивных излучений (3).
15.3. Люминесценция, возбуждаемая электрическим полем (5).
15.3.1. ЭлектроЛюминесценция (эффект Дестрио). Многие кристаллические порошкообразные люминофоры, помещенные в конденсатор, питаемый переменным напряжением 100-220 В. с частотой 400-3000 Гц. начинают интенсивно Люминесцировать. Спектральный состав и интенсивность излучения существенно зависят от частоты возбуждения. Некоторые люминофоры излучают и при возбуждении постоянным электрическим полем (5).
А.с. 320710: Система для измерения распределения давления на поверхности модели летательного аппарата, содержащая чувствительный э.лемент, оптическое сканирующее устройство и фотоэлектрический регистратор, отличающийся тем, что с целью обеспечения возможности непрерывного измерения профиля давления на исследуемой поверхности вдоль заданной линии, в ней чувствительный элемент выполнен ввиде электролюминесцентного конденсатора, одна обкладка которого образована поверхностью металлической модели, а другая - прозрачным электропроводящим слоем, меж ду которыми нанесен электролюминесциновый слой и слой диэлектрика, диэлектрическая проницаемость которого зависит от давления, например, слой эпоксидной смолы.
Основная область применения электролюминесценсии - индикаторные устройства, подсветка шкал, преобразователи изображения. Применение электролюминофоров считают перспективным для создания телевизионных экранов.
15.3.2. Инжекционная электролюминесценция (эффект Лосева). Свечение возникает под действием зарядов, инжектируемых в полупроводниковые кристаллы. При пропускании тока через полупроводниковый диод в области перехода инжектируются избыточные носители тока (электроны и дырки), рекомендация которых сопровождается оптическим излучением (3).
Широкое применение основанных на этом эффекте светодиодов обусловленно следующими их особенностями: высокая надежность (срок службы 10 в шестой степени часов), малое энергопотребление (1,5-30 В, 10 мА), малая инерционность (10 в минус девятой степени сек.), высокая яркость свечения в зеленой, красной и инфр акрасной областях спектра.
А.с. 245 892: Устройство для регистрации электрических сигналов на фотопленку, содержащее источник электрических сигналов, измерительный механизм и механизм протягивания пленки, отличающийся тем, что с целью повышения надежности и упрощения конструкции, в нем измерительный механизм выполнен ввиде полупроводникового электролюминесцентного преобразователя, состоящего из кристалла полупроводника с широкой запрещенной зоной, содержащего p-n-переход и контакты с выводами, служащими для пропускания тока электролюминесценции и тока управления площадью свечения.
15.4. Люминесценция возбуждаемая за счет энергии химических реакций, называется хемилюсценцией (4). Этим видом люминесценции обьясняется свечение гнилушек, светлячков, многих глубоководных рыб.
Хемилюсценция использована фирмой "Ремингтон Армс" для создания лампы, в которой свечение возникает при воздействии кислорода воздуха на некоторые химически активные вещества.
15.4.1. Частным случаем хемилюсценции являет ся радиокалолюминесценция - излучение вещества-катализатора при адсорбции и рекомендации на его поверхность свободных атомов или радикалов в молекулы (см."Сорбция")
США патент 3 659 100: Способ анализа загрязнения атмосферы окисями азота и серы основанный люминесценции между люминофором и перикисью водорода. В качестве люминофора используется 5-амино-2,3 дигидро-4-фтолозин-диол.
15.4.2. Если источником радикала служит пламя, то свечение называют кандолюминесценцией. Для возникновения кандолюминесценции необходим контакт пламени с люминофором, при этом он не должен сильно нагреваться.
15.5. Источником возбуждения люминесценции может служить и механическая энергия. Такой процесс называют механо или триболюминесценцией. Чаще всего возникает при трении или ударе двух тел, сопровождающихся их разрушением (так сахар при раскалывании иногда светится)
А.с. 275 497: Способ излучения структурных превращений полимерных материалов по интенсивности и характеру люминесценции, отличающийся тем,что с це лью упрощения и повышения точности, оценивают интенсивность и характер механолюминесценции, возбуждаемой при механической деформации и разрушении полимерных материалов.
15.6. Радиотермолюминесценция (РТЛ). Оказалось, что если сильно охлажденный образец вещества преварительно облученный гамма-лучами, альфа-частицами или электронами, постепенно нагревать, то он начинает интенсивно светиться.Практически все вещества могут таким образом "накапливать" в себе свет и долго сохранять его. И лишь при нагреве свет как бы "оттаивает", начинается рекомбинация "замороженных" электронов, сопровождаемая световым излучением. Цвет свечения постепенно меняется, изменяется также и его интенсивность. При этом пики интенсивности соответствуют температурам структурных переходов, что особенно заметно у различных полимеров. Даже незначительные изменения структуры вещества: повышение степени кристалличности, изменение взаимного расположения макромолекул, существенно влияют на характер свечения. РТЛ ве сьма чувствительна к механическим напряжениям в полимере. (см.18.7).
Все это позволило создать на основе РТЛ простые и точные методики анализа структуры, излучения степени однородности смесей, исследования деформационных свойств и других характеристик полимеров, причем для анализа достаточно образца весов в сотые доли милиграмма.
15.7. Интересной особенностью люминесценции, возбуждаемой каким-либо источником энергии, является усиление свечения при воздействии другого источника энергии. Происходит так называемая стимуляция люминесценции. Стимулирующие воздействия могут оказывать изменения температуры, видимое, ИК и УФ-излучение, электрическое поле, присутствие некоторых газов и т.д. Стимуляция люминесценции электрическим полем называется эффектом Гуддена-Поля. (6).
А.с. 286 100: Способ получения изображения, состоящий в том, что люминесценный экран равномерно облучают ультрафиолетовым светом, проектируют на экран изображение в инфракрасном свете, фиксируют свечение экрана на светочувствительном матери але, отличающийся тем, что с целью расширения области чувствительности, одновременно с облучением ультрафиолетовым светом прикладывают к экрану электрическое поле, и после проектирования изображения подают переменное напряжение на экран, причем люминофор, из которого изготовлен экран, должен обладать эффектом Гуддена-Поля.
15.8. Факторы, стимулирующие люминесценцию, при определенных условиях могут дать обратный эффект, т.е. уменьшить интенсивность свечения или совсем прекратить его. Это явление называют уменьшением люминесценции. Повышение температуры, изменение влажности, ИК-облучение, электрическое поле, изменение внешнего давления, наличие некоторых газов - все эти факторы могут привести к тушению люминесценции. Так, например, присутствие кислорода, бензохинона или йода уменьшает интенсивность фотолюминесценции, в тоже время как присутствие молекул воды увеличивает ее; наличие электрического поля, перпендикулярного поверхности люминофора, тушит радикалолюминесценцию, изменение же направления поля на обр атное усиливает свечение (3),(4).
А.с. 510 186: Способ выделения жизнесопособных семян растений, включающий отбор семян по люминесценции, отличающийся тем, что с целью сохранения целостности семян, их обрабатывают ослабляющими люминесценцию веществами, выбранными из группы, включающей и с последующим отбором семян, имеющих пониженную интенсивность свечения.
Великобритания, акц. заявка 1 327 839: Прибор для непрерывного определения концентрации кислорода или кислородосодержащих соединений в потоке газа. Определение осоновано на способности указанных веществ гасить фотолюминесценцию, например, плена или овалена.
15.9. Поляризация люминесценции. Излучение люминесценции при некоторых условиях может быть поляризованным (обычно это линейная поляризация, очень редко - циркулярная). (см."Поляризация", "Анизотропия и свет").
Для поляризации люминесценции необходимо, чтобы люминофор обладал либо собственной, либо наведенной анизотропией. Поляризованные люминофоры получаются при механичес ких растяжениях полимерных пленок, "Пропитанных" анизотропными люминосцензирующими молекулами. Искуственную ориентацию таких молекул можно вызвать также с помощью сильных электричеких и магнитных полей или же в потоке жидкости (аналогично эффекту Маховелла). В случае фотолюминесценции ее поляризация обнаруживается при возбуждении поляризованным светом.
Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Люминесценция, в книге "Физический энцеклопидический сло варь" т.3,М.,1963. 2. С.И.Вавилов, О "горячем" и "холодном" свете, М., "Знание",1959. 3. В.А.Соколов, А.Н.Горбань, Люминесценция и адсорбция, М., "Наука",1963. 4. Неорганические люминофоры, Л.,"Химия", 1975. 5. И.К.Верищагин, Электролюминесценция кристалов, М., "Наука", 1974. 6. П.Ребань, Люминесценциям издание Тартусского университета, 1968. 7. А.с. 179072, 180859, 181823, 186366, 187080, 227805, 232500, 232548, 234710, 256332, 257052, 274486, 276495, 280979, 288482, 340966, 512452, 525910, 526072. С ША патенты 3261979, 3561271, 3562525, 3566114.

16. АНИЗОТРОПИЯ И СВЕТ.
Превращение естественного света в поляризованный и изменение типа поляризации (см."Поляризация") при различных оптических явлениях почти всегда связаны с оптической анизотропией вещества, т.е. с различием оптических свойств по различным направлениям. Оптическая анизотропия является следствием анизотропии структуры и вещества. Создавать или менять анизотропию структуры и вещества можно воздействием самых различных факторов (деформация, электрическое поле и т.д.). Этим и обьясняется разнообразие эффектов, так или иначе влияющих на поляризацию светового излучения.
В ряде таких эффектов поляризация света происходит без дополнительного воздействия на вещество. Так, например, естественный свет, отраженный под углом Брюстера, полностью линейно поляризованный (см."Отражение и преломление"), а правоциркулярно-поляризованный свет при перпендикулярном отражении от стеклянной пластинки превращается в левоциркулярно-поляризованный.
16.1. На границе анизотропных проз рачных тел (в первую очередь кристаллов) свет испытывает двойное лучепреломление т. е. расцепляется на два взаимно-перпендикулярно поляризованных луча, имеющие различные скорости распространения в среде обыкновенный и необыкновенный. Первый из них поляризован перпендикулярно оптической оси кристалла и распространяется в нем как в изотропной среде. Второй луч поляризован в главной плоскости кристалла и испытывает на себе все "превратности анизотропии". Так его коэффицент преломления изменяется с направлением, он преломляется даже при нормальном падении на кристалл.
Так происходит двулучепреломление в одноосных кристаллах. В случае двуосных кристаллов картина расщепления несколько сложнее (1-3,6,7,).
Эффект двойного преломления положен Николем в основу изобретенной им поляризационной призмы. Он использовал различие показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, создав для одного из них условия полного внутреннего отражения, после которого этот луч, изменив свое направление, погло щается зачерненной боковой гранью призмы. Другой луч полного внутреннего отражения не испытывает и проходит сквозь призму, а так как это полностью поляризованный луч, то на выходе призмы получается полностью линейно-поляризованный свет.
16.2. Механо-оптические явления.
Здесь рассматривается ряд эффектов, приводящих к возникновению оптической анизотропии под действием механических сил.
16.2.1. Фотоупругость - так называется возникновение в изотропных прозрачных твердых телах оптической анизотропии и связанного с ней двойного лучепреломления под действием механических нагрузок, создающих в твердых телах деформации.
При пропускании луча света через такое , пре, тело возникает два луча и различной поляризации,интерференция между которыми приводит к образованию интерференционной картины, вид кот позволяет судить о величинах и распределении напряжений в теле или же об изменениях структуры вещества. Поскольку оптичеспия обусловлена именно нарушениями первоначальной изотропной структуры вещества, то эффек т фотоупругости позволяет визуализировать как упругие деформации, так и остаточные, а это значит , что о деформациях и нагрузках можно судить и после снятия этих нагрузок.
Фотоупругость наблюдается и в кристаллах, т.е. в веществах , уже обладающие анизотропией свойства. При этом изменяется характер анизотропии: например, в одноосном кристалле может возникнуть двойное преломление в направлении его оптической оси,вдоль которой он первоначально изотропен.
Эффект фотоупругости - один из самых тонких методов изучения структуры и внутренних напряжений в твердых телах (4)
А.С. N.249025: Способ оценки распределения контактных напряжений по величине деформации пластичной прокладки, располагаемой в зоне контакта между соприкасающимися поверхностями, отличающийся тем,что с целью повышения точности,в качестве пластичной прокладки используют пленку из оптически чувствительного материала, которую затем просвечивают поляризованным светом в направлении действия контактных сил и по картине полос судят о распределении контактных напряжений.
А.С. N.226811 Франция,заявка N.2189705 Япония,заявка N.49-16676. США. патент N.3800594
16.2.2. Э ф ф е к т М а к с в е л л а .
Так называют возникновение оптической анизотропии (двойного лучепреломления) в потоке жидкости. Этот эффект обусловлен двумя причинами: преимущественно ориентации частиц жидкости или растворенного в ней вещества (полной ориентации мешает броуновское движение)и их деформацией, которые возникают под действием гидродинамических сил при относительном смещении прилежащих слоев жидкости, т.е. при наличии градиента скорости по сечению потока.В основном возникновение градиента скоростей в потоке определяется тормозящим воздействием стенок (например,трубы). Относительная роль ориентации и деформации частиц различна в различных жидкостях и зависит от свойств и структуры молекул: в случае длинных анизотропных частиц и молекул основную роль играет ориентация, для глобулярных изотропных - больший вклад дает информация,т.к. ориентация таких частиц в потоке незначител ьна.По сути дела,эффект Максвелла - это вариант эффекта фотоупругости для жидкостей. Отсутствие в жидкости напряжений упругой деформации компенсируется ее "динамизацией" ,приведением ее в движение,что создает деформацию отдельных молекул.
Величина эффекта Максвелла зависит, в частности от формы и размеров частиц,что позволяет использовать его для измерения этих величин. (5)
Практическое применение эффекта в основном лежит, в области тонких иследований фиологических объектов,таких,как определение размеров ряда вирусов,изучение структуры многих белковых молекул и др.
16.3. Электрооптические явления.
Так называют явления связанные прохождением света через среды, помещенные в электрическом поле.
16.3.1. Электрооптический эффект Керра.
Многие изотропные вещества, помещенные в электрическое поле, приобретают свойства одноосных кристаллов, т.е. обнаруживают оптическую анизотропию, приводящую к двойному лучепреломлению света, проходящего через вещество перендикулярно направлению поля. При этом величина двойного лучепреломления пропорциональна квадрату напряженности поля и ее знак не меняется при изменении направления поля на обратное. (другие названия эффекта: квадратичный электрооптический эффект, поперечный эл. опт. эффект).
Величина эффекта зависит от вещества, его температуры и длины волны света. В газах эффект Керра мал, а в жидкостях его величина гораздо больше. Аномально сильно он проявляется в нитробензоле и подобных ему жидкостях.
Наиболее часто указанный эффект реализуется в т.н.электрооптических затворах Керра. Прозрачную кювету с электродами для создания поля, заполненную нитробензолом, помещают между скрещенными поляризатором и анализатором таким образом, что направление поля составляет угол 45 градусов с их главными плоскостями поляризации. Если поле отсутствует, такое устройство не прозрачно для света. При наложении поля, линейно поляризованный свет при прохождении через кювету расцепляется на два перепендикулярно поляризованных луча, имеющих в пределах кюветы различные ск орости распространения. При этом между ними возникает разность фаз, что приводит к эллиптической поляризации света, вышедшего из кюветы. При этом часть его проходит через анализатор. Затвор открыт (6). Высокая скорсть срабатывания такого затвора (10 в минус 11 степени сек.) обусловило его применением в исследованиях быстропротекающих процессов и для высокочастотной (до 10 в 9 степени Гц) модуляция оптических сигналов. Применение эффекта дает хорошие результаты и в том случае, когда требуется безинерционное пространственная модуляция света (отклонение луча, его расщепление и т.п.). Взаимосвязь через эффект Керра двух полей - электрического и оптического - позволяет применять его для дистанционного измерения электрических величин оптическими методами.
Еще два примера применения эффекта Керра:
А.с. 235 350: Оптическая система с управляемым фокусным расстоянием, отличающийся тем, что с целью безинерционного изменения фокусного расстояния она выполнена ввиде цилиндрического рабочего тела из вещества, обладаю щего электрооптическим эффектом, помещенного внутрь, например, шестипольного конденсатора, электрическое поле которого создает такое распределение показателя преломления в веществе рабочего тела, что падающий на его торец параллельный пучек света собирается в фокусе, положение которого на оси системы зависит от приложенного конденсатору напряжения.
А.с. 464 792: Устройство для измерения температуры содержащее источник света, пластины из матированного прозрачного материала, пространстве между которыми заполненно жидкостью с близким поастинам показателем преломления и различным по знаку или величине температурным коэффициентом показателя преломления, отличающееся тем, что с целью расширения диапазона измерений, в него введены, прозрачные электроды, выполненные, например, на основе пленок окиси олова, нанесенные снаружи на плстины, подключенные к истичнику питания, а в качестве жидкости заполняющей пространство между пластинами использован нитробензол.
Значительным квадратинным электрооптическим эффектом о бладают и некоторые кристаллы (КТ Ват )
А.с. 497 547: Способ углового отклонения светового луча, преломленного на границе раздела двух сред путем изменения показателя преломления одной или обеих сред с использованием электрооптического эффекта, отличающийся тем, что с целью управления углом отклонения, достижения при малой инерционности и быстродействия плоско-поляризованный луч света направляют на крисчталлы, которые размещают в переменном по знаку и величине электростатическом поле т ориентируют таким образом, что главные оси сечений их оптических индикаторисс нормальными к лучу плоскостными совпадают с направлениями колебаний поляризованного света и изменяются на разные по знаку величины при наложении электростатического поля на оба кристалла.
Эффект Керра, вызванный электрическим полем световой волны называется высокочастотным. Он проявляется в том, что для мощного излучения показатель преломления жидкости зависит от интенсивности света т.е. среда становится нелинейной, что для интенсивных лазерных пучков приводит к самофокусировке (см. эффекты нелинейной оптики)(6).
16.3.2. ЭФФЕКТ ПОККЕЛЬСА.
Возникновение двойного лучепреломления в кристалле при наложении электрического поля в направлении распространения света называется эффектом Поккальса. При этом величина разности фаз расщепленных лучей пропорциональна первой степени напряженности поля (линейный электрооптический эффект, а также продольный электрооптический эффект). Наиболее ярко эффект реализуется в кристалле дигидрофосфата калия (КДР).
Эффект Поккельса по сравнению с эффектом Керра имеет меньшую зависимость от температуры. Применение этих эффектов аналогичны (затворы вращатели плоскости поляризации, индикаторы электрического поля, модуляторы света).
А.с. 440 606: Оптико-электронное устройство для измерения мощности, содержащее монохротический источник излучения, магнитооптическую ячейку Фарадея с поляризатором и анализатором, фотоприемник и усилитель с нагрузкой в выходной цепи, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерени я, оно снабжено последовательной цепочкой элементов состоящей из четвертьволновой пластины, электрооптической ячейки Поккельса и дополниельного анализатора, установленной между анализатором ячейки Фарадея и фотоприемником.
А.с. 398 153: Модулятор света, включающий в полупроводниковую структуру генерирующую в домены сильного поля, боковая поверхность или часть боковой поверхности, которая покрыта диэлектриком, отличающийся тем, что с целью расширения частотного диапазона модулируемого излучения, уменьшение потерь и увеличение коэффициента модуляции, диэлектрическое покрытие выполнено из материала с константой электрооптического эффекта большей, чем у материала полупроводниковой структуры.
16.4. Магнитооптические явления.
К ним относят группу явлений, связанных с прохождением электромагнитного излучения через вещества помещенные в магнитном поле.
16.4.1. Эффект Фарадея.
Если линейно-поляризованный свет проходит через вещество помещенное в магнитное поле, вектор напряженности которого совпадает с напряжением распространения света, то плоскость поляризации света поварачивается на некоторый угол. Этот угол пропорционален длине пути света в веществе и напряженности поля, и обратно пропорционален квадрату длины волны. Зависит он от свойств вещества. Так, он сильно изменяется вблизи линий поглощения данного вещества. особенно сильный эффект наблюдается в тонких прозрачных пленках железа, никеля и кобальта. При прохождении света в прямом и обратном направлении углы поворота вследствии эффекта Фарадея не компенсируются, а суммируются, в отличии от естественного вращения поляризации в некоторых веществах. Диамагнетики в магнитном поле всегда обнаруживают положительное вращения (т.е. вращение по часовой стрелке, если смотреть по направлению поля), пара и ферромагнетики - отрицательные.
А.с. 491 916: Позиционно-чувствительный датчик с магнитооптической модуляцией, содержащий поляризатор, анализатор и ячейку Фарадея, отличающийся тем, что с целью повышения чевствительности, магнитооптический активный элемент ячейки Фарадея выполнен из составных двух частей, например, призм с противоположным по знаку постоянными Верде, расположенных в симметрично относительно оптической оси системы.
Природа эффекта обьясняется различным влиянием магнитного поля на скорость распространения в веществе првоциркулярно и левоциркулярно поляризованных световых волн, в результате чего между ними накапливается разность фаз, приводящая при их сложении к возникновению волн с повернутой плоскостью поляризации (8).
Как обычно, возможные применения вытекают из физической сущности эффекта;управление поворотом плоскости поляризации с помощью магнитного поля или же измерение магнитных полей по углу поворота плоскости поляризации.
А.с. 412 698: Оптический квантовый генератор, содержащий задающи генератор, оптический квантовый усилитель и установленные между ними согласующее устройство, отличающеесятем, что с целью улучшения однородности пучка без уменьшения его мощности, согласующее устройство выполнено ввиде расположенного между двумя по ляризаторами элемента, обладающего измеряющейся по радиусу вращательной способностью.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестые названного элемента использован вращатель Фарадея, выполненный ввиде цилиндра из свинцового стекла установленного в соленоиде.
А.с. 479 147: Устройство магнитооптического воспроизведения информации с магнитного носителя, содержащее источник плоскополяризованного света, анализатор, фотоприемник и магнитную головку, отличающееся тем, что с целью повышения чувствительности, его магнитная головка снабжена магнитооптическим кристаллом установленным на участке заднего зазора, расположенным на одной линии между источником плоскополяризованного света и анализатором пучка этого света.
Часто эффект Фарадея используют для создания невзаимных элевентов т.е. устройств, пропускающих излучение только в определенном направлении (6).
Оптический вентель состоит из двух поляризаторов, скрещенных под углом 45 градусов и элемента Фарадея, помещенного между ними. Элемент расчитан так, что вращая плоскость поляризации света на 45 градусов, и свет проходит через второй поляризатор. Луч, идущий в обратном направлении, вращается в ту же сторону, что и прямой луч и оказывается повернутым на 90 градусов относительно первого поляризатора, и значит не пропускается им. В частноссти такие вентили используют в лазерах бегущей волны и и в оптических усилителях.
В СВЧ-технике для создания вентилей, фазовращателей и циркуляторов широко исполуют эффект Фарадея на ферритах, которые практически прозрачны для электромагнитных волн этого диапазона (дици-санти и миллиметровые радиоволны).
16.4.2. Существует и так называемый обратный эффект Фарадея - возникновение в среде магнитного поля под действием мощного циркулярнополяризованного света, вызывающего циркулярное движение электронов (1).
16.4.3. Частным случаем эффекта Фарадея является магнитооптический эффект Керра - при отражении под любым углом, в том числе и по нормали к поверхности, линейнополяризованного света от намагниченного ферромагни тика возникает элептическиполяризованный свет. Фактически, магнитооптический эффект Керра это вращение плоскости поляризации части излучания в тонком поверхностном слое ферромагнитика в магнитном поле.
Магнитооптическая установка для автоматической записи магнитных характеристик ферромагнетика, в которой использование магнитооптического эффекта Керра позволяет снимать кривые намагничивания и дистеризиса на учатках поверхности размером 1 мк2. (приборы и техника эксперимента, 1973,нр-5, стр. 215-217)
16.4.4. При распространении света в веществе перпендикулярно магнитному полю возникает двойное лучепреломление, величина которого пропорциональна квадрату напряженности магнитного поля. (ээфект Коттона-Муттона).
Наложение сильного магнитного поля ориентирует хаотически расположенные молекулы (если последние имеют постоянный магнитный момент), что и приводит к оптической анизотропии. Этот эффект много слабее, чем электрооптических эффект Керра, а в технике применяется редко.
Механизм всех магнитооптическ их явлений тесно связан с механизмом прямого и обращенного эффекта Зеемана.
16.4.5. Прямой (обращенный) эффект Зеемана состоит в расщеплении спектральных линий испускаемого (поглощаемого) излучения под действием магнитного поля на излучающее (поглощающее)вещество. При этом неполяризованное излучение с частотой направления поля расщепляется на два компанета (линии) с частотами и , первая из которых поляризована по левому кругу, а вторая по правому. В направлении же перпендикулярном поля расщепление имеет такой характер: имеется при линейном-поляризованные компоненты с чатотамти.
Крайние компоненты поляризованны перпендикулярно магнитному полю средние же, с неизхменной частотой поляризованна вдоль поля и по интенсивности вдвое привосходит соседние. Величина смещения частоты пропорциональна индукции магнитного поля. Эффект Зеемана обусловлен расщеплением в магнитном поле энергетических уровней атомов или молекул на подурони, между которыми возможны квантовые переходы.
ФРГ патент 1 287 836: Кольцевой лаз ер для определения скорости вращения имеет трубу и отражательные зеркала, которые создают замкнутый оптический контур, включающий ось лазера, а также средства с помощью которых световые лучи обособляются и накладываются, циркулируя в оптическом контуре в противоположных направлениях. Лазер отличается тем, что предусмотрено устройство служащее для воздействия на трубу лазера осевого магнитного поля таким образом, что в соответствие с эффектом Зеемана, создается два луча с противоположной круговой поляризацией. Предусмотрено устройство, которое обеспечивает поступательное движение только одного такого луча в каждом направлении вдоль оптического контура.
США патент 3 796 499: Аппарат предназначен для реализации способа определения концентрации парамагнитного материала в газовой смеси. Образец смеси подвергают воздействию магнитного поля средней напряженности и освещают лазерным излучением постоянной частоты. Магнитное поле энергетическими уровнями в парамагнитном материале до величины, соответствующей условию резонансас лазерным излучением. Для количественной корреляции вариации интенсивности лазерного излучения, проходящего через смесь, как функция напряженности магнитного поля используют стандартные процедуры детектирования. В случае окиси азота способ достаточно чувствителен, чтобы обнаруживать концентрации, значительно меньше, чем одна часть на миллион.
В заключении отметим, что механизм эффекта Фарадея, по сути дела, обусловлен обращенным эффектом Зеемана. Им же обьсняется избирательное поглощение радиоволн парамагнитными телами, помещенными в магнитное поле (см. "Электронный парамагнитный резонанс") (1,6,7,9).
16.5.Существует ряд явлений,при которых оптическая анизотропия в среде вызывается воздействием из нее энергии светового излучения.Кним относится эффект фотодихроизма,а также поляризация люминесценции.
16.5.1. Дихроизм - это зависимость величины поглощения телами света от его поляризации.Это свойство,в той или иной мере,присуще всем поглощающим свет веществам,обладающим анизотропной с труктурой.Классический пример такого вещества кристалл турмалина. Он обладает двойным лучепреломлением и, кроме того очень сильно поглощает обыкновенный луч.Поэтому даже из тонкой пластины турмалина естественный свет выходит линейно-поляризованным.Дихроизм обнаруживает не только кристаллы но и многочисленные некристаллические тела,обладающие естественной или искуственно созданной анизотропией (молекулярные кристаллы,растянутые полимерные пленки,жидкости,ориентированные в потоке и т.д.).
Эффект фотодихроизма состоит в возникновении дихроизма в изотропной среде под действием на эту среду поляризованного света. Свет вызывает фотохимические превращания молекул вещества, изменяя коэффициент их поглощения. Поляризованный свет преимущественно взаимодействует с молекулами определе ориентации ,что и приводит к появлению анизотропии поглощения (1)
16.5.2. Естественная оптическая активность.Кроме сред с линейным дихроизмом (т.е. с различным поглощением света,обладающего различной линейной поляризацией) существуют среды,обладающие циркулярным дихроизмом,по разному пог правоциркулярнои левоциркулярно-поляризованный свет. Циркулярным дихроизмом как правило обладают вещества с естейственной оптической активностью
Естественной оптической активностью называют способность вещества поворачивать плоскость поляризации прошедшего через него света. Величугла поворота зависит от длины волны света т. е. имеет место вращательная дисперсия. Кроме того, этот угол пропорционален толщине слоя вещества, а для растворов и концентрации.
Явление естественной оптической активности используется при определении концентраций различных растворов сахариметрии.
Естественная оптическая активность объясняется явлением двойного цирулирного лучепреломления,т.е. расщеплением света на две циркулярно-поляризованные компоненты-левую и правую. (следует отметить,что эффект Фарадея объясняется возникновением циркулярного преломления в магнитном поле).Направление вращения плоскости поляризации при естественной оптич. (левостороннее или правостороннее ) зависят от пироды вещества. Это связано с существованием веществ в двух зеркальных формах-левой и правой (свойство ассиметрии)(1),(2),(5).
16.6. Поляризация при рассеивании света.
Рассеяный на неоднородных средах естественный свет в некоторых направлениях является линейно-поляризованным и, наоборот, линейно-поляризованный свет в некоторых направлениях не рассеивается). В основе этого явления (как и при поляризации света, отраженного под углом Брюстера) лежит природа самой электромагнитной поперечной световой волны (см."Поляризация"), а вовсе не анизотропия и ориентация молекул, что лишь препятствует полной поляризации рассеивания света.
Поляризация при рассеивании - единственный метод поляризации рентгеновского излучения (1).
Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Н.Д.Жевандров. Анизотропия и оптика. М., "Наука",1974 2. Г.С.Ландсберг, Оптика. М., "Наука", 1976 3. У.Шерклиф, Поляризованный свет. М., "Мир",1965 4. М.Фрахт, Фотоупругость,т.1-2. М.,1950 5. А.Вайсбергер, Физич еские методы в органической химии, пер. с англ. т.5, М., 1957 6. Квантовая электроника, изд. "Советская энциклопедия", М.,1969 7. Р.Дитчберн,Физическая оптика, пер. с англ.,М.,1965 8. Г.Иос,Курс теоретической физики, "Учпедгиз", М.,1963 9. М.Борн, Атомная физика, пер. с англ., М.,1965 10. А.с. 154680, 178905, 243872, 268819, 391672, 416595, 474724 США патенты 3588214, 3558215, 3558415, 3588223, 3811778 Великобритания, заявка 1354509 ФРГ заявка 2333242 Франция, заявка 22099357

17. ЭФФЕКТЫ НЕЛИНЕЙНОЙ ОПТИКИ.
До сих пор мы рассматривали оптические явления в предположении, что интенсивность (вт. см2) световой волны никак не влияет на физику явления. Так оно и было до тех пор, пока в оптике оперировали со световыми волнами, напряженность электрического поля которых была пренебрежительно мала по сравнению с внутренним электрическим полем (10 в девятой степени в/см), определяющим силы связи оптического электрона с ядром атома. Однако, с появлением лазеров, опыта со световыми пучками, интенсивность которых достигает NNNNN вт.см2,(электрическое поле световой волны соизмерно с внутриатомным, показали, что существует сильная зависимость характера оптических эффектов при достижении некоторых пороговых знаний интенсивности.
Оптические эффекты, характер которых зависит от интенсивности излучения называют нелинейными. Далее мы приведем некоторые из них.
17.1. Вынужденное рассеяние света.
Случайные изменения плотности среды, обусловленные тепловыми движениями молекул (тепловые аку стичекие волны), рассеивают световую волну и модулируют ее по частоте, при этом возникают сателлиты с частотами, равными сумме и разности частот световой волны и тепловых акустичеких колебаний (спонтанное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна). Однако отношение интенсивности сателлитов интенсивности падающего излучения составляет лишь 10 в минус шестой степени.
При увеличении интенсивности падающего излучения выше порогового значения происходит следующее. Под действием электрического тока из-за явления электрострикации возникают импульсы избыточного давления, достигающие в поле лазерного луча дес. тыс. атмосфер. Возникает акустическая волна давления (гипарзвук, 10 в 10-ой степени Гц), изменяющая показатель преломления по закону бегущей волны. Эти изменения показателя преломления образуют в среде как бы дифракционную решетку, на которой и происходит рассеяние световой волны. При этом интенсивность сателлитов становися сравнимой с интенсивностью падающей волны, а количество их возрастает. Описанный эффект называе тся вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
При достаточно больших интенсивностях падающего излучения нелинейная среда стать может генератором звука со световой накачкой. С помощью лазеров удается возбуждать мощные (до 10 квт) гиперзвуковые колебания во многих жидкостях и твердых телах.
Свой нелинейный аналог и комбинационное рассеяние (см."Поглощение и рассеяние"). При вынужденном комбинационном рассеянии мощное световое излучение возбуждает в среде когерентные колебания молекул, на которых и происходит его рассеяние с образованием суммарных и разностных сателлитов. Частота наиболее мощного из них меньше частотоы падающего света на частоту молекулярных колебаний.
Так, при рассеянии красного излучения лазеров в камере со сжатым водородом, когда интенсивность достигает пороговой величины около 10 в 8-ой степени вт/см2, число компонентв рассеянном излучении настолько возрастает и их интенсивность настолько высока, что, луч, выходящий из газа, из красного становится белым. Аналогичен опы т по ВКР в жидкостях, например, в нитробензоле. Особенность здесь в том, что рассеянные компоненты с различной длиной волны пространственно разделены и образуют на экране цветные кольца.
Вынужденное расеяние (ВКР и ВРМБ) применяется, в основном, для последования структуры и свойств вещества, для изучения нелинейных процессов в средах. Используется также для накачки полупроводниковых ОКР, для управления параметрами твердотельных ОКГ. Может использоваться для создания преобразователей частоты мощного когерентного света в ультрафиолетовой, видимой и особено инфракрасной областях спектра
17.2. Генерация оптических гармоник.
При рассеянии интенсивного лазерного излучения в жидкостях и кристаллах, помимо описанных выше боковых спектральных компонент, обнаруживаются компоненты с частотами, в точности кратными частоте падающего излучения (двухкратными, трехкратными и т.д.), называемые оптическими гармониками. В некоторых кристаллах эти гармоники могут составлять до 50% рассеянного излучения. Таким образом, е сли направить красное излучение рубинового лазера (0,69 мкм) на кристалл дигидросфата калия, то на выходе можно получить невидимое ультрафиолетовое излучение (0,345 мкм).
17.3. Параметрическая генерация света.
Поместим нелинейный кристалл в оптический резонатор и направим на него мощное световое излучение накачки. Одновременно подадим на кристалл два слабых излучения с чатотами, сумма которых равна частоте излучения накачки. При этом в кристалле возникает генерация двух мощных когерентных световых волн, частота которых равна частотам этих двух слабых излучений. В действительности же, кроме волны накачки, нет необходимости ни в каких дополнительных излучениях, т.к. в кристалле всегда найдутся два спонтанно излучающих фотона с соответствующими частотами. Существенным является то, что при повороте кристалла в резонаторе, частоты генерируемых волн могут плавно перестраиваться, в сумме оставаясь равными частоте волны накачки. Это позволяет создавать оптические преобразователи, квантовые усилители и генератор ы, плавно перекрывающие широкий диапазон излучений от видимого до далекого инфракрасного при фиксированной частоте накачки.
ФРГ патент 1 287 229: Преобразователь частоты содержит неинейный электрооптический двоякопреломляющий кристалл, через который когерентный входной световой сигнал пропускается под таким углом к оптичекой оси кристалла, что внутри кристалла возникают два колебания с другими частотами. Эти колебания согласованы между собой и в кристалле модулируются или регулируются по фазе одновременно.
Нелинейный кристалл расположен внутри оптического резонатора и подвергается не только электрооптической модуляции, но и регулировке по температуре с целью подстройки частоты.
17.4. Эффект насыщения.
Так называют эффект уменьшения интенсивности спектральной линии поглощения (или вынужденного излучения) при увеличении мощности падающего на вещество внешнего электромагнитного излучения. Причиной эффекта насыщения является выравнивание населенности двух уровней энергии, между которыми под действием излучения происходят вынужденные квантовые переходы "вверх" (поглощение) и "вниз" (вынужденное излучение). В случае поглощения при этом уменьшается доля мощности излучения, поглощенного веществом. Абсолютная величина поглощаемой мощности при этом, однако не падает, а увеличивается, стремясь к некоторому пределу. В случае активного вещества с инверсией населенностей эффект эффект насыщения приводит к уменьшению мощности вынужденного излучения, что ставит предел величине усиления в квантовых усилителях.
Однако эффекту нашли широкое применение в лазерной технике, где он используется для модуляции добротности оптических резонаторов с помощью просветляющихся под действием мощного излучения светофильтров. Кроме того, эффект насыщения используется для создания инверсии населенностей в трехуровневых квантовых системах.
17.5. Многофотонное поглощение.
Если эффект насыщения делает среду, непрозрачную для слабого светового поля, прозрачной для сильного, то для оптически прозрачных сред может иметь место обратная ситуация. Здесь интенсивное излучение может поглощаться гораздо сильнее чем слабое. Некая аналогия фотохромному эффекту, однако механизм совершенно иной. Он состоит в том, что при больших плотностях излучения и элементарном акте взаимодействия света с веществом могут одновременно поглощаться два или несколько фотонов, сумма энергий которых равна энергии перехода.
Эффект многофотонного поглощения используется, в основном, в так называемой многофотонной спектроскопии, дающей дополнительную информацию о строении вещества, недоступную для обычной спектроскопии.
17.5.1. Многофотонный фотоэффект.
Эффект состоит в том, что при высокой интенсивности светового поля ионизация атомов может производить под воздействием излучения, для которого энергия кванта меньше энергии ионизации. Это обьясняется тем, что происходит одновременное поглощение нескольких фотонов, сумма энергий которых больше энергии ионизации атомов. Здесь просматривается некая анология с антистоксовской люминесценцией (см.&q uot;Люминесценция"). Следует отметить, что, например, для двухфотонного фотоэффекта величина тока в фотоэлементе пропорциональна квадрату мощности лазерного излучения.
17.6. Эффект самофокусировки.
Известно, что первоначально параллельный пучок света по мере рапространения в среде (включая и вакуум) расплывается за счет дифракционных явлений. Это справедливо при малых интенсивностях света, пока еще среда остается линейной. с увеличением мощности светового пучка его расходимость начинает уменьшаться. При некоторой критической мощности пучок может распространяться, вообще не испытывая расходимости (режим самоканализации), а при мощности, превышающей критическую, пучок скачком сжимается к оси и сходится в точку наа некотором расстоянии от места входа в среду ставшую теперь нелинейной. Происходит пройесс самофокусировки. Это расстояние, называемое эффективной длиной самофокусировки, обратно пропорционально квадратному корню из интенсивности пучка. Оно также зависит от его диаметра и оптических свойств среды. Открытие эффекта самофокусировки пренадлежит Г.А.Аскорьяну (открытие - 67).
Физические причины этого эффекта заключаются в изменении показателя преломления среды в сильном световом поле. В это изменение вносит свой вклад также эффекты, как электрострикция, высокочастотный эффект Керра и изменение преломления среды за счет ее нагрева в световом пучке. Вследствии этих эффектов, среда в зоне пучка становится оптически неоднородной; показатель преломления среды определяется теперь распределением интенсивности световой волны. Это приводит к явлению нелинейной рефракции, т.е. переферийные лучи пучка отклоняются к его оси, в зону с большей оптической плотностью. Таким образом нелинейная рефракция начинает конкурировать с дифракционной расходимостью. При взаимной компенсации этих процессов и наступает самоканализация, переходящая в самофокусировку при привышении критической мощности пучка. Процесс самофокусировки выделяется среди прочих нелинейных эффектов тем, что он обладает "лавинным" характеро м. Действительно, даже малое увеличение интенсивности в некотором участке светового пучка приводит к концентрации лучей в этой области, а следовательно и к дополнительному возрастанию интенсивности, что усиливает нелинейную рефракцию и т.д.
Отметим, что критические мощности самофокусировки относительно не велики (для ниробензола - 25 квт, для некоторых сортов оптического стекла - 1 вт), что создает реальные предпосылки использования описанного эффекта для передачи энергии на значительные расстояния.
Интересно, что при самофокусировке излучение импульсных лазеров в органических жидкостях пучок после "охлопывания" распространяется не ввиде одного пучка, а распадается на множество короткоживущих (10 в минус 10-ой степени сек.) узких (мкм) областей очень сильного светового поля (около 10 в 7-ой степени в/см) - световых нитей. Это явление обьясняют тем, что при самофокусировке лазерных импульсов нелинейная среда работает как линза с изменяющимися во времени фокусными расстояниями, и быстрое движени е фокусов (скорости порядка 10 в 6-ой степени м/сек.) в сочетании с аберрациями "нелинейной линзы" может создать длинные и тонкие световые каналы.
В нелинейной оптике уже обнаружено множество интереснейших эффектов. Кроме описанных выше, к ним относятся такие эффекты как оптическое детектирование, гетеродинирование света, пробой газов мощным излучением с образованием т.н. "лазерной искры", светогидравлический удар, нелинейное отражение света и другие. Некоторые из эффектов уже нашли применение не только в научных исследованиях, но и в промышленности. Так например, светогидравлический удар (см."Гидравлические удары") применяется при штамповке, упрочнения материалов, для ударной сварки и т.д., что наиболее себя оправдывает в производстве микроэлектроники, в условиях особо чистых поверхностей.
17.7. Светогидравлический удар (открытие - 65)
Эффект заключается в том, что при пропускании мощного лазерного излучения через жидкость в ней возникают акустические волны с высоким да влением, достигающим миллиона атмосфер, сопровождающиеся вспышкой белого света и выбросом жмдкости на значительные расстояния, при этом тела, помещенные вблизи удара, подвергались сильным деформациям и разрушению. Точной теории эффекта еще нет, однако уже ясно, что это целый комплекс явлений. Здесь и самофокусировка, увеличивающая интенсивность световой волны в малом обьеме, и первоначальное ее поглощение, связанное с ВРМБ (см. 17.1) и усиленное поглощение света образующейся плазмой, что приводит к возникновению ударной волны и затем к авитации в жидкости. Предварительная фокусировка лазерного пучка и введение в жидкость поглощающих добавок значительно усиливают проявления эффекта.
17.8. Нелинейная оптика.
Нелинейная оптика - новая и постоянно развивающаяся наука. Многообразие ее эффектов далеко не исчерпано известными ныне. Так, совсем недавно были предсказания теоретически гистеризисные скачки отражения и преломления на границе нелинейной среды - целый класс новых эффектов нелинейной оптики. (Данных о б эксперементальном подтверждении их существования пока нет.)
Суть эффектов заключается в следующем. Если под небольшим углом скольжения на границу раздела двух сред с близкими значениями диэлектрической проницаемости, одна из которых нелинейна, падает пучок мощного светового излучения, то при изменении интенсивности излучения (угол падения фиксирования), когда она достигает определенного значения, может произойти скачок от прохождения к полному внутреннему отражению, при обратном изменении интенсивности скачок от ПВО к прохождению произойдет уже при другом ее значении. Такие же скачки могут наблюдаться и при изменении угла падения, когда фиксировано значение интенсивности.
Если существование этих эффектов подтвердится, то они могут быть широко использованы для исследования нелинейных свойств веществаи в лазерной технике. Так, например, гистеризисная оптическая ячейка может служить идеальным затвором в лазере при генерации гигантских импульсов, т.к. в режиме ПВО практически не поглощает энергии; с помощ ью гистерезисных эффектов можно будет с большой точностью измерять интенсивность излучения, фиксируя скачки и т.д.
Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Квантовая электроника, Маленькая энциклопедия, изд. Советс кая энциклопедия, М., 1966. 2. Н.Бломберген, Нелинейная оптика, пер. с англ., М., 1966 3. М.Шуберт, В.Вильгельми, Введение в нелинейную оптику пер. с нем. "Мир", М., 1973. 4. Ф.Цернике, Дж.Мидвинтер, Прикладная нелинейная оптика, пер. с англ., "Мир", М., 1976 5. Ю.П.Конюшая, Открытия и начно-техническая революция, "Мос ковский рабочий", М., 1974 6. Г.А.Аскарьян, ЖЭТФ, 42, 1567, 1962 7. А.Ю.Каплан, Письма в ЖЭТФ, 9, 58, 1969 8. А.К.Каплан, Письма в ЖЭТФ, том 24, вып. 3, 1976

18. ЯВЛЕНИЯ МИКРОМИРА.
18.1. Радиоактивность.
Под радиоактивностью обычно понимают самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного вещества в изотопы другого; при этом происходит испускание элементарных частиц и жесткого электромагнитного излучения. Различают естественную и искуственную радиоактивность. Процессы, происходящие при естественной радиоактивности позволяют судить о структуре и свойствах радиоактивных веществ.В настоящее время все большее значение получают процессы,связанные с искуственной радиоактивностью.Практически все вещества имеют радиоактивные изотопы, поэтому, не изменяя химического строения вещества можно его пометить, сделав часть ядер радиоактивными. Это позволяет с большей точностью следить за перемещением этого вещества или изучать его внутреннюю структуру.
А.с. 234 740: Способ определения концентрации пылевых частиц с осаждением этих частиц в осадительном устройстве, отличающийся тем, что с целью расширения диапазонав измерения, в исследуемый газ добавляют радио активный газ, например, радон, а после осаждения частиц определяют их радиоактивность по величчине которой судят о концентрации пылевых частиц в газе.
А.с. 242 324: Способ ускоренного определения годности защитно-моющих и лекарственных веществ наружного применения, при котором на кожу наносят слой исследуемого вещества, отличающийся тем, что с целью определения времени проникновения вещества сквозь кожу и времени выполнения им барьерных функций, в исследуемое вещество предварительно вводят радиоизотопы, например, йода, фояфора или серы, и проводят радиометрические измерения исследуемого обьекта.
18.2. Рентгеновское и гамма излучения.
Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном, имеет ту же электромагнитную природу, что гамма излучение испускаемые ядрами атомов радиоактивных элементов, поэтому оба вида изучения подчиняются одинаковым закономерностям при взаимодействии с веществом. Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключения в механизме их возникновения. Рент геновское излучение - внеядерного происхождения, гамма излучение - продукт распада ядер.
18.2.1. Рентгеновское излучение возникает либо при торможении заряженных частиц (электронов) высокой энергии в веществе (сплошной спектр) (см. 18.4.3. "Тормозное излучение"), либо при высоко-энергетических переходах внутри атома (линейчатый спектр). Недавно установлено, что рентгеновское излучение может также возникать в результате явления адгезолюминесценции, которыая наблюдается при очень быстром отрыве от гладкой поверхности липкой ленты. Такой быстрый отрыв может происходить, например, при быстром качени по металлической поверхности цилиндра, покрытого липкой лентой. В этом случае пленка и металлическая поверхность образуют как бы обкладки микроскопического конденсатора, напряженность поля в котором может достигать сотни тысяч электрон вольт. Электроны, разогнанные в миниконденсаторе, тормозятся, затем в веществе, испуская при этом рентгеновское излучение.
18.2.2. Рентгеновские лучи применяют для просв ещения различных веществ с целью выявления скрытых эффектов. При деформации неподвижного микрокристалла, на рентгенограммах наблюдается размытие в определенных направлениях интерференционных пятен
(явление астеризма). Появление астеризма обьясняется тем, что монокристалл в процессе деформации разбивается на отдельные участки (фрагменты) размером 1-0,1 мкм. С увеличением деформации монокристалла интерференционные пятна удлиняются. По направлению и степени растяжения пятна можно судить о колличестве размере и форме фрагмента и исследовать характер протекания деформации.
Из других областей применения рентгеновских лучей можно назвать:
- рентгеновскую дефектоскопию; занимающеся просвечиванием твердых тел с целью установления размера и места нахождения эффекта внутри материала;
- рентгеновскую спектроскопию рентгено-спектральный ана лиз. Основная цель - исследование электронного строения веществ по их рентгеновским спектрам. Области применения - исследования химического строения веществ, технологически е процессы горнорудной и металлургической промышленности
- рентгеновскую микроскопию широко прменяющихся для исследования обьектов непрозрачных для видимого света и электронов (биология,медицина,минералогия,химия, металлургия).
А.с. 427 698: Способ измерения моментов инерции неоднородных, несвободных тел, заключающийся в поступательном перемещении исследуемого тела относительно пространственной оси, отличающийся тем, что с целью устранения влияния напряжения мускулатуры исследуемого, поперек оси перемещения исследуемого передвигают источник гамма излучения с детектором, регистрирующим интенсивность прошедшего через равные участки тела гамма излучения.
18.3. Взаимодействие рентгеновского и гамма излучения с веществом происходят посредством трех основных процессов: фотоэлектрического поглощения (фотоэффекта), рассеяния и эффекта образования пар.
18.3.1. Фотоэффект. (см. так же 14.1.1.)
При фотоэффекте рентгеновский или гамма-квант передает всю энергию электрону атома. При этом, если электрон полу чает энергию, большую, чем энергияч связи его в атоме, то он вылетает из атома. Этот электрон называется фотоэлектроном. При потере атомами фотоэлектронов освободившиеся места в электронных оболочках в дальнейшем заполняются электронами с внешних оболочек. Переход электронов на более близкую к ядру оболочку сопровождается испусканием кванта характреристического излучения, которое можно зарегистрировать, например, фотоэммульсией.
США патент 3 580 745: Способ и устройство для маркировки банок в контейнере путем облучения чувствительной эммульсией. Перед упаковкой с траспортировочной картонный контейнер, торец каждой банки покрывают чувствительной к облучению эммульсией. Банки, упакованные в контейнер облучают рентгеновскими или гамма- лучами. При этом, покрытие эммульсией торцы банок облучаются через экран с прорезями, имеющими форму маркировочных обозначений (например цены). Таким образом, маркировка упакованных в картонный контейнер банок осуществляется без вскрытия этого контейнера и последующей индивидуа льной маркировки каждой банки.
При малых энергиях квантов (Е 0,5 Мэв) фотоэлектроны вылетают преимущественно в направлениях, перпендикулярных направлению распространения излучения. Чем выше энергия квантов, тем ближе к их первоначальному направлению движение выбрасываемых фотоэлектронов. Процесс образования фотоэлектронов приводит к ионизации облучаемого вещества, что находит большее применение для интенсификации различных технологических процессов.
А.с. 241 010: Способ получения политокарбонилфторида полимиризацией тиокарбонилфторида, отличающийся тем, что с целью упрощния процесса и получения более чистого полимера, полимиризацию осуществляют под действием гамма излучения Со 60.
А.с. 375 295: Способ получения алтилгалогенидов германия взаимодействия четырехгалоидного германия с триалкалгерманием при нагревании, отличающийся тем, что с целью увелечения выхода и чистоты целевого продукта, процесс ведут при гамма облучении.
18.3.2. Рассеяние рентгеновского и гамма излучения.
Различают два основн ых процесса рассеяния: комптновское или кекогерентное (камптон эффект) и корентное рассеяние.
При камптон-эффекте происходит упругое соударение первичного кванта со свободным электроном вещества. камптоновское рассеяние представляет собой взаимодействие кванта с электроном, при котором, в отличии от фотоэффекта, квант передает электрону не всю энергию, а только ее часть, отклоняясь при этом от своего первоначального направления в некоторый угол а электрон, получивший некоторое количество энергии, начинает двигаться под углом к напрвлению движения рентгеновского или гамма-кванта. В результате камптон-эффекта появляется рассеянный квант большей длиной волны, изменившей первоначальное направление, и электрон отдачи (камптоновский электрон), получивший часть энергии кванта. Камптоновские электроны характеризуются непрерывным спектром от ничтожномалых значений до максимальной величины (если они выбрасываются в направлении движения кванта).
18.3.3. В случае, если энергия кванта сравнима с энергией связи элект рона в атоме, происходит когерентное рассеяние квантов. При этом, когда электромагнитная волна встречается с электроном, последний начинает колебаться с частотой этой волны и излучает: энергию ввиде рассеянной волны. Энергия кванта при этом не изменяется. Движение электронов в атоме взаимосвязано, поэтому излучение, рассеянное одним электроном, будет интерферировать с излучением, рассеяным другими электронами этого же атома. Рассеянные гамма кванты несут информацию о структуре облучаемого вещества, поэтому рассеянное излучение можно использовать для различных измериельных целей.
А.с. 120 675: Способ определния угла смачивания и поверхностного или межфазового натяжения непрозрачных систем при высоких температурах фотографирование контура, которое осуществляется в пучках мягких гамма лучей полученных от радиоактивных изотопов, например иридин, 192, тулия 170 или европия 154 или 156.
18.3.4. Эффект образования пар.
При взаимодействии с атомами ядра кванты рентгеновского и гамма излучения достаточно высо кой энергии (не менее 1,02 Мэв) вызывают одновременное появление электронов и позитронов. Процесс образования электронно-позитронных пар происходит в поле атомного ядра или поле электрона. Позитрон существует лишь очень короткий промежуток времени; вслед
за образованием пары наблюдается явление аннигиляции - исчезновение позитрона и какого либо электрона среды, сопровождаемое излучением двух квантов с энергией 0,51 Мэв.
18.4. Взаимодействие электронов с веществом.
Различают следующие виды взаимодествия: упругое и неупругое рассение электронов на атомных ядрах и электроных оболочек и торможение электронов в кулоновком поле атомных ядер.
18.4.1. Упругое рассеяние имеет место при таких столкновениях, при которых происходят лишь изменения направления движения сталкивающихся частиц, тогда как их общая энергия остается неизменной. Основную роль в россеянии электронов играет упругое рассеяние на атомных ядрах, хотя электроны рассеиваются и на электронах атомных оболочек. Вследствии малой массы электронов они отклоняются на углы от 0 градусов до 180 градусов, причем на малые углы электроны отклоняются с большей вероятностью. При отклонении на ьольшие углы электроны несут информацию о строении вещества рассеивателя, что может быть использовано в различных измерительных приборах.
США патент 3 560 742: Портативное устройство для измерения обратно рассеянного фета-излучения предназначено для эффективных измерений толщины покрытия обрабатываемой детали. Устройство содержит зажим для монтажа постоянного зондирующего элемента. Этот зажим является составной частью устройств, регулирующих положение зондирующего элемента относительно обрабатываемой детали с тем, чтобы они контактировали друг с другом. В другом варианте выполнения изобретения, устройство содержит укосину, которая фиксирована относительно обрабатывающей детали. Зажим у укосина предназначен для удержания зондирующего элемента в плотном контакте с поверхностью обрабатываемой детали, т.е. в положении измерения толщины покрытия нанесенного на поверхность о брабатываемой детали.
18.4.2. Неупругое рассеяние элктронов происходит в основном в результате их сталкивания с орбитальными электронами. При столкновении электронов с электронами атомных оболочек часть энергии электронов передается связанному электрону атома. В зависимости от количества переданной энергии происходит возбуждение или ионизация атомов вещества. В этом и другом случае воздействующий электрон теряет свою энергию. Большая часть вторичных электронов обладает незначительно кинетической энергией. Процесс возбуждения сопровождается испусканием характеристического излучения. Процесс неупругого рассеяния, посколько он сопровождается ионизацией может использоваться для интенсификации различных технологических процессов:
Патент СНГ 454 752: Способ приготовления пульпы из древесной цепи путем облучения древесной щепы с последующей варкой, отличающийся тем, что с целью повышения выхода пульпы и улучшения ее качества, облучение щепы производят электронами дозой не менее 1,0 Мрад.
Патент США 3 820 01 5: Устройство для измерения концентрации кислорода в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, содержит источник бетта-электронов, обладающих низким уровнем энергии для ионизации молекул кислорода. Указанный источник расположен во вторичном контуре выхлопной трубы. В этот контур выхлопной газ подается с определенной скоростью при помощи насоса постоянной производительности. На выходе источника бетта-электронов в ниспадающей части потока газов установлена коллекторная пластина. При этом между источником бетта-электронов и коллекторной пластинкой поддерживается определенная разность потенциалов, под действием которой ионизированные молекулы кислорода отделяются от молекул других газов и ударяются о коллекторную пластину. Концентрация кислорода выхлопных газов определяется путем измерения заряда, накапливающегося на коллекторной пластинке.
18.4.3. Тормозное излучение.
Помимо потерь на ионизацию и возбуждение атомов вещества, электроны могут терять свою энергию на образование тормозного излучения. Пр оходя вблизи атомного ядра, под действием его электрического поля электроны испытывают торможение. Поэтому в соответствии с законом сохранения энергии они будут испускать электромагнитное (тормозное) излучение. В тормозное излучение может преобразоваться любая часть кинетической энергии электрона вплоть до ее максимального значения. Поэтому энергетический спектр тормозного излучения непрерывный. Примером тормозного излучения является рентгеновское излучение возникающее при торможении электронов на аноде рентгеновской трубки. Это используется в рентгеновских аппаратах.
18.4.4. Совместные действия облучания электронами и светом.
Особенность эффекта состоит в том, что вещество не поглощает свет до облучения электронами, но в процессе облучения или после него свет поглощается короткоживущими частицами: радикалами, возбужденными молекулами, возбуждение или диссоциация которых приводит к химическим превращениям. Например, вещества: твердые растворы бензола и нафталина в метилцинклогекоане и этаноле.
18.5. Взаимодествие нейтронов с веществом.
Нейтрон представляет собой электрически нейтральную частицу с массой покоя, равной преблизительно массе покоя протона, вместе с которым они образуют ядра всех элементов. Посколько нейтрон электрически нейтрален, он может вызывать различные ядернве реакции, в частности цепные реакции деления тяжелых ядер (теория, урана, плутония) осуществляемые в ядерных реакторах. По кинетической энергии нейтроны делятся на быстрые, промежуточные и тепловые. в зависимости от этой энергии нейтроны по разному взаимодействуют с веществом Тепловые нейтроны взаимодействуют пратически со всеми ядрами элементов, а в тяжелых вызывают реакцию деления. Промежуточные также поглощаются ядрами, но при некоторых значениях энергии нейтроны хуже поглощаются ядрами, а гораздо лучше неупруго рассеиваются (замедляются), теряя при этом кинетическую энергию. Особенно интенсивно быстрые нейтроны рассеиваются на водосодержащих веществах (замедлителях), что используется для замедления быстрых нейтронов до тепл овых энергий в тепловых реакторах.
Патент США 3 794 843: Контрольно измерительный прибор для определения весового содержания влаги в насыпном материале, содержит источник излучения, облучающий влажный насыпной материал быстрыми нейтронами и гамма-лучами; прошедшее излучение регистрируют двумя детекторами, причем первый регистрирует гамма-излучение, а второй тепловые нейтроны, возникающие при замедлении быстрых нейтронов на ядрах водорода, содержащихся во влаге насыпного материала; оба сигнала от детектора поступают на электрическую схему, с целью получения сигнала, скоррелированного с весовым процентным содержанием влаги в материале.
Патент США 3 558 888: Сопособ нейтронного каротажа скважин для измерения количества нефти в зоне скважин, пробуренной в земной породе, с использованием радиоактиного излучения, согласно которому измеряется поперечное сечение захвата тепловых нейтронов в буровом растворе; Величина этого сечения определяется содержанием воды в этой геологической формации, а количество нефти, содержащееся в зоне скважин измеряется как функция макроскопического поперечного захвата тепловых нейтронов в породе.
Патент США 3 562 523: Способ определениясодержания остаточных масел в формации после подачи воды или заводнения нейтеносоного пласта состоит в измерении рапада тепловых нейтронов сначала при наличии воды, содержащейся в данной формации, а затем после замены этой воды водой, которая имеет существенно отличающееся сечение захвата и которая берется из зоны, содержащей по крайней мере, в радиусе действия регистрирующего инструмента.
18.5.1. При очень интенсивном облучении быстрыми нейтронами различных веществ наблюдается так называемые явления нейтронного раскупания - увеличение обьема вещества, что может быть использовано, например, для правки массивных металличеких деталей (А.с.395147) или в устройствах для измерения деформации ядерного горючего (заявка Великобритании 1359759) (см. 2,3).
18.6. Взаимодействие альфа-частиц с веществом.
Альфа-частицы (ядра гелия 4) состоят из двух прото нов и двух нейтронов. Посколько альфа-частицы заряжены, то их очнь просто ускорять и облучать этим потоком различные вещества, которые при этом сильно ионизируются. Ионизированные атомы через какой-то промежуток времени захватывают свободные электроны и превращаются в нейтральные, излучая при этом характеристическое излучение, по которому можно судить о составе исследуемого вещества.
А.с. 223 948: Способ раздельного определения аллюминия и кремния по облучению пробы протоком альфа-частиц и одновременной регистрации возбужденного в ней суммарного характеристического излучения аллюминия и кремния, отличающийся тем, что с целью увеличения чувствительной и разрешающей способности, сразу после прекращения облучения пробы измеряют наведенную активность пробы и по соотношению измеряемых величин суммарного характеристического излучения аллюминия и кремния и наведенной активности судят о концентрации алююминия и кремния в пробе.
18.6.1. Эффект увеличения коррзийной стойкости металлов.
Если металлическую пласт ину облучать в течении нескольких минут альфа-частицами, то в силу короткого пробега частицу в веществе основная масса частиц останется в тонком поверхностном слое отдав при этом ему всю кинетическую энергию. Эксперементально установлено, что если после такого облучения пластину выдержать в атмосфере паров концентрированной соляной и серной кислот, то поверхность металла сохраняет первоначальную структуру и блеск. Этот эффект можно обьяснить так же, как и в случае сверхнизкого трения (см. раздел 1.3.1.) перестройкой структуры поверхностного слоя и удалением паров воды.
18.7. Радиотермолюминесценция.
Если какое-либо твердое вещество при низкой температуре подвергнуть воздействию электронов рентгеновских или гамма-лучей, то при нагреве, даже самом незначительном, вещество начинает светиться. Причем, при плавном нагревании твердых органических веществ температура, при которой наблюдается наибольшее термолюминесцеция, совпадает с температурой структурных переходов (плавления, размягчения и т.д.). Это явлени е (открытие - 168) позволило создать новый эффективный метод исследования вещества.
А.с. 381 983: Способ исследования структурных переходов в органических веществах, основанный на регистрации радиотермолюминесценции образца, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса облучают поверхностный слой образца пучком электронов с энергией 5-30 Кэв.
В общих чертах метод радиотермолюминесценции или сокращенно РТД, заключается в следующем: образец исследуемого органического вещества облучают при низкой температуре (77-100 градусов К) в полной темноте. Пригодны любые источники ионизирующего излучения: нейтронные, гамма, бетта-источники, ускорители заряженных частиц рентгеновские установки. Мощность дозы не играет существеной роли. Важно только, чтобы полная так называемая экспозиционная доза достигала 0,1-2 Мрад. Такие дозы, как правило не изменяют температуры структурного перехода. Затем образец плавно нагревают 10-20 градусов С в минуту. Свечение образца регистрируют с одновременной регистрацией температуры . Получают зависимость интенсивности РТЛ от температуры - кривую высвечивания. Пики, изломы кривой, их высота и ширина несут информацию об исследуемом веществе и прежде всего, позволяют оценить температуру структурных переходов. Абсолютная точность определения достигает около 1 градуса (см. 15.6.)
18.8. Эффект Мессбауэра.
Суть эффекта состоит в упругом испускании или поглощении гамма-квантов атомными ядрами связанными в твердом теле. Причина "упругости" процесса (при упругом процессе внутреняя энергия тела не изменяется, т.е. атом остается в том же состоянии), в том, что если атом поглотитель (или излучатель входит в состав кристаллической решетки, то перестает выполняться однозначное соответствие между импульсом гамма-кванта и энергии отдачи атома. При Мессбауэровском процессе отдача атома вообще не имеет место (не происходит возбуждение фонона), и импульс гамма-кванта воспринимается всей решеткой, т.е. всем криссталлом. Благодаря этому ширина Мессбауэровских линий поглощение и испускания оче нь мала (весьма острая резонансная кривая); соответственно сдвиг линий очень чувствителен к параметрам, как самого излучения, так и твердого тела. В настоящее время на основе этого эффекта проведена масса очень тонких физических экспериментов, весьма важных, в частности, для физики и химии твердого тела. Малая ширина линий поглощения и следовательно, почти фантастическая точность измерений с помощью эффекта Мессбаэура позволило разработать ряд методов для технического экспресс анализа веществ, содержащих Мессбауэровские ядра.
А.с. 297 912: Способ фазового анализа руд, содержащих Мессбауэровские элементы спектр которых частично перекрываются, основанные на резонансном гамма-поглощении, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности измерений при анализе, последовательно определяют величину эффекта Мессбауэра на исследуемой руде с разными источниками, число которых равно числу соединений в ряде и мессбауэроские спектры коороых совпадают со спктрами соединений в руде, сопоставляют с результатами колибр овки и по совокупности величин эффекта мессбауэра определяют содержание исследуемых соединений в руде.
А.с. 446 007: Способ фазового анализа вещества, включающий измерение эффекта Мессбауэра по линии спектра, соответствующей исследуемой фазе и последующее определение содержания фазы с помощью градуировочной зависимости, отличающийся тем, что с целью повышения точности и чувствительности анализа, измеряют эффект Мессбауэра на исследуемой линии в присутствии фильтра полного резонансового поглощения со спектром, не перекрывающимся с линией определяемой фазы, и эффект Мессбауэра на линии спектра упомянутого фильтра в присутствии исследуемого образца и по отношению измереных эффектов определяют содержание исследуемой фазы.
Применение эффекта Мессбауэра для контроля железной руды при ее магнином обогащении и использованием в качестве источника гамма-излучения кобальта-57 позволяет быстро и надежно определять содержание железа в рудном порошке, что способствует повышению качества железного концентрата.
18.9 . Электронный парамагнитный резонанс (открытие-85).
"Установлено неизвестное ранее явление квантовых переходов между электронными энергетическими линиями парамагнитных тел под влиянием переменного магнитного поля резонансной частоты (явление электронного парамагнитного резонанса - ЭПР)
Суть явления: постоянно в магнитном поле электронные уровни энергии парамагнитных атомов расцепляются на несколько подуровней; энергетическая разность подуровней определяется величиной поля и свойствами вещества; соответствующие квантовые переходы между этими подуровнями иницируются в переменном (высокочастотном) магнитном поле.
Открытие ЭПР послужило толчком для развития резонансных методов изучения вещества, в частности акустического парамагнитного резонанса ферро и атиферромагнитного резонанса магнитного резонанса.
При явлении акустического парамагнитного резонанса переходы между подуровнями иницируются наложением высокочастотных звуковых колебаний; в результате возникает резонансное поглощение звука.
При ферромагнитном резонансе происходит избирательное поглощение энергии электромагнитного поля: Эта энергия расходуется на возбуждение коллективных колебаний магнитоупорядоченной структуре ферромагнетика (или антиферромагнетика) (см. 8.7.).
Применение метода ЭПР дало ценные данные о строении стекол, кристаллов растворов; в химии этот метод позволил установить строение большого числа соединений изучить цепные реакции и выяснить роль свободных радикалов (молекул), обладающих свободной валентностью в протекании химических реакций. Тщательное изучение радикалов привело к решению ряда вопросов молекулярной и клеточной биологии.
Метод ЭПР - очень мощный, он практически не заменим при изучении радиационных изменений в структурах, в том числе и в биологических. Чувствительность метода очень высока и составляет 10 в 10-ой и 10 в 11-ой парамагнитных молекул. На применении ЭПР основан поиск и проверка новых веществ для квантовых генераторов; явление ЭПР используется для генерации сверхмощных субмиллиметровых волн.
А.с. 292 101: Способ текущего контроля условной вязкости гудронов и жидких битумов, отличающийся тем, что с целью непрерывности определения пропускают контролируемую струю по трубопроводу через резонатор спектрометра ЭПР и регистрируют условную вязкость по амплитуде линии спектра парамагнитного поглощения.
А.с. 510 203: Способ определения поля у огурцов путем исследования семян, отличающийся тем, что с целью повышения производительности труда в селекционном процессе, измеряют активный сигнал электронного парамагниного резонанса и определяют характер люминесценции семян по величине сигнала и интенсивности свечения судят о степени выраженности и принадлежности к полу: при величине активного сигнала электронного парамагнитного резонанса 0,66-0,68 относительных единиц и слабым свечением растения будут преимущественно мужского типа, а при сигнале 0,48-0,56 относительных единиц и интенсивном свечении - женского типа.
А.с. 516 643: Способ оценки стабильности пластичных смазок путем сравнения свойств исходной и проработавшей в узле трения смазки, отличающийся тем, что с целью сокращения времени проведения испытаний микроколичеств смазки, в исходную и проработавшую смазки вводят стабильный радикал, снимают спектр ЭПР, определяют частоты вращательной диффузии радикала и по их отношению оценивают стабильность смазки.
18.10. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР).
Парамагнетизм вещества может быть обусловлен не только строением электронных оболочек атомов, но и магнетизмом ядер. Магнетизм ядер, также, как и магнетизм оболочек, может вызвать резонансное поглощение энергии в твердрдом, жидком или газообразном состоянии. Резонансные частоты метода ЯМР лежат в области 1-100 МГц, чувствительность метода составляет от 10 в 17-ой степени до 10 в 21-ой степени ядер. На применении ЯМР основан принцип работы приборов для стабилизации и точнейших измерений магнитных полей, а также для анализа смесей по их изотопному составу. Сильный сигнал ЯМР наблюдается в присутствии ядер изотопа углерод-13, что предопредилило применение ЯМР и его разновидности - ядерного квадрупольного резонанса в химии углеродов, особенно природных (нефть).
А.с. 178 511: Способ измерения расхода жидкостей, основанный на явлении ЯМР, отличающийся тем, что с целью измерения расхода жидкости, обладающих сильным сигналом магнитного резонанса используют свободную процессию ядер в магнитном поле земли.
А.с. 344 275: Способ измерения расхода жидкости по А.с. 179511, отличающийся тем, что с целью упрощения устройства измеряют скорость затухания сигнала ЯМР при движении жидкости в неоднородном магнитном поле и по ней судят о расходе.
А.с. 550 669: Способ измерения проницаемости пористых материалов, основанный на явлении ограниченной самодиффузии молекул жидкости, включающий ядерно-магнитные резонансные измерения с импульсным градиентом магнитного поля, причем интервал времени между импульсами градиента устанавливают больше, чем время, необходимое для диффузии молекул на расстояние, равное размеру пор в образце, измеряют сигнал эха образца, отличающийся тем, что с целью получения достоверного значения проницаемости увеличивают интервал времени между импульсами градиента при фиксированной их амплитуде, повторяют измерение амплитуды сигнала эха и по зависимости амплитуды эха от интервала между импульсами градиента судят о проницаемости.
18.11. Эффект Оверхаузера-Абрагама.
В том случае, если в атоме имеет место и ядерный, и электронный парамагнетизм, то их взаимодействие приводит к изменению интенсивности сигнала ЯМР. При возрастании насыщения электронного парамагнитного резонанса и образце с парамагнитными ядрами наблюдается значительное увеличение интенсивности ЯМР (Оверхаузер 1953). Этот эффект был использован для разработки метода динамической поляризации ядер; вещество с поляризованными ядрами очень чувствительно как к величине магнитного поля, так и ее изменению. Это свойство и лежит в основе практически: применений эффекта.
Патент США в 3 559 045: Магнитный градиометр, служащий для измерения разницы между магнитными полями в двух зонах, содержит два ядерны х фильтра - по одному в каждой зоне. Каждый из ядерных фильтров является фильтром такого типа, в котором исползуется эффект Обрхаузера-Абрагама, и выдает выходной сигнал, который усиливается иподводится к одному из входов операционного усилителя. Выходной сигнал усилителя расщепляется и подводится к входной катушке двух фильтров. Фазометр измеряет разность фаз входных сигналов операционного усилителя, который может быть суммирующего или дифференциального типа, что определяется фильтром ядерного фильтра (с перекрещивающимися или параллельными катушками). Разность фаз находится в прямой зависимости от разности между полями.
Л И Т Е Р А Т У Р А 18.6. А.Хирный и др., Эффект увеличения коррозионной стойкости металлов, облученных ионами гелия. Доклады АН СССР, Т.214, НР-1, 1974. 18.7. Л.Мельников. Свет из ловушки. "Химия и жизнь",нр-1,1976 18.8. В.И.Гольданский. Эффект Мессбауэра и его применение в химии, изд. АН СССР, 1964 А.с. 181752, 247424, 297912, 346693. 18.9. Парамагнитное поглощение звука, УФН, 1961, Т.75, нр-3 Дж.Пейк. Парамагнитный резонанс. М., "Мир", 1965 18.10. И.В.Александров, Теория ядерного магнитного резонанса. М., 1964 А.Абрагам. Ядерный магнетизм. М., ИЛ, 1963 А.Каррингтон и др. Магнитный резонанс и его применение в химии. М., "Мир", 1970 18.11. Г.Хуцишвили. УФН., 1960, т.71.

19. РАЗНОЕ
В этом разделе даются краткие сообщения о некоторых эффектах, по какой-либо причине не вошедшие в предыдущие главы "Указателя". В некоторых случаях это обьясняется несовершенством принципа, положенного нами в основу систематизации физических эффектов, в других - эффекты привлекли наше внимание уже после написания основных разделов, некоторые эффекты вобще трудно было назвать физическими, как например, эффект Мебиуса. Тем не менее, многие из них, по нашему мнению, могут с успехом использоваться в изобретательской практике.
19.1. Термофорез.
Если нагретое тело поместить в обьем, заполненный аэрозолем, т.е. мелкими частицами, взвешенными в воздухе, например, дымом или туманом, то вокруг тела возникает так называемая темная зона (среда, свободная от аэрозоля), толщина которой зависит от разности температур тела и среды, давления газа, размера и формы тела и не зависит от его химического состава. Горячее тело как бы отталкивает от себя частицы аэрозоля.
Это явление обусловлено термофоретическими силами, действующмими со стороны газообразной среды на находящееся в ней неравномерно нагретые тела (в частности, частицы аэрозоля). Термофоретические силы возникают вследствие того, что газовые молекулы у более нагретой стороны частицы сильнее бомбардируют ее, чем у менее нагретой стороны, и потому сообщает частице импульс в направлении убывания температуры. Величина термофоретических сил пропорциональна квадрату радиуса частицы, скорость же движения частицы под действием этих сил - скорость термофореза - не зависит от ее размера вследствие соответствующего возрастания силы сопротивления среды.
А.с. 261 400: Способ зарядки частиц, заключающийся в том, что при помощи коронного разрядника, содержащего заземленный металлический электрод и коронирующие проволочки, подключенные к одному из полюсов высоковольтного источника тока, получают поток ионов определенного знака движущихся к металлическому электроду и сообщающих заряд частицам аэрозоля, отличающийся тем, что с целью улучшения условий эксплуатации коронного разрядника и повышения качества электрофотографических изображений,
получаемых пылевым методом проявлений, заземленный металлический электрод и коронирующие проволочки нагревают, например, электрическим током до такой температуры, при которой ввиду проявления термофоретических сил заряженные частицы аэрозоля не могут осаждаться в области плазмы коронного разряда.
19.2. Фотофорез.
Если аэрозоль осветить интенсивным направленным пучком света, то аэрозольные частицы начинают совершать упорядоченные движения, причем некоторые из них в направлении распространения света (положительный Ф.Ф.), а другие навстречу ему (отрицательный Ф.Ф.). Наиболее сильно Ф.Ф. проявляется на окрашенных частицах. Тип Ф.Ф. зависит от цвета и от ее размера.
В основе явления лежит совместное действие на частицу светового давления и термофоретических сил. Преобладание одного из этих факторов определяет тип Ф.Ф. Так, для мелких частиц основным фактором является световое давление, оно и обуславливает в данно м случае положительный фотофорез.
19.2.1. Интенсивное явления обнаружено в аэрозолях селеновой и железной пыли. В этих системах под влиянием светового потока аэрозольные частицы начинают двигаться в направлении перпендикулярном направлению распространения света.
19.3. Стробоскопический эффект.
Если быстро вращающееся тело освещать импульсами света, частота следования которых совпадает с круговой частотой вращения, то наблюдатель будет видеть тело как бы неподвижным. Это позволяет рассматривать особенности его поверхности или какие-либо ее изменения, не останавливая вращения тела.
А.с. 515 936: Способ определения окружных люфтов трансмиссий с ведомым и ведущими валами, заключающийся в том, что на ведомом валу наносят базовую метку и вращают его с определенной и постоянной угловой скоростью, отличающийся тем, что с целью повышения точности определения люфтов, освещают базовую метку стробоскопическими импульсами с частотой при которой метка кажется неподвижно изменяют синхронно скорость вращения веду щего вала и частоту импульсов и определяют угол отклонения метки от первоначального ее положения, по которому судят о люфтах трансмиссий.
Если частоты световых импульсов и вращения тела несколько отличаются, то будет наблюдаться кажущееся вращение тела, скорость которого гораздо меньше действительной скорости вращения. Сказанное справедливо и для поступательного (колебательного) движения тел.
Стробоскопический эффект лежит в основе кино. Отдельные изображения последовательных стадий движения, быстро сменяя друг друга, создают иллюзию непрерывного движения. При этом важную роль играет особенность нашего светового восприятия инерционность, глаз как бы "видит" изображение предыдущего кадра некоторое время после того, как экран погас.
Движение в кинофильме может быть ускоренным или замедленным в зависимости от соотношения частот сьемки и воспроизведения, что используется для визуализации быстро - или медленно - протекающих процессов.
Несмотря на свою простоту, стробоскопический метод может я вляться основой многих тонких исследований.
А.с. 255 684: Фазовый способ измерения длины волны ультразвука, основанный на использовании стробоскопического эффекта при помощи бегущих ультразвуковых волн, отличающийся тем, что с целью повышения точности, модулируют одну из бегущих ультразвуковых волн, освещаемых пучком света, по фазе, наводят последовательно ось фотоэлектрического микроскопа на максимум освещенности видимого изображения и по расстоянию между соседними максимумами судят о длине ультразвуковой волны.
В заключении отметим, что стробоскопический эффект является ярким проявлением закона согласования ритмики частей системы.
19.4. Муаровый эффект.
При наложении двух систем контрасных полос возникает узор, образованный их сгущениями в местах, где полосы одной системы попадают в промежутки между полосами другой системы. Возниконовения таких узоров называют муаровым эффектом.
Простейший муаровый узор возникает при пересечении под небольшим углом двух систем равноудаленных параллельных поло с (линий). Небольшое изменение угла поворота одной из систем ведет к значительным изменениям расстояния между элементами муарового узора.
19.4.1. Муаровый узор образуется также при наложении двух непересекающихся систем равноудаленных параллельных линий, когда величина шага одной из систем слегка отлична от другой. При этом, чем меньше разница в шаге, тем больше расстояние между муаровыми полосами. Это позволяет получить колоссальное увеличение (в миллионы раз) разницы в ширине промежутков между линиями. Иначе говоря муаровый эффект дает возможность визуально без применения оптических систем, обнаруживать ничтожные отклонения в почти одинаковых периодических структурах. В настоящее время метод муара широко применяют при контроле точности делительных устройств для изготовления дифракционных решеток.
19.4.2. Муар возникает на электронной микрофотографии двух кристаллов, наложенных таким образом, что их атомные решетки почти совпадают. Любой деффект нарушающий регулярность структуры кристалла, четко проявл яется в муаровом узоре. Увеличение при этом таково, что позволяет видеть смещения атомов, величины которых меньше диаметра самого атома.
19.4.3. Если две решетки из равноудаленных параллельных прямых, несколько отличных по вельчине шага, двигать одну относительно другой в направлении, перпендикулярном линиям, то полосы муарового узора будут двигаться со скоростью гораздо большей, чем относительная скорость движения самих решеток. При этом направление их движения совпадает с направлением относительного смещения решетки с меньшим шагом. Таким образом, малое перемещение одной из решеток приводит к значительному перемещению полос муара, которое легко обнаружить и измерить.
А.с. 297 861: Способ определения деформаций по картине муаровых полос, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения деформаций, определяют отношение скоростей взаимного премещения деформированной и эталонной сеток и скорости перемещения муаровой полосы и по величине этого отношения судят о величине деформаций.
Описанное п роявление муарового эффекта издавна используется во всех измерительных приборах, обладающих нондусом, таких, как микрометр или штангенциркуль.
19.4.4. С помощью эффекта муара можно визуализировать ничтожные изменения показателя преломления прозрачных сред, помещая их между решетками. Так, например, можно визуально изучить динамику расстворения двух веществ.
19.4.5. Этот же принцип позволяет производить экспресс-анализ качества оптических деталей. Линзы помещают между решетками, наличие выпуклой линзы увеличивает элементы муарового узора, вогнутой - уменьшают. При этом обе линзы поворачивают узор в противоположных направлениях на угол, пропорциональный фокусному расстоянию. В местах неоднородностей структуры или формы линз линии узора искажаются.
Еще пример контроля оптики!
А.с. 515 937: Интерференционный способ измерения клиновидности оптических прозрачных пластин, заключающийся в том, что пучок света от лазера фокусирует с помощью обьектива в плоскость отверстия в экране, за которым установливают контролируемую пластину, отличающийся тем, что с целью повышения точности и производительности измерений, от контролируемой пластины при ее фиксированном положении получают прозрачную копию интерференционных колец, поворачивают пластину в ее плоскости на 180, накладывают интерференционную картину на копию и по ширине муаровых полос, образовавшихся от наложения, измеряют клиновидность платины.
Множество муаровых узоров можно получить, совмещая решетки, образованные самыми различными линиями, например концентрическими окружностями, спиралевидными волнообразными или радиально исходящими из точки линиями и даже семействами равномерно расположенных точек. Таким образом можно моделировать многие сложные физические явления, такие, как взаимодействие электростатических полей, интерференция волн и другие. Подобными методами решаются некоторые задачи архитектурной акустики.
В Японии предложено использовать муаровый эффект для составления топографических карт предметов. Обьект фотографируют через решетку из тонких нитей, сбрасывающую на него четкую тень. Тень деформируется в соответствии с рельефом обьекта и при взаимодействии ее с реальной решеткой возникает муаровый узор, наложенный на изображение обьекта. На фотографии расстояние между линиями муара соответствует глубине рельефа. Такой метод очень эффективен, например, при изучении деформации быстровращающихся деталей, при анализе обтекания тел поверхностным слоем жидкости в медицинских исследованиях анатомического характера.
Универсальность метода муара, простота преобразования с его помощью различных величин, близка к ИКР, высокая разрешающая способность - все это говорит о том, изобретатели еще не раз обратятся в своей практике к муаровому эффекту.
19.5. Высокодисперсные структуры.
Одной из тенденций развития технических систем является увеличение степени дисперсности входящих в них веществ. При этом наблюдаются качественные изменения свойств дисперсной структуры по сравнению со свойствами монолитного нераздробленного вещества.
Высокодисперсные структ уры подразделяются на сыпучие, консолидированные и коллоидные. Из сыпучих порошков особый интерес представляют ферромагинтные порошки, так как ими легко управлять магнитным полем (1), и их можно вводить ввиде индикаторных добавок в немагнитные вещества с целью выяснения условий действующих внутри исследуемого вещества (температуры, давления и т.п.).
А.с. 239 643: Способ определения степени затвердевания полимерного состава. В полимер в небольшом колличестве вводят ферромагнитный порошок. Полимер затвердевая сдавливает частицы порошка, который при этом меняет свои магнитные свойства, что легко обнаружить.
19.5.1. Консолидированные тела - это тела, полученные путем прессования или спекания мелкого порошка (размеры частиц от 10 до 100 мкм). Консолидированные тела обнаруживают много интересных свойств (2), отличающих их от сплошного тела, состоящего из того же вещества. Например, при консолидировании порошка путем прессования можно получить анизотропные тела, несмотря на то, что вещество, составляющее части цы вещества, изотропно. Параметры такого консолидированного тела (электропроводность, теплопровоность, распространение звука, модуль упругости и т.п.) в направлении прессования выше, чем в сплошном теле из того же вещества, причем все свойства изменяются практически на один и тот же масштабный коэффициент пропорциональности. Зная, в каком масштабе искажена одна из условных характеристик пористого образца (например, электропроводность), можно легко определить масштабы искажения и других характеристик этого образца (теплопроводности, скорости звука, модуля сжатия, коэффициента Пуассона и т.д.), а значить легко можно определить и сами характеристики данного образца. Контролируя какую-нибудь из легкоизмеряемых характеристик пористого тела в процессе его консолидации можно однозначно определить изменения интересующих нас других его характеристик.
19.6. Электрореологический эффект.
Электрореологическим эффектом называется быстрое обратимое повышениеэффективной вязкости неводных дисперсных систем в сильных эле ктрических полях (3).
Электрореологические супсенции состоят из неполярной дисперсной среды и твердой дисперсной фазы с достаточно высокой диэлектрической проницаемостью. Дисперсными средами могут служить неполярные или слабополярные органические жидкости с достаточно высоким электрическим сопротивлением (порядка 10 ом.см). Например, светлые масла (валелиновое, трансформаторное, растительные мала (косторовое), диэфиры (дибутилсебацинат), нефтановые углеводороды (циклогексан), керосин, загущенный малыми добавками полиизобутилена. В качестве дисперсной фазы широко применяется кремнезем в различных модификациях. Размеры частиц не более 1 мкм.
Электрореологический эффект не проявляется заметно вплоть до некоторой пороговой напряженности электрического поля. Величина ее зависит от состава суспензии и температуры. После достижения значения Eкр эффективная вязкость растет приблизительно квадратично, но не до бесконечности, а до ее насыщения.
Эффект наблюдается и в постоянных и в переменных полях. При увелич ении частоты поля кажущаяся вязкость вначале остается неизменной, затем падает. Вид зависимости эффекта от частоты зависит от состава дисперсной системы.
Электрореологические суспенсии весьма чувствительны к изменениям температуры. Нагрев снижает абсолютную величину эффективной вязкости системы. С ростом температуры влияние электрического поля постепенно невилируется.
19.7. Реоэлектрический эффект.
Под действием сдвига в так называемых электрочувствительных дисперсных системах происходят изменения диэлектрической проницаемости, электропроводности и тангенса угла диэлектрических потерь.
Такие изменения диэлектричеких параметров предложено называть реоэлектрическим эффектом. Важное значение реоэлектрического эффекта для практики связано с возможностью получения на его основе электрически анизотропных материалов, в частности электронов. Если частицы дисперсной фазы несут заряд преимущественно одного знака, в концентрированных системах при наложении электрического поля наблюдается электросинерезис - с жатие структурного каркаса в целом у одного электрода и выделение дисперсной среды у другого.
В суспезиях, если частички несут положительный или отрицательный заряд, под влиянием электрического поля протекает электрофорез (см.12) и соответственно на катоде или на аноде осаждается слой дисперсной фазы. Это свойство используется для создания информационных табло и экранов отображения плоских устройств для показа картин с помощью дисперсных систем, прозрачность которых изменяется под влиянием электрического поля.
Области возможного практического применения электрореологического эффекта чрезвычайно разнообразны и широки:
1. регулирование движения жидкости, прокачиваемой через узкий канал;
2. конструкции муфт сцепления, тормозов и других фрикционных устройств;
3. зажимные и фиксирующие устройства ( если пленку электросвязкой жидкости нанести на тонкую пластину диэлектрика, с другой стороны которого располагаются электроды, соединенные с источником одно или трехфазного тока, то электропроводный эффек т, установленный на пластине, будет жестко зафиксирован "затвердевший" пленкой при наложении достаточно интенсивного электрического поля);
4. жидкие электрогенераторы, преобразователи тока;
5. электрокинетические весы, примеры использования электрореологического эффекта подробно рассмотрены в (3).
19.8. Жидкие кристаллы.
Представим себе жидкость, молекулы которой имеют удлиненную палочкообразную форму. Силы взаимодействия "выстраивают" их параллельно друг другу и ведут они себя как обычные молекулы жидкости, но с учетом единственного ограничения при всех перемещениях должно сохраняться (в целом) некоторое выделенное направление длинных осей. У такой жидкости будут различные оптические и другие характеристики (например, теплопроводность) в различных направлениях, т.е. они будут анизотропной. А ведь анизотропия всегда считалась отличительной чертой кристаллического состояния!
Жидкость, описанного выше типа, принадлежит обширному классу веществ, называемых нематическими жидкими кристаллами. Слово "немос" по-гречески "нить", и, действительно, молекулы таких жидких кристаллов напоминают бусинки, укрепленные на нити.
Возможны и другие типы молекулярной архитектуры, создающие анизотропию. Укладка молекул слоями и пачками приводит к еще одному классу жидких кристаллов - сметическим. Такая упаковка молекул создает анизотропию не только оптических, но и механических свойств, посколько слоя легко смещаются относительно друг друга. Название этой группы связано с греческим словом "смектос" (мыло). Такое расположение молекул характерно для мыльных растворов, эмульсий и т.д.
Третьим распространенным типом жидких кристаллов являются холестерические, в которых молекулы укладываются в плоскостях подобно описанным выше нематическим кристаллам, но сами плоскости повернуты друг относительно друга. Вектор, связанный с длинной осью, так называемой "директор", описывает в пространстве спираль. Названием этот класс жидких кристаллов обячзан печально известном у холестирину, у которого впервые были обнаружены подобные свойства.
19.8.1. Прежде всего было найдено, что воздействие электрического поля на жидкие кристаллы приводит к электрооптическим эффектам, не имеющих аналогов среди прочих оптических сред. Электрооптическая ячейка состоит из двух стекол, между которыми находится тонкий слой жидкого кристалла. Окрашенные поверхности стекол обработаны таким образом, что они, оставаясь прозрачными, пропускают электрический ток. Таким образом получают как бы прозрачный конденсатор, диэлектриком внутри которого служит слой жидкого кристалла.
19.8.2. Первым из открытых и, пожалуй наиболее впечатляющих эффектов стало динамическое рассеяние. При определенном значении приложенного поля жидкость между электродами как бы становится мутной. Свет, до сих пор беспрепятственно приходивший через жидкий кристалл, рассеивается, и участки с повышенной напряженностью поля становятся видны.
Этот простой эффект имеет большую практическую ценность.
Электропроводящие участки пов ерхности стекла могут быть выполнены ввиде букв или любых геометричеких фигур. Подавая на них соответствующие напряжения, можно формировать различным образом прозрачные и непрозрачные участки, то есть с ничтожными затратами энергии создавать подвижные и неподвижные картины. Использование динамического рассеяния на слое жидкого кристалла толщиной в несколько микрометров позволяет получить изображение, затрачивая мощность порядка микроваттов. При этом из-за тонкости слоя жидкого кристалла необходимое напряжение на ячейке составит всего несколько вольт.
19.8.3. Удивительные превращения происходят с лучом света при взаимодействии с колестерическим жидким кристаллом, т. е. периодической спиралью. Освещенный белым светом, он кажется окрашенным и при поворотах (при изменении угла наблюдения) начинает переливаться всеми цветами радуги. Этот эффект возникает потому, что в различных направлениях чешуйки кристалла, отражающие свет, расположены на различных расстояниях и отражают из белого цвета лишь волны с определен ной длинной.
Такой простой и красивый эффект дает ошеломляющую возможность.
Например, пусть какой-то участок поверхности нагрет на сотые доли градуса выше окружающих. Приложим к этой поверхности пленку с нанесенным слоем холестерического жидкого кристалла. В "горячей" точке шаг спирали чуть-чуть увеличится и на пленке появится точка иного цвета. Покрыв готовое изделие (это может быть интегральная схема или деталь двигателя) слоем холестерического вещества, можно получить цветную картину тепловых направлений, на который контрастными пятнами поступают любые дефекты, и неоднородности, даже скрытые далеко в стуктуре, благодаря неодинаковой их теплопроводности.
19.8.4. Цвет окраски жидкого кристалла однозначен с температурой нагретой поверхности. Этот эффект лежит в основе разработанного преобразователя инфракрасного изображения в видимое.
Основным элементом этого устройства является пленка холестерического жидкого кристалла, повешенная на тонкую черную мембрану. Мембрана поглощает сфокусиров анное на ней инфракрасное излучение и передает тепло слою жидкого кристалла. Цвет жидкокристаллической пленки (в отраженном свете) зависит от температуры, поэтому при освещении пленки белым светом получается видимое изображение инфракрасного излучения. Напомним, что для преобразования инфракрасного излучения в видимое обычно используют преобразователи на основе фотоэмиссионных или фосфороресцирующих устройств с весьма сложной и дорогостоящей электроникой. Предельная простота и малая стоимость делает жидкокристаллические преобразователи несравненно более выгодными.
Из смеси холестерических веществ можно изготавливать температурные индикаторы в интервале температур от 20 до 250 C. Индикаторы представляют собой тонкую гибкую пленку жидкого кристалла, заключенную между двумя полимерными пленками. Такую пленку можно накладывать на поверхности деталей для регистрации температурных градиентов в различных направлениях.
19.8.5. Жидкие кристаллы холестерического типа (или их смеси) весьма чувствительны к присутст вию паров различных химических веществ. Присутствие крайне малого количества пара может изменить структуру жидкого кристалла. С помощью жидкого кристалла удается установить присутствие в воздухе пара при его концентрации - несколько частей на миллион. Этот способ имеет большую практическую ценность.
19.9. О смачивании.(к 3.3.2.)
19.9.1. Эффект растекания жидкости под окисными пленками металлов. Обычно окисные пленки затрудняют смачивание твердых металлов из-за резкого различия химической природы окисла и металла. Тем не менее во многих системах, несмотря на наличие окисной пленки, жидкие металлы смачивают поверхность твердого металла. Смачивание происходит вследствие проникновение расплава под окисный слой с последующим растеканием в своеобразном капиллярном "зазоре" между окисной пленкой и твердым металлом.
Растекание может может происходить не только под окисными пленками, но и под некоторыми твердыми покрытиями. Эффект зависит от напряжений, сжимающих тело или окисную пленку.
Использу ется при пайке, сварке и склеивании.
19.9.2.Эффект капилярного "клея" - сцепление частиц, плстин и т.д.,разделенных тонкой прослойкой смачивающей жидкости. Капилярное давление способствует повышению прочности тонкодисперсных пористых структур.
19.9.3.Теплота смачивания - выделяется при смачивании (в том числе и рпи избирательном смачивании). Является характеристикой имерсионного смачивания(в том числе смачивания порошков).
Используется для получения информации о свойствах тела (подложки).
19.9.4. Магнитотепловой эффект смачивания - изменение теплоты смачивания между твердым телом и жидкостью,прошедшей магнитную обработку.Например,теплота смачивания при контакте с углем воды,прошедшей через магнитное поле,возрастает на 30%. Изменения смачивания ,вызванные действием магнитного поля, нестабильны;они исчезают через некоторое время(от нескольких часов до несколькихсуток).
Л И Т Е Р А Т У Р А . Сумм Б.Д.,Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания.М.,"Химия",1976 Дерягин Д.В. Свойства тонких жидких слоев и их роль в дисперсных системах.М.,Издат-во Всесоюзного совета научно-инж. и техн.о-в,1973.
19.10. Если взять бумажную ленту,облизить ее противоположные концы так,чтобы получилось кольцо,а затем развернуть один из концов на 180 градусов и склеить ее друг с другом,то мвы получим т.н. кольцо Мебиуса,тело,обладающее очень интересным свойством. Можно ли одновременно находится и снаружи и внутри кольца? Явное физическое противоречие . Однако,оно легко преодолевается , если это кольцо - кольцо Меблуса, это тело имеет лишь одну неверность, и потому, например,муравей, ползущий по внутренней поверхности нашего бумажного кольца, не переползая через край полоски, может оказаться на "наружной" поверхности кольца. Кольцо Меблуса не одинаково среди подобных тел, так, например, сущесвует и "одноповерхностная" бутылка.
А.С.N.444682 Устройство для формирования детали из полимерных материалов, например,мембран из провинилта,содержащее замкнутую ленту с формиру ющими элементами, натянутую на барабан,ведущий из которых снабжен нагревателем и напрвляющее ролики, отличающееся тем,что,с целью повышения долговечности ленты , они выполнены в виде ленты Меблуса с формирующими элентами на двух ее сторонах. см.так же А.С.N 446011
19.11. Обработка магнитными электрическими полями.
Омагничивание воды.Это словосочетание прочно вошло в изобретательскую практику.И неважно,что до сих пор нет четкого объяснения изменения свойств воды после наложения на нее магнитьного поля(1-3). Важно что применение этого эффекта позволяет интенсифицировать многие процессы.
А.С.N 511644. Способ изготовления лиминесцентного экрана путем осаждения люминафора из водной суспезии, содержащей силикат калия, отличающийся тем,что, с целью увеличения яркости свечения экрана, воду для приготовления суспенции предварительно пропускают через постоянное магнитное поле.
Некоторые изобретатели предпочитают использовать вращающее магнитное поле.
А.С.N 423767. Способ обработки воды затворения строите льной смеси, например, при производстве бетонных изделий,заключающийся в воздействии на нее магнитным полем, отличающийся тем,что с целью повышения и стабилизации прочности изделий, на воду затворения воздействуют вращающимся магнитным полем с напряженностью 100-2000А (СМ.при промышленной частоте эл.тока и скорости протекания воды 0,5-2,5 м/сек.)
Начали обрабатывать магнитным полем и др. вещества .
А.С.N427953. Способ обработки композиций на основе латекса, обработанного переменном или постоянном магнитном полем, отличающийся тем,что с целью улучшения физико-мех. и тех -ких свойств мастик и клеев на основе латекса , латикс пропускают через магнитное поле напряженностью от 400 до 2000 в перпендикуляно его силовым линиям со скоростью 0,1-5,0 м/сек
В некоторых случаях в изображениях одинаково хорошо работает и магнитное, и электрическое поле.
А.С.N 484245. Способ обработки смазочно-охлаждающей жидкости, отличающейся тем,что с целью повышения стойкости режущего инструмента и повышения смазочных свойст в жидкости, последнюю подвергают воздействию эл. или магн.поля.
19.12.Реология полимерных растворов – реологически сложные среды, обладающие нелинейными вязкоупругими, вязко-пластичными и вязко-сыпучими свойствами, которым присущ неравновесный режим течения в трубах. Реологические особенности таких систем обуславливают проявление разнообразных свойств и эффектов, на основе которых можно разработать новые системы измерения вязкости. Известно, что при сдвиговом течении в вязкоупругих системах действуют не только касательные, как у воды или у любой другой ньютоновской жидкости, но и нормальные напряжения, которые характеризуются модулем сдвиговой упругости — реологическим параметром системы и скоростью сдвига. Действие нормальных напряжений определяют характерные реологические эффекты при движении вязкоупругих систем.
Подбор примеров, которые будут рассмотрены, ни в коем случае не является обзором существующих экспериментальных данных относительно реологических свойств вязкоупругих систем любой при роды.
Основная цель приводимого описания различных эффектов заключается в демонстрации многообразия встречающихся реологических свойств и, что самое главное, их несводимости к явлению вязкости. Наоборот, каждый из описанных ниже экспериментов показывает, что определяющие факторы поведения исследуемой системы в тех или иных условиях — время релаксации жидкости или модуль сдвиговой упругости.
Необходимо отметить, что все рассматриваемые свойства присущи не только одному типу жидкостей, но и в той или иной степени всему многообразию систем, применяемых в нефтяной промышленности.
19.12.1.Эффект Вайсенберга. Пусть вязкоупругая жидкость находится в кольцевом зазоре между двумя вертикально расположенными концентрическими цилиндрами, внутренний цилиндр вращается с некоторой угловой скоростью. В случае ньютоновской жидкости вследствие действия центробежных сил, обусловленных вращением жидкости, около внутреннего цилиндра уровень жидкости понижается, а вблизи внешнего — повышается. В случае вязкоупру гой жидкости, когда действуют нормальные напряжения, наблюдается обратная картина — вблизи внутреннего цилиндра уровень жидкости повышается (внутренний цилиндр выталкивается). Этот же эффект происходит и при вращении жидкости между двумя горизонтальными пластинами, когда распределение давления по радиусу неравномерное, с максимумом в центре.
19.12.2. Разбухание струи (Барус—эффект) . При вытекании ньютоновской жидкости из трубки диаметр струи вследствие закона сохранения количества движения вниз по потоку сужается по сравнению с диаметром отверстия. При истечении из трубы вязкоупругой жидкости наблюдается расширение диаметра струи до размеров, значительно больше диаметра трубки, иногда превосходящих размер отверстия в три-четыре раза. Изменение формы жидкости после выхода из трубы было впервые замечено американским биологом Д. Барусом, который для опытов использовал очень вязкий материал, называемый корабельной клеевой краской.
Эффект может быть обусловлен сочетанием упругости жидкости и сходящим ся характером линий тока на входе в трубу. Если жидкость течет по трубе таким образом, что ее частицы перемещаются параллельно оси трубы, а на входе, в области сходящегося течения, имеют составляющую скорости по направлению к оси, то жидкие цилиндры, коаксиальные с трубой, должны увеличивать свою длину и уменьшаться в диаметре течении внутри трубы. Если жидкость при истечении из трубы еще помнит предысторию своего движения на ее входе, то естественно ожидать, что, покидая трубу, жидкость должна изменять форму в некотором смысле противоположно тому, как это ей пришлось сделать раньше, т.е. жидкий цилиндр будет уменьшаться в длине и возрастать в диаметре. В таком случае эффект должен был бы снижаться при увеличении длины трубы, что и происходит на самом деле. Однако эффект не исчезает полностью при возрастании длины трубы.
Такое "остаточное" увеличение диаметра подтверждает результат эксперимента, при котором жидкость в трубе находилась в покое в течение времени, значительно превышающем время релаксации и за тем вытеснялась из трубы. Это объясняется тем, что при движении жидкости в трубе в ней возникают нормальные напряжения, стремящиеся прижать жидкость к стенкам. При вытекании в открытое пространство ограничивающих стенок нет и под действием релаксирующих нормальных напряжений струя разбухает.
19.12.3. Эластичная турбулентность. При движении полимерного раствора по трубе с малыми скоростями вытекающая струя жидкости будет гладкой и ровной, в то время как при больших скоростях поток становится неравномерным и неупорядоченным. В последнем случае для ньютоновской жидкости число Рейнольдса обычно меньше критического значения, при котором течение становится турбулентным. Следовательно, упругие свойства раствора приводят к нестабильности течения.
При больших скоростях полимерные струи могут даже распадаться на отдельные капли, а в некоторых случаях при очень больших скоростях деформаций струя снова становится гладкой. Объясняется это тем, что при превышении некоторого критического напряжения сдвига возмо жно проскальзывание жидкости у твердых стенок. При этом скоростная характеристика трения скольжения имеет падающий участок, что определяет возможность неустойчивого режима течения и возникновения релаксационных автоколебаний при течении жидкости.
Неустойчивый режим может быть также обусловлен специфической упругой гидродинамической неустойчивостью при движении вязкоупругих жидкостей.
Можно также предположить, что наличие аномальных вязкостных свойств, в частности, резкая зависимость вязкости от градиента скорости и температуры, связанная с происходящими в процессе течения структурными перестройками, может служить причиной возникновения описанного явления.
19.12.4. Эффект Кэя. Экспериментируя с 6%-ным раствором полиизобутилена в динамике, Кэй обнаружил, что струйка раствора, выливающаяся из колбы в широкий и плоский сосуд, через каждые несколько секунд поднимается вверх и спускается дугой, снова достигая поверхности жидкости в сосуде на расстоянии порядка нескольких сантиметров от первоначальн ой точки падения.
19.12.5. Устойчивость жидких струй. Полимерные растворы способны образовывать сравнительно долгоживущие нити. Это наблюдается, например, на заключительной стадии распада тонкой капиллярной струи раствора полимера. Вместо того, чтобы под действием капиллярных сил распасться на отдельные капли, струя на значительном протяжении сохраняет "четочную структуру", т.е. имеет вид системы капель, соединенных тонкими нитями. Нити под действием поверхностного натяжения, создающего боковое обжатие жидкости, постепенно утончаются во времени и, что эквивалентно, по мере удаления от насадка.
Если струю вязкоупругой жидкости, например, раствора полимера или высокосмолистой нефти, вытекающую вертикально вниз из капилляра, направить в стакан, а затем медленно отодвигать его в сторону, то струя отклонится от вертикали и последует за стаканом. Если стакан отодвинут недалеко, то движение жидкости в искривленной струе происходит устойчиво и стационарно. Наличие такой формы равновесия связано с проявл ением нормальных напряжений при одноосном растяжении элемента вязкоупругой жидкости. Стационарная струя в поле силы тяжести принимает искривленную форму, напоминающую цепную линию. Это означает, что в струе происходит заметное продольное натяжение, обусловленное действием нормальных напряжений.
Можно сделать некоторые качественные выводы о роли упругих эффектов в явлении "прядимости", т. е. способности жидкости к образованию длинных прядей нитей. Вопрос состоит не в том, какие силы обеспечивают равновесие нити (например, для достаточно тонких нитей это могут быть силы поверхностного натяжения), а почему нить устойчива, т.е. почему в не развиваются случайно возникающие местные утончения. Место утончение в длинной нити не будет прогрессировать, если уменьшение диаметра нити приводит к увеличению действующей в ней продольной силы. Можно показать, что если радиус нити меньше некоторого критического значения, определяемого упругими напряжениями и коэффициентом поверхностного натяжения, то ее растяжение происход ит устойчиво. Отметим также, что время распада растянутой нити не может быть существенно меньше времени релаксации упругого напряжения.
19.12.6. Упругое последействие. Для исследования упругого восстановления, проявляющегося в заметном изменении формы при неизменном объеме, были поставлены следующие опыты. При внезапном прекращении вращения сосуда вокруг вертикальной оси, в котором находится. 5%-ный раствор полиметилметакрилата в диметилфталате, наблюдается возвратное движение взвешенных в нем пузырьков газа.
Характерен следующий опыт. Если внезапно прекратить течение выливающейся из бутылки жидкости, разрезав поток на некотором расстоянии ниже горлышка на две части, то верхняя часть быстро вернется в бутылку. Схожий опыт можно проделать и в несколько других условиях. Опустим в сосуд с вязкоупругой жидкостью, например тяжелой нефтью, палочку и затем поднимем ее вверх. За концом палочки потянется нить жидкости, которая обладает сравнительно большой устойчивостью. Если обрезать нить жидкости, то в ерхняя часть нити начинает совершать колебания в вертикальной плоскости.
19.12.7. Взаимодействие струи жидкости с поверхностью. В добыче нефти хорошо известен способ гидропескоструйной перфорации, заключающийся в образовании отверстий в металле обсадной колонны под действием струи воды, в которую для усиления абразивного действия добавляют песок.
Были проведены эксперименты по изучению эффективности действия различного рода добавок к воде на пробивную способность струи, Сравнивали добавки песка, металлической (стальной) крошки и высокомолекулярного полимера. Результаты опытов показали, что наибольшей пробивной способностью обладает струя воды с полимерными добавками, а металлическая крошка занимает промежуточное место между добавками полимера и песком. Это связано с наличием у полимера релаксационных свойств. В процессе взаимодействия струи с поверхностью, находящиеся в воде частички той или иной добавки при ударе о металл деформируются, при этом часть кинетической энергии тратится на деформиров ание (упругое или пластическое) этой частички. Поскольку взаимодействие частички и поверхности длится конечное время, то поведение полимера будет определяться соотношением времен релаксации и взаимодействия. При больших скоростях истечения время взаимодействия значительно меньше времени релаксации и частичка полимера не успевает деформироваться, т.е. полимер в данных условиях ведет себя как жесткое недеформируемое тело. Это способствует усилению разрушительной способности струи воды.
19.12.8. Всплывание пузырей газа в вязкоупругой жидкости. Скорости всплывания пузырей газа в неподвижной вязкоупругой жидкости с высотой возрастают. В условиях описываемых опытов размеры пузырей по мере подъема практически не изменялись, поэтому причиной ускорения движения поднимающихся пузырей нельзя считать рост архимедовой силы. По данным экспериментов этот эффект более четкое выражен у удлиненных пузырей. Непосредственные измерения давления по высоте столба жидкости показали, что оно меняется неравномерно. Датчик, у становленный на стенке трубы, регистрирует повышение давления с момента прохождения крайней верхней точки контура пузыря через уровень расположения датчика. По мере поднятия пузыря показание датчика увеличивается, достигая максимального значения в нижней части пузыря. После прохождения пузыря показание датчика быстро восстанавливается до значения, соответствующего гидростатическому давлению. Наблюдаемый эффект можно объяснить кинетикой развития нормальных напряжений в вязкоупругой жидкости при внезапном наложении сдвигового течения. При прохождении головы пузыря через уровень расположения датчика начинается движение жидкости в зазоре между стенкой трубы и поверхностью пузыря. По мере подъема пузыря время движения жидкости в данном сечении увеличивается, соответственно возрастают нормальные напряжения. Это приводит к повышению давления по высоте пузыря от головной части к нижней, и, следовательно, к появлению дополнительной силы, приложенной к пузырю снизу вверх. Вследствие этого скорость подъема пузыря возрас тает. Если высота пузыря небольшая, то за время его прохождения через выбранное поперечное сечение трубы нормальные напряжения не успевают достичь максимального значения и выталкивающая сила будет невелика. Таким образом, существует оптимальная высота пузыря, поднимающегося в заданной жидкости, при которой время его подъема будет наименьшим.
19.12.9. Движение в капилляре с переменным сечением. Рассмотрим результаты опытов по изучению движения вязкоупругой жидкости в двух прямолинейных капиллярах, один из которых имеет постоянный диаметр, а другой — периодически изменяющийся по длине, причем средний диаметр второго равен диаметру первого капилляра. Течение во всем диапазоне исследования происходит с очень малой скоростью, поэтому число Рейнольдса во всех случаях не превосходит нескольких единиц. Если для первого капилляра зависимость Q — р имеет вид прямой линии, проходящей через начало координат, то для капилляра с переменным сечением эта зависимость отклоняется к оси давлений. В силу малости числа Рейнольдса появление дополнительных сопротивлений объясняется релаксационными свойствами жидкости, но не связано с возникновением инерционных сил из-за переменности (скорости в капилляре. При движении через систему сужающихся и расширяющихся каналов с малой скоростью напряжения, вызванные деформацией жидкости, успевают релаксировать, и по сравнению с вязким сопротивлением ими можно пренебречь. С увеличением скорости движения упругие напряжения не успевают релаксировать, поэтому общее сопротивление возрастает. Таким образом, помимо числа Re течение дополнительно характеризуется новым параметром, равным отношению времени релаксации жидкости к характерному времени процесса.
19.12.10. Жидкий канат. Если тяжелую нефть, густое масло или мед лить на тарелку с достаточно большой высоты, то на некотором расстоянии от тарелки струйка жидкости начинает закручиваться колечками. Это связано с тем, что падая струйка сжимается и выгибается. Вследствие действия упругих напряжений струйка не может разорваться. Поэто му, если количество падающей жидкости больше, чем может сразу поглотить жидкость, находящаяся в тарелке, то струйка начинает завиваться. Витки некоторое время находятся на поверхности, постепенно поглощаясь слоем жидкости.
19.12.11. Эффект "зонтика". При введении в состав полимерной системы некоторых видов наполнителей, например песка, она приобретает вязко-сыпучие свойства. Реологические свойства вязко-сыпучей среды помимо вязкости характеризуются углом внутреннего трения, что легко представить по аналогии с кучей песка, у которой угол откоса имеет постоянное для данной системы значение. При изменении этого угла песок начинает сыпаться.
На движение вязко-сыпучей системы существенно влияет сила тяжести. Если поместить пробку из вязко-сыпучего материала в вертикальную трубу, то наблюдается следующее интересное явление — страгивающее усилие сверху вниз превосходит усилие, которое нужно приложить, что заставить пробку двигаться вверх.
Далее приведены в кратком виде некоторые эффекты в полимерных жидкостях.
19.12.12. Рассмотрим течение жидкости по наклонному желобу полукруглого сечения. В обоих случаях поток ламинарный. Поверхность ньютоновской жидкости плоская, за исключением участков у границ, в то время как поверхность полимерной жидкости слегка выпуклая.
19.12.13. Эффект, происходящий при медленном течении жидкости из широкой трубы в узкую. В полимерной жидкости образуются вихри, направленные вверх против течения, в результате чего часть жидкости захватывается этими вихрями и не проникает в узкую трубу.
19.12.14. Эффект, в котором наблюдается течение около цилиндра, колеблющегося в поперечном направлении, называется акустическим потоком. Высокочастотные колебания создают вторичное течение в окружающей жидкости. При этом направление течения в полимерной жидкости противоположно тому, которое имеет место в ньютоновской жидкости.
19.12.15. Что происходит, когда в трубку, наполненную жидкостью, бросают один за другим два шарика? В ньютоновской жидкости второй шарик всегда будет догонять пер вый и в конце концов столкнется с ним. В полимерной жидкости то же самое произойдет, если второй шарик бросить почти сразу за первым. Но если шарик опустить через определенный критический интервал времени, то при падении второй шарик будет отталкиваться от первого.
19.12.16. Рассмотрим случай, когда вращающийся диск на дне сосуда приводит к течению, при котором в ньютоновской жидкости поверхность в центре опускается (образуется воронка), а в полимерной жидкости поднимается.
Пусть вращающийся диск помещен на поверхность каждой из рассматриваемых жидкостей. Возникающий первичный поток, направлен по касательной к диску, вызывает затем вторичный поток. При этом ньютоновская жидкость отбрасывается вращающимся диском так, что у стенок сосуда она движется вниз, а затем вблизи оси сосуда вновь поднимается вверх. В полимерной жидкости также имеется вторичное течение, но движение происходит в противоположном направлении.
19.12.17. В ньютоновской жидкости сифонный эффект действует лишь тогда, когда его засасывающий конец расположен ниже поверхности жидкости. Однако полимерную жидкость можно выкачать из сосуда, даже если имеется некоторое расстояние между поверхностью жидкости и концом сифона.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. В. Классен .Перспективы применения магнитной обработки водных систем химической промышленности."Химическая промышленность" N1,1974. 2. Н.И.ЛЫШАГИН К изменению свойств омагниченной воды."Изв.высш. учеб.заведений. Физика,1974,нр 2, стр.44-103. 3. И.М.Аметов, Н.М.Шерстнев. Применение композитных систем. М.:Недра. 4. "Изобретатель и рационализатор", 1975,нр 10,26. 5. А.С.NN422562, 542526, 518553, 416047, 346553, 496253, 496146.

Приложение
1. Возможные применения оторых физических эффектов и явлений при решении изобретательских задач.
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Тепловое расширение и вызванное им изменение собственной частоты колебаний
(3.1;5,1; ).Фазовые переходы (3.2; 6.6.1,8.1.3.1,8.1.4.1, 7,5.6,8.1.6,8.8).Изменение магнитных, электрических и оптических свойств(6.5, 7.1.1,1, 8.1.2, 13.2. 1,13,3, 13.4, 15.7, 15.8, 16.3.1)Пиро-и термоэлекрические эффекты(5.5, 9.2).Термосртикция (8,3.1).Термокапилярный эффект (3.3.7). Жидкие кристаллы .
ПОНИЖЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Фазовые переходы(3.2, 4.3, )Сорбия(3.4) Механокалорический эффект (4.3.3) Магнитокалорический эффект(8.2).Эффект Джоуля-ТОМСОНА (4.6.1).Излучение (6.11.1; 13.4.3).Термоэлектрические и термомагнитные явления (9.2.2; 10.1.2, 10.2.2). Диффузия(75).
Повышение температуры Трение (1.3)Сорбция(3.4).Механокалорический эффект(4.3.3) Скачок уплотнения(4.4.2)Тепловое действие токов и полей (6.4, 6.9, 6.10.1, 6.10.5, 7.1.3, 8.3)Термоэлектрические и термомагнитные я вления (9.2.2, 9.2.3, 10.1.2, 10.2.2)Разряды в газах (11)Излучение (13.1, 13.2, 13.4.3, 13.4.6) Диффузия(3.5) Ультразвуковой нагрев(5.3)
СТАБИЛИЗАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
Фазовые переходы (3.2, 7.5.3, 7.6.3, 8.1.3.1, 8.1.4.1)
ИНДИКАЦИЯ ПОЛОЖЕНИЯ И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЬЕКТА
Реверберция (5.2.1) Ультразвук (5.3) Эффект Допплера-Физо (5.4.2) Интерференция (5.4.5) Голография (5.4.6) Пьезоэлекьтрический эффект (7.4.2) Оптические методы индикации (13) Механооптические явления (16.2). Поляризация (5.4.3) ЯМР (18.10) Магнитная индукция (6.7) Радиоактивные и другие метки.
Управление перемещением обьекта
Гравитация (1.2) Тепловое расширение (3.1) Центробежные силы (1.1.2) Закон Архимеда (4.1.1, 4.2.2,) Подьемная сила (4.5) Резонанс (5.1.3) Звуковое давление . Действие электрических и магнитных полей (6.1.1, 6.3, 6.7, 6.8, 6.10.2, 7.4.1, 7.4.3, 8.1.2, 8.1.3, 8.3, 8.5) Световое давление (13.1.1)
УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЖИДКОСТИ И ГАЗА
Центробежные силы (1.1.2).Поверхностные явления,капилярность (3.3) Осмос (3.6) .Те чение жидкости и газа (4.2) .Эффект Томса (4.4.1) Эффект Коанда (4.4.3) Волновое движение (5.4) Электрокинетические явления (12).Воздействие электрических и магнитных полей (6.3) (6.7, 6.8, 6.10.2, 7.4.1, 8.1. 2, с ферромагнитными добавками 8.1.3, 8.5) Свеиовое давление (13.1.1) Ионизация (11.1.4)
УПРАВЛЕНИЕ ПОТОКАМИ АЭРОЗОЛЕЙ (ПЫЛЬ,ДЫМ,ТУМАН)
Центробежные силы (1.1.2).Силы инерции и гравиьтации (1.1, 1.2). Дейсвтие ультразвука (5.3.4) Воздействие электрических и магнитных полей (6.1.1, 6.3, 6.7.2, 9.1.1). Световое давление (13.1.1) фото-и термо-форез,конвекция.
ПОЛУЧЕНИЕ СМЕСЕЙ.ОБРАЗОВАНИЕ РСТВОРОВ
Диффузия (3.5) Акустическая кавитация (4.8.2) Колебания , ультразвук (5.1, 5.3.2.5) Электрофорез (12.3)
РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ
Гравитация.Центробежные силы (1.1, 1.2) Капилярный полуп роводник (3.3.9) Фазовые переходы (3.2) Сорбция (3.4) Диффузия (3.5) Осмос (3.6) Ультразвук.Стоячие волны (5.3.2.7) (5.4.1) Резонанс (5.1, 3, 13.4.3) Трибоэлектричество (9.1.1) Электроосмос и элктрофорез (12.1, 12.3)
СТАБИЛИЗАЦИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЬЕКТА
Гироскопический эффект (1.1.4) Стабилизация в электрических и магнитных полях (6.3, 6.10.3, 6.10.4, 8.1.1) Вязкоэлектрический эффект (4.2.4) Тепловое расширение (3.1.3)
СИЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ.РЕГУЛИРОВАНИЕ СИЛ СОЗДАНИЕ БОЛЬШИХ ДАВЛЕНИЙ
Силы инерции.Гравитация (1.1, 1.2) Тепловое расширение (3.1.1) Фазовые переходы (3.2, 7.6.2) Фотоадсорбционный эффект (3.4.2) Гидростатика и гидродинамика (4.1.2, 4.5, 4.7) Осмост (3.6) Воздействие электрических и других полей (6.7.1, 6.8, 8.1.2, 8.1.3) Пьезоэффект и магнистрикция (7.4.2, 8.3) Световое и звуковое давление (13.1.1) Упругие деформации (2.1.5)
РАЗРУШЕНИЕ ОБЬЕКТА
Силы инерции (1.1) Эффект Баушингера (2.1.4) Кавитация (4.8) Гидровлические удары (4.7) Ультразвук.Резонанс (5.3.1, 5.1.3) Пробой диелектриков (7.1.3) Лазеры (13.4.6)
АККУМУЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Инерция (1.1) Фазовые переходы (3.2) Деформации (2) Пьезо эффект (7.4.2) Радиотермолюминисценция (15.4.1) Потенциальная энергия в поле гравитации (1.2)
ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ
Эффект Александрова (2.2) Тепломассообмен (3.7) Ультразвук (5.3) Волновое движение (5.4) Взаимная индукция (6.9. 1) Электромеханические эффекты (7.4) Взаимодействие электронов с веществом (17.4) Излучение (13.4) Лазеры (13.4.6, 17.6) Сверхпроводимость (6.6) Световоды (13.2.1) Тепловой диод (3.1.3) Гидровлические удары (4.7)
ИЗМЕНЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОБЬЕКТА
Зависимость частоты собственных колебаний от размеров (5.1). Электропроводность (6.5).Изгнитошумовая размерометрия (6.10). Магнитная индукция (6.7) Супрпарамагнетизм (8.1.7) Оптические и акустические медоты (13.2, 13.3, 13.4, 16.5.2, 5.3, 5.4) Разряды (11) Упругое рассеяние электронов (18.4.1)
ИЗМЕНЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОБЬЕКТА
Деформация (2).Тепловое расширение (3.1) Фазовые переходы (3.2, 7.6.2) Электро-и магнитомеханические эффекты (7.4.1, 7.4.3, 8.3) Нейтронное распухапние (18.5.1)
КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ
Трение (1.3) Поверхностные явления (3.3.3.4) Оптические методы (5.4.3, 5.4.5, 5.4.6, 13.2, 13.3, 15, муар) Электрические методы (6.5, 6.10.5, 9, 11)
ИЗМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ
Управлени трением (1.3,) Фазовые переходы (3.2) Поверхностные явления (3.3) Сорбция (3.4.) Диффузия (3.5) Эффект Баушингера (2.1.4) Эффект Томса (4.4.1) Ультразвук (5.3.1, 5.3.2.2) Поверхностный эффект (6.10.5) Разряды (11) Облучение (13.1, 18.6.1)
КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВ В ОБЕМЕ
Инверция (1.1) Закон Архимеда (4.1.1) Сводные колебания (5.1.1) Дефектоскопия (5.2, 5.3, 13.3, 18.1, 18.3) Электромагнитные методы (6.5.3, 6.10.1, 7.2., 8.1, 2, 8.1.7, 8.4, 8.7, 9.1, 12.4) Отические методы (18)
ИЗМЕНЕНИЯ ОБЕМНЫХ СВОЙСТВ ОБЕКТА
Фазовые переходы (3.2) Электрические и магнитные поля (2.1.1, 2.1.2, 2.1.5, 4.2.4, 7.1.2, 6.5, 7.5.6, 8.1.3) Ультразвук (5.3.2) Ионизация (11) Облучение (18.3, 18.4, 18.5, 18.6) Изменение оптических свойств (14.2, 15, 16.17)
СОЗДАНИЕ И СТАБИЛИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ
Волновые явления (5.4) Муаровый эффект (фазовые переходы(3.2) кавитация (4.8)
ИНДИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Дв ижение зарядов (6.1.1, 6.2, 6.7.2, 6.11, 11) Изменение параметров веществ (7.3, 7.4, 7.5, 8, 10, 12, 16, 9, 18.9, 18.10, 14.1, 4, 15.3.1, 15.7, 15.8, 15.9, )
ИНДИКАЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ
Нагрев вещества излучения (3.1) Фотоэлектрические и фотохимические явления (14) Люминисценция (15) Ионизация (11.1) Оптикоакустический эффект (13.4.1) Явления микромира (18)
ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Эффекты Дозефсона и Ганна (4.3) Люминисценция (3.4.5, 3.4.4, 4.8.3, 15, 19.2.1) Электрические методы (6.7, 6.11) Другие методы (17.3, 13.4)
УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ
Электростатическая индукция. Экранирование (6.2) Сверхпроводимость (6.6.1) Электромагнитная индукция (6.9) Электрокалорический эффект (7.5.1) Пьезомагнетики и ильзоэлектрики (8.1.8, 7.4.2)Магнитоэлектрики( 8.1.9) Контактные ,термоэлектрические и эммиссионные явления (9) Гальвано и термомагнитные явления (10) Электрокинетические явления (12) Фотоэлектрические явления (14.1)
УПРВЛЕНИЕ СВЕТОМ
Отржение и преломление света (13.2) Влиян ие анизотропии (16) Нелинейные эффекты (17)
ИНИЦИИРОВАНИЕ И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Скачок уплатнения (4.4.2) Кавитация (4.8) Ультразвук (5.3, 5.4) Разряды (11) Излучения (13.1, 13.4.6, 14.2, 16.5.1 18.3, 18.4, 18.5, 18.6)

Переход к Матрице

На главную страницу