Электрические отклоняющие поля — Справочник химика 21
Рассмотрим газ в цилиндре с поршнем (рис. 15-3) и допустим, что давление внутри цилиндра Рд утр больше постоянного внешнего атмосферного давления Р. Когда газ расширяется и перемешает поршень на бесконечно малое расстояние ( в, сила, действующая на поршень снаружи, остается постоянной и равной произведению давления Р на площадь А поршня. Выполненная газом работа, как указано в подписи к рис. 15-3, равна произведению приращения объема газа на внешнее давление, против которого осуществляется расширение = Р(1У. Поскольку в рассматриваемом случае преодолеваемое давление остается постоянным, выполненная работа связана с приращением объема газа (ДК) соотношением = РДК Хотя приведенные здесь соотношения получены для газа, расширяющегося в цилиндре, они справедливы в отношении любого процесса расширения газа. Работа, подобная описанной выше, часто называется работой расширения или работой типа РУ. Существуют и другие виды работы. Мы совершаем работу против силы тяжести, поднимая груз в положение, где он имеет большую потенциальную энергию и откуда он может упасть в исходное положение. Электрическая работа осуществляется при перемещении заряженных ионов или других заряженных тел в электрическом потенциальном поле. Мы можем выполнить магнитную работу, отклоняя иглу компаса от направления, куда она указывает в спокойном состоянии. Все эти виды работы включаются в обобщение, известное под названием первого закона термодинамики. [c.14]
В масс-спектрометре (рис. 5) молекулы в высоком вакууме бомбардируются потоком электронов, которые выбивают из них собственные электроны, превращая в положительно заряженные ионы. Пучок таких ионов далее ускоряется электрическим полем и попадает в магнитное поле. При этом за счет силы Лоренца ионы отклоняются от прямолинейного движения. Сила Лоренца зависит от заряда иона Q, скорости его движения, а ускорение, отклоняющее пучок ионов, определяется и массой ионов. В итоге угол отклонения зависит от отношения Q/m и оказывается разным для частиц разной массы. Если, например, в пучке имелись молекулы Ю2, и Ю2, [c.27]
Эти процессы обратимы. Фрезер (1932) обнаружил в камере Вильсона расщепление ядер азота нейтронами из бериллия. Из 130 снимков, в которых зафиксировано было соударение нейтронов с ядрами азота, на 30 можно было констатировать расщепление последних. Такой выход необычайно высок по сравнению с расщеплением протонами или а-частицами. Нейтроны не несут заряда и не отклоняются полем ядра. Это, вместе с малой массой, делает их идеальным орудием для расщепления ядер. До сих пор однако мощного потока нейтронов получить не удалось. Нельзя также получить искусственно поток быстрых нейтронов (как это делается для протонов), так как электрическое поле их не ускоряет. [c.116]
В результате реакции образуются ядро углерода и нейтро -г о -Нейтрон не отклоняется электрическим магнитным полем и не ионизирует воздух, поэтому его очень трудно заметить. Однако, сталкиваясь с ядром водорода, нейтрон сообщает ему энергию и заставляет его двигаться. Движение протона легко обнаружить, так как протон — заряженная частица. Поэтому нейтроны исследуют, направляя их на какое-либо соединение, содержащее водород (воду или парафин). Появление протонов и служит признаком, по которому можно судить о наличии нейтронов. [c.172]
Сам Плюккер и независимо от него Крукс показали, что такое отклонение существует. Оставалось решить еще один вопрос. Если катодные лучи представляют собой заряженные частицы, то электрическое поле также должно их отклонять. Однако доказать, что катодные лучи отклоняются в электрическом поле, удалось далеко не сразу. Только в 1897 г. английский физик Джозеф Джон Томсон (1850—1940), работая с трубками с очень глубоким вакуумом, сумел в конце концов показать, что катодные лучи отклоняются под действием электрического поля (рис. 20). Это было последним звеном в цепи доказательств, и теперь оставалось лишь согласиться с тем фактом, что катодные лучи представляют собой поток отрицательно заряженных частиц. Величина отклонения частицы в магнитном поле заданной напряженности определяется массой частицы и величиной ее электрического заряда. Томсону удалось измерить соотношение массы и заряда частицы, хотя измерить эти величины отдельно он не смог. [c.148]
Образец из баллона поступает через диафрагму в зону, где от катода (накаленная нить) к электронной ловушке (земля) идет ток электронов. Электроны выбивают из молекул орбитальные электроны и превращают молекулы в ионы. Ионы под действие все усиливающегося электрического поля, приложенного к сеткам ионной пушки , втягиваются в ионную пушку и ускоряются диаметр диафрагм сеток пушки увеличивается по ходу дви-жения ионов, поэтому ионы расходятся и образуется пучок, который попадает в магнитное поле. Нейтральные молекулы выводятся из трубки с помощью вакуумного насоса. Магнитное поле отклоняют ионы от прямолинейного движения, и они начинают дви- [c.35]
Весь прибор герметичен и присоединен к высоковакуумной установке. При столкновении молекул вещества с электронами образуются положительные ионы, которые попадают в электрическое поле между двумя пластинками, а затем в магнитное ноле. Положительные ионы отклоняются нри этом от своего пути в зависимости от их массы. Легкие ионы отклоняются сильнее, тяжелые слабее. [c.230]
Если частице, не обладающей магнитными свойствами, сообщить электрический заряд д путем ее облучения [уравнение (Х.ЗО)] или ионной диффузии [уравнение (Х.36)], а затем поместить частицу в поле магнита напряженностью Н А/м, то на нее будет действовать сила, направленная под прямым углом к направлению поля и к направлению движения частицы, в связи с чем она отклонится от своей первоначальной траектории. Уравнение для частицы в вакууме запишется в виде [c.545]
Индуцированная поляризация проявляется и для веществ с постоянным дипольным моментом. Для последних надо, однако, принять во внимание, что макроскопическая поляризация постоянных диполей зависит от температуры, так как из-за теплового движения диполи отклоняются от направления, заданного электрическим полем. Для среднего момента постоянных диполей справедливо следующее выражение [c.100]
ГАММА-ЛУЧИ (v-лучи) — электромагнитное излучение с о чень короткими длинами волн (до 1 А), испускаемое атомными ядрами при радиоактивных превращениях и ядерных реакциях. Г.-л., в отличие от а- и р-лучей, не отклоняются в электрических и магнитных полях и имеют большую проникающую способность. Г.-л. используются для обнаружения внутренних дефектов изделий (гамма-дефектоскопия), в медицине для гамма-терапии злокачественных опухолей, в пищевой промышленности для консервирования продуктов и др. В химии Г.-л. применяют для инициирования радиационно-химических реакций. Источником Y-лучей служат радиоактивные изотопы Со, и др. Способы индикации Г.-л. сходны с рентгеновским излучением. .) [c.65]
В сторону какого электрода отклоняется пламя, помещенное в электрическое поле [c.29]
Появление э. д. с. Холла объясняется действием магнитного поля. Известно, что на движущийся со скоростью и в магнитном поле заряд действует сила f// = q vH sin а. Если а = 90°, то Fh = qz,vH. Под действием этой силы носители заряда, в зависимости от знака, будут отклоняться так, как показано на рис. 27, что приводит к возникновению поперечного электрического поля с напряженностью . Это поле действует на электрический заряд с силой fjj = q Ey . [c.123]
Если в стеклянную трубку впаять металлические электроды, выкачать из трубки воздух и к электродам подвести электрический ток высокого напряжения, то от катода начинают распространяться лучи, которые были названы катодными. Экспериментально было установлено (лучи приводили в движение имеющуюся на их пути легкую вертушку, отклонялись в электрическом и магнитном поле), что это поток отрицательно заряженных частиц. [c.38]
Заметим, что масса электронов намного меньше массы а-частиц, поэтому в электрическом поле р-частицы отклоняются сильнее -частиц (см, рис. 3). [c.32]
Под действием электрического и магнитного полей входящие в состав положительных лучей ионы отклоняются от прямолинейного пути. Отклонение это при постоянных полях тем больше, чем меньше скорость иона и чем больше характерное для него отношение заряда к массе. Если оба поля расположить определенным образом (перпендикулярно к направлению луча), то все ионы, имеющие различные скорости, но характеризующиеся одним и тем же отношением заряда к массе [elm), в своей совокупности дают на фотографической пластинке ветвь параболы. Изменив направление обоих полей на обратное, можно заснять и вторую ветвь той же параболы. Получаемые по методу парабол (Томсон, 1913 г.) фотографии имеют вид, показанный на рис. XVI-6. [c.500]
Позже электроны были также обнаружены в излучении, которое возникает при радиоактивном распаде тяжелых атомов (уран, радий и др.). Было найдено, что поток электронов, вылетающих из атомов радиоактивных элементов, отклоняется подобно электрическому току от прямолинейного движения под влиянием магнитного и электрического полей. По величине таких отклонений нашли заряд и массу электрона. Последняя оказалась приблизительно в 1800 раз меньше массы атома водорода (равной около 9-10 г). [c.144]
Разделение происходит потому, что электрическое и магнитное поля отклоняют движущуюся частицу с массой (т), зарядом (е) и скоро- [c.41]
Исследование радиоактивного излучения пока зало, что оно является сложным. Если радиоактивный препарат, заключенный в непроницаемую для его лучей свинцовую капсулу с отверстием наверху, поместить в электрическое поле, то излучение распадается на три составные части, так называемые альфа-(а), бета-( ) и гамма-(у) лучи (рис. И1-3). Первые отклоняются к отрицательному полюсу они представляют собой поток частиц сравнительно большой массы, заряженных положительно. Вторые сильнее отклоняются к положительному полюсу они слагаются из частиц очень малой массы, заряженных отрицательно. Наконец, улучи представляют собой волны, подобные световым, но гораздо более короткие. Аналогичное расщепляющее действие на радиоактивное излучение оказывает магнитное поле (рис. П1-4). Все три вида лучей действуют на фотографическую пластинку, вызывают свечение некоторых веществ и т. д. [c.67]
Эксперименты на пикосекундной временной шкале и более короткой требуют других подходов. Световая вспышка, вызывающая возбуждение или фотолиз молекул исследуемого вещества, генерируется лазером с пассивной синхронизацией мод, оснащенным системой выделения одиночного импульса из цуга. Хотя пикосекундная импульсная спектроскопия опирается на методику двух вспышек — возбуждающей и зондирую -щей,— импульс зондирующего света обычно получается за счет преобразования части света возбуждающей вспышки, а необходимая короткая временная задержка легко достигается благодаря конечной скорости света. Зондирующий световой пучок направляется по варьируемому более длинному оптическому пути. Для абсорбционных экспериментов спектр этого излучения может быть уширен (например, ССЬ преобразует малую часть излучения лазера на неодимовом стекле с длиной волны 1060 нм в излучение в широком спектральном диапазоне). Для других диагностических методик, например КАСКР, это излучение может быть преобразовано в излучение другой частоты. Существует также ряд специализированных методик для изучения испускания света в пикосекундном диапазоне. Одна из них связана с электронным вариантом стрик-камеры. Для регистрации временной зависимости интенсивности сфокусированного пучка или светового пятна в механическом варианте стрик-камеры используется быстро движущаяся фотопленка. В электронном варианте изображение вначале попадает на фотокатод специального фотоумножителя типа передающей телевизионной трубки. Под действием линейно изменяющегося напряжения, прилагаемого к пластинам внутри трубки, образующиеся фотоэлектроны отклоняются тем сильнее, чем позже они вылетели из фотокатода. Для регистрации мест попадания отклоненных электронов может использоваться фосфоресцирующий экран с относительно длинным послесвечением, изображение на котором фотографируется или преобразуется с помощью электроники для последующего анализа. Этот метод носит название электронно-оптической хроноскопии. В альтернативном методе для изучения флуоресценции с пикосекундным временным разрешением Используется затвор, основанный на эффекте Керра (вращение плоскости поляризации света в электрическом поле), индуцируемом открывающим лазерным импульсом. В еще одном методе (флуоресцентная корреляционная спектроскопия) часть света возбуждающего импульса проходит через оптическую линию задержки и смешивается с испускаемой флуоресценцией в нелинейном кристалле (см. конец разд. 7.2.3), давая на выходе [c.203]
Летящий электрон отклоняется от прямолинейного пути и электрическим и магнитным полями. Изучение характера этих отклонений позволило установить величину отношения заряда электрона к его массе (е/т). Зная заряд, можно было затем найти и массу электрона она равна 9,11-10-2 g Радиус электрона оценивается в [c.71]
Р-Лучи состоят из электронов (ничтожная масса, заряд е ). у-Лучи не отклоняются ни электрическими, ни магнитными полями. Они являются электромагнитным излучением очень коротких длин волн (10″ —10″ см) и, следовательно, больших энергий. Их проникающая способность велика чтобы задержать их, требуется свинцовая пластинка толщиной несколько сантиметров. Их энергия намного больше энергии р-лучей, она превышает даже энергию а-частиц. Закон Содди — Фаянса показывает, как изменяется элемент при радиоактивном распаде. [c.44]
В 1895 г. Рентген открыл лучи, которые генерируются на антикатоде под действием пучка электронов, вылетающих из катода. Они обладают большой проникающей способностью, вызывают ионизацию газов, не отклоняются электрическим и магнитным полями. Эти лучи впоследствии получили название рентгеновских. Они представляют собой электромагнитные колебания, аналогичные световым, но обладающие очень короткой длиной волны. [c.28]
Поток излучаемой при радиоактивном распаде радия энергии неоднороден, и его можно разделить электрическим или магнитным полем по методу Томсона. На рис. 6 показан препарат радия, помешенный в изолирующую свинцовую ампулу с тонким отверстием, через которое выходит излучение. Это общее излучение, попадая в конденсатор, разделяется в нем на три части 7-лучи не отклоняются ни электрическим, ни магнитным полем, 3-лучи отклоняются к положительной пластине конденсатора очень сильно, а а-лу-чи отклоняются немного к отрицательной пластине конденсатора, [c.30]
На рис. П1-5 показана схема установки, применяемой для изучения катодных лучей. В стеклянном сосуде, из которого выкачан воздух, впаяны анод А и катод К. При разряде между ними от катода распространяются катодные лучи, которые частично проходят сквозь узкое отверстие в аноде, затем между двумя металлическими пластинками Е и, наконец, попадают в пространство М, где могут быть обнаружены фотографированием или иным способом. Если между пластинками Е создать электрическое поле, то лучи отклоняются в сторону пластинки, заряженной положительно. Это показывает, что сами лучи заряжены отрицательно. Изменяя условия (силу поля и др.), можно изучить различные свойства этих лучей. [c.58]
Поступающий из центральной части аппарата К в пространство между обоими полудисками ( дуантами ) циклотрона пучок заряженных частиц под действием магнитного поля приходит в круговое движение. Частота переменного электрического поля подбирается при этом таким образом, чтобы каждый раз, когда частицы находятся между обоими полудисками, они получали ускорение. Благодаря наличию последовательного его нарастания общий путь пучка приобретает форму спирали. В конце этого пути поток частиц отклоняется отрицательно заряженной пластиной П и выходит из аппарата с отвечающей заданным условиям скоростью. [c.514]
Электрическая энергия — это энергия упорядоченного движения электронов. В электрическом токе электроны и ионы участвуют в тепловом движении, и поэтому их движение не полностью упорядоченно. Вследствие этого заряженные частицы движутся не томно вдоль силовых линий электрического поля, а временами отклоняются от них, хотя в среднем перемещаются в определенном направлении. [c.245]
В левой части рисунка показана камера, в которой под действием электрического разряда образуются положительные ионы и затем под влиянием электрического поля с определенным ускорением движутся вправо. Ионы, проходящие через первую щель, обладают различной скоростью в следующей части установки (селекторе скоростей) выделяется пучок ионов с примерно равными скоростями, тогда как ионы с другими скоростями задерживаются при проходе через вторую щель. (Здесь не будет описана конструкция устройства, позволяющего отобрать ионы, обладающие определенной скоростью.) После второй щели ионы движутся между двумя металлическими пластинами, из которых одна заряжена положительно, другая отрицательно. Ионы получают ускорение в направлении отрицательной пластины и отклоняются от прямолинейного пути А, по которому они двигались бы, если бы пластины не были заряжены, [c.86]
Но вот произошло открытие рентгеновских лучей и радиоактивности. В 1895 г. Вильгельм Рентген (1845-1923) проводил опыты с сильно ваку-умированными круксовыми трубками (см. рис. 1-11), что позволяло катодным лучам соударяться с анодом без препятствий, создаваемых молекулами газа. Рентген обнаружил, что при этих условиях анод испускает новое излучение, обладающее большой проникающей способностью. Это излучение, названное им х-лучами (впоследствии его стали также называть рентгеновскими лучами), легко проходит через бумагу, дерево и мышечные ткани, но поглощается более тяжелыми веществами, например костными тканями и металлами. Рентген обнаружил, что х-лучи не отклоняются в электрическом и магнитном полях и, следовательно, не являются пучками заряженных частиц. Другие ученые предположили, что эти лучи могут представлять собой электромагнитное излучение, подобное свету, но с меньшей длиной волны. Немецкий физик Макс фон Лауэ доказал эту гипотезу спустя 18 лет, когда ему удалось наблюдать дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах. [c.329]
Так как трудно получить монодисперсные кап. необходимого размера, имеется очень мало исследований электровязкостных эффектов в эмульсиях. Ван дер Ваарден (1954) определил вязкости ряда эмульсий М/В, стабилизированных сульфонатами натрия, в которых величина не превышала 0,205 мкм (табл. 1 МЗ). Максимальная концентрация примененного эмульгатора была необычно большой, так как составляла — 12% общего веса эмульсии. При более высоких концентрациях эмульгатора 11отн существенно отклонялась от теоретических значений, вычисленных по уравнению (IV.206). Увеличение было также намного большим, чем предсказывалось уравнениями (IV.249) и (IV.250). Поэтому сделано заключение, что расхождение не могло быть результатом искажения диффузного двойного слоя вокруг капель. Полагали, что сильно ионизированный эмульгатор, адсорбированный на поверхностп капель, создает электрическое поле высокого напряжения 10 —10 в см и слой молекул воды прочно связан с ним. Толщина слоя воды, как показано кажущимся увеличением Дг была 0,0014—0,0037 мкм, досиггая почти устойчивого значения при более высоких концентрациях эмульгатора. [c.296]
Из рие. V.9 следует, что при больших концентрациях зависимость электрической проводимости растворов сильных электролитов (h3SO4, КОН, NaOH) отклоняется от вышеописанной закономерности при увеличении концентрации раствора она понижается. Это объясняется тем, что переносчики электрических зарядов (ионы) в растворе перемещаются в электрическом поле во взаимно противоположных направлениях, создавая тем самым друг другу помехи. При малых концентрациях эти помехи незначительны и почти не сказываются на электрической проводимости растворов — зависимости G — f (с) почти линейны. По мере увеличения концентрации раствора помехи возрастают, что и отражается на зависимостях G = / (с) в виде отклонения от линейности. По достижении же некоторой критической концентрации эти помехи становятся настолько большими и действенными, что дальнейшее увеличение концентрации раствора не приводит к повышению его электрической проводимости, а напротив, ведет к ее снижению. Зависимость электрической проводимости раствора сильного электролита от его концентрации на этом участке проходит через максимум. [c.260]
БЕТА-ЛУЧИ (Р-лучи) — излучение, состоящее из электронов (или позитронов) и образующееся при -распаде радиоактивных изотопов. При наличии электрических зарядов Б.-л. под действием электрического и магнитного полей отклоняются от прямолинейного направления, что используется для определения отношения заряда частиц к их массе. Скорость частиц Б.-л. близка к скорости света. Б.-л. ио.чизируют газы, вызывают химические реакции, люминесценцию, действуют на фотопластинки и т. д. [c.44]
Дальнейшие исследования показали, что радиоактивное излучение распадается на три категории лучей, которые были названы буквами греческого алфавита а-, Р-, -лучи. В электрическом поле (рис. 1) а-лучи отклоняются к отрицательно заряженному,. электроду и прёдставдяют собой поток положительно заряженных ядер гелия Р-лучи отклоняются к положит ьно заряжерноМХ электроду и пдедставляют со .й пото электронов . — , — [c.11]
Сопротивление образца изменяется благодаря максвеллов-кому распределению скоростей электронов если поле Холла компенсирует отклонение магнитным полем для электронов некоторой средней скорости, то электроны со скоростью меньше средней будут отклоняться в сторону электрической силы Холла еЕу, а электроны со скоростью больше средней будут отклоняться в сторону магнитной силы Лоренца еУхН с. Это ведет к уменьшению длины свободного пробега и тех, и других электронов в направлении внешнего электрического поля Е , а следовательно, и к росту сопротивления. [c.331]
Можно ли воздействовать на свет электрическим полем? / Хабр
Оказывается, можно. И ниже я расскажу, как. Этот пост родился из моего ответа на
вопрос
, заданный на сайте Quora.
Речь пойдёт о квантовом вакууме. Так он выглядит в представлении художника.
Сredit: lactamme.polytechnique.fr
Откуда вопрос?
Вопрос в оригинале звучит так:
Light is an electromagnetic particle. Can we deviate its path by applying electric or magnetic fields to it?
Или в переводе:
Свет — это электромагнитная частица. Можем ли мы изменить его траекторию, приложив электрическое или магнитное поле?
Вообще говоря, и на это указано в ответах на Quora, вопрос не совсем корректно сформулирован. Свет — это не частица, а волна или (корпускулярно-волновой дуализм!) поток частиц, квантов света — фотонов. Однако эта некорректность не отменяет самого вопроса. Действительно, если свет имеет электромагнитную природу, то почему бы нельзя было воздействовать на него электромагнитными полями?
Приблизительно так обычно изображается электромагнитная волна в учебных курсах.
Почему мне захотелось ответить на этот вопрос, так это потому, что он, на самом деле, имеет двойное дно. Есть ответ очевидный и ответ, который можно дать, только обладая определёнными знаниями, выходящими за рамки школьной программы.
Но сначала договоримся, что дальше речь пойдёт только о вакууме, поскольку на распространение света в среде можно оказывать влияние электрическим или магнитным полем опосредованно через воздействие на эту среду.
Очевидный ответ
Так вот, очевидный ответ: нет, нельзя. Почему нельзя, можно объяснять по-разному в зависимости от того, как представлять свет.
Если описывать свет как электромагнитную волну, то невозможность воздействовать на него электромагнитными полями следует из линейности уравнений Максвелла, которые собственно и описывают все электромагнитные явления в классической физике. Электромагнитная волна — это одно из решений этих уравнений, а внешнее поле — это другое решение. В силу свойства линейности, их сумма также является решением уравнений Максвелла, и потому они никак друг другу «не мешают» и не оказывают друг на друга никакого воздействия.
Уравнения Максвелла в вакууме в системе СИ
Если же описывать свет как поток частиц — фотонов — то ответ объясняется тем, что фотоны не обладают электрическим зарядом, а электромагнитные поля действуют только на заряженные частицы. Интересно, что эта ситуация уникальна для электромагнитного взаимодействия. Переносчики двух других фундаментальных взаимодействий, слабого и сильного, сами также могут принимать участие в переносимом ими взаимодействии.
Кто с кем взаимодействует в Стандартной модели.
Credit: Труш Виталий // Wikimedia Commons // CC-BY-SA 3.0
Например, согласно квантовой хромодинамике, сильное взаимодействие переносится глюонами. Они осуществляют взаимодействие между частицами, обладающими так называемым цветным зарядом — аналогом электрического заряда для сильного взаимодействия. При этом глюоны и сами обладают цветным зарядом и потому взаимодействуют и между собой, и с другими частицами с цветным зарядом.
Возвратимся, однако, к нашим баранам фотонам.
Неочевидный ответ
Выше я уже отметил, что очевидный ответ — это лишь первый слой. Давайте снимем и второй. Так вот, неочевидный ответ — да, на свет можно воздействовать внешними полями.
Эта возможность связана с тем, что согласно квантовой электродинамике вакуум, его ещё называют квантовым вакуумом, не является абсолютной пустотой. Более того, она наполнен так называемыми виртуальными частицами, известными также как квантовые флуктуации. Их можно представлять себе как рождающиеся на короткий промежуток времени и тут же аннигилирующие пары частицы и античастицы, в первую очередь электрона и позитрона.
Картинка, поясняющая идею квантовых флуктуаций.
Credit: universe-review.ca
Если продолжить описывать квантовый вакуум в виде образов, то во внешнем электрическом (и магнитном, но остановимся только на электрическом) поле виртуальные пары начинают жить чуть дольше, поскольку электрическая сила их слегка «растаскивает». Это приводит к тому, что у вакуума появляется поляризация. А там, где есть поляризация, там есть и диэлектрическая проницаемость!
Если вы помните школьный курс оптики, то дальнейшие рассуждения для вас должны быть очевидны. Действительно, мы знаем, что изменение диэлектрической проницаемости приводит к изменению коэффициента преломления и скорости света, а это, в свою очередь, приводит к преломлению и отражению света.
Этот эффект, конечно, очень слаб, и для его наблюдения требуются совершенно фантастические по величине поля. Кроме того, наблюдать преломление света в таких полях было бы очень сложно из-за его незначительности. Несмотря на это, сейчас уже всерьёз говорят о том, чтобы лет через 10–20 наблюдать влияние поляризации вакуума на распространение света в лаборатории.
Для генерации сверхсильных полей при этом предполагается использовать лазеры сверхвысокой пиковой мощности. На данный момент построены лазеры мощностью более 1 петаватта (пета- означает множитель 1015), с их помощью было получено излучение, электрическое поле в котором достигает величины порядка 1014–1015 вольт на метр. Это всего в 1000 раз меньше так называемого швингеровского предела, при котором и становятся заметны эффекты квантовой электродинамики в вакууме.
Однако для наблюдения эффекта необязательно достигать предела, достаточно полей в десятки раз слабее. А это значит, что уже через одно-два поколения сверхмощных лазеров — при мощностях порядка 100 петаватт — в лаборатории смогут изменить направление распространения света с помощью другого света, то есть с помощью электромагнитных полей. Измерять при этом, правда, будут не направление распространения, а поляризацию света. Дело в том, что вакуум в сверхсильном поле действует как двулучепреломляющая среда. Скорости волн с разной поляризацией в такой среде различны, поэтому при распространении в ней произвольно поляризованной волны, её поляризация будет изменяться и вот это изменение измерить значительно легче.
Гамма-излучение
ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ
Gamma-radiation
Гамма-излучение
(γ-излучение) – электромагнитное излучение, принадлежащее наиболее
высокочастотной (коротковолновой) части спектра электромагнитных волн. Приведем
классификацию электромагнитных волн:
Название | Длина волны, м | Частота, Гц |
---|---|---|
радиоволны | 3·105 — 3 | 103 — 108 |
микроволны | 3 — 3·10-3 | 108 — 1011 |
инфракрасное излучение | 3·10-3 — 8·10-7 | 1011 — 4. 1014 |
видимый свет | 8·10-7 — 4·10-7 | 4·1014 — 8·1014 |
ультрафиолетовое излучение | 4·10-7 — 3·10-9 | 8·1014 — 1017 |
рентгеновское излучение | 3·10-9 — 10-10 | 1017 — 3·1018 |
гамма-излучение | < 10-10 | > 3·1018 |
На шкале электромагнитных волн гамма-излучение соседствует
с рентгеновскими лучами, но имеет более короткую длину волны. Первоначально
термин “гамма-излучение” относился к тому типу излучения радиоактивных ядер,
который не отклонялся при прохождении через магнитное поле, в отличие от
α- и β-излучений.
Условно верхней границей длин волн гамма-излучения, отделяющей
его от рентгеновского излучения, можно считать величину 10-10
м. При столь малых длинах волн первостепенное значение имеют корпускулярные
свойства излучения. Гамма-излучение представляет собой поток частиц — гамма-квантов
или фотонов, с энергиями Е = hν (h – постоянная Планка, равная 4.14·10-15
эВ.сек, ν – частота электромагнитных колебаний).
Фотоны с энергиями Е > 10 кэВ относят к гамма-квантам. Между длиной волны
λ гамма-излучения и его частотой ν существует то же соотношение, что и для
других типов электромагнитных волн:
ν·λ = с (с – скорость света).
Частота гамма-излучения (> 3·1018 Гц) отвечает
скоростям электромагнитных процессов, протекающих внутри атомных ядер и
с участием элементарных частиц. Поэтому источниками гамма-излучения могут
быть атомные ядра и частицы, а также ядерные реакции и реакции между частицами,
в частности аннигиляция пар частица-античастица. И наоборот, гамма-излучение
может поглощаться атомными ядрами и способно вызывать превращения частиц.
Изучение спектров ядерного гамма-излучения и гамма-излучения, возникающего
в процессах взаимодействия частиц, дает важную информацию о структуре этих
микрообъектов.
Гамма-излучение может также возникать при торможении быстрых
заряженных частиц в среде (тормозное гамма-излучение) или при их движении
в сильных магнитных полях (синхротронное излучение).
Источниками гамма-излучения являются также процессы в космическом
пространстве. Космические гамма-лучи приходят от пульсаров, радиогалактик,
квазаров, сверхновых звёзд.
Гамма-излучение ядер испускается при переходах ядра из состояния
с большей энергией в состояние с меньшей энергией, и энергия испускаемого
гамма-кванта с точностью до незначительной энергии отдачи ядра равна разности
энергий этих состояний (уровней) ядра. Энергия ядерного гамма-излучения
обычно лежит в интервале от нескольких кэВ до нескольких МэВ и спектр этого
излучения линейчатый, т. е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров
ядерного гамма-излучения позволяет определить энергии состояний (уровней)
ядра.
При распадах частиц и реакциях с их участием обычно испускаются
гамма-кванты с бoльшими энергиями — десятки-сотни МэВ.
Гамма-излучение, образующееся при прохождении быстрых заряженных
частиц через вещество, вызывается их торможением в кулоновском поле ядер
вещества. Тормозное гамма-излучение имеет сплошной, спадающий с ростом энергии
спектр, верхняя граница которого совпадает с кинетической энергией заряженной
частицы. На ускорителях заряженных частиц получают тормозное гамма-излучение
с энергиями до нескольких десятков ГэВ и более.
Гамма-излучение можно получить при соударении электронов большой
энергии от ускорителей с интенсивными пучками видимого света, создаваемых
лазерами. При этом электрон передает свою энергию световому фотону, который
превращается в гамма-квант. Аналогичное явление может иметь место и в космическом
пространстве в результате соударений фотонов с большой длиной волны с быстрыми
электронами, ускоренными электромагнитными полями космических объектов.
Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, т.
е. может проходить сквозь большие толщи вещества. Интенсивность узкого пучка
моноэнергетических гамма-квантов падает экспоненциально с ростом проходимого
им в веществе расстояния. Основные процессы взаимодействия гамма-излучения
с веществом — фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние
(комптон-эффект) и образование пар электрон-позитрон. При фотоэффекте гамма-квант
выбивает из атома один из его электронов, а сам исчезает. При комптон-эффекте
гамма-квант рассеивается на одном из слабо связанных с атомом или свободных
электронов вещества. Если энергия гамма-кванта превышает 1.02 МэВ, то возможно
его превращение в электрическом поле ядер в пару электрон-позитрон (процесс
обратный аннигиляции).
Рис. Зависимость полного коэффициента поглощения гамма-излучения
в свинце и алюминии от энергии (сплошные линии). Поглощение за счёт фотоэффекта
в алюминии пренебрежимо мало при рассматриваемых энергиях. Пунктирные линии
− отдельные вклады, вносимые в полный коэффициент поглощения фотоэффектом,
комптоновским рассеянием, рождением пар для свинца.
Гамма-излучение используется в технике (напр., дефектоскопия),
радиационной химии (для инициирования химических превращений, напр., при
полимеризации), сельском хозяйстве и пищевой промышленности (мутации для
генерации хозяйственно-полезных форм, стерилизация продуктов), в медицине
(стерилизация помещений, предметов, лучевая терапия) и др.
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии
%PDF-1.5
%
1 0 obj
>/OCGs[53 0 R]>>/Pages 3 0 R/Type/Catalog>>
endobj
2 0 obj
>stream
2020-04-09T11:38:37+04:002020-04-09T11:38:38+03:002020-04-09T11:38:38+03:00Adobe Illustrator CC 23.0 (Windows)
AQBIAAAAAQAB/+4ADkFkb2JlAGTAAAAAAf/bAIQABgQEBAUEBgUFBgkGBQYJCwgGBggLDAoKCwoK
DBAMDAwMDAwQDA4PEA8ODBMTFBQTExwbGxscHx8fHx8fHx8fHwEHBwcNDA0YEBAYGhURFRofHx8f
Hx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8f/8AAEQgAIAEAAwER
AAIRAQMRAf/EAaIAAAAHAQEBAQEAAAAAAAAAAAQFAwIGAQAHCAkKCwEAAgIDAQEBAQEAAAAAAAAA
AQACAwQFBgcICQoLEAACAQMDAgQCBgcDBAIGAnMBAgMRBAAFIRIxQVEGE2EicYEUMpGhBxWxQiPB
UtHhMxZi8CRygvElQzRTkqKyY3PCNUQnk6OzNhdUZHTD0uIIJoMJChgZhJRFRqS0VtNVKBry4/PE
1OT0ZXWFlaW1xdXl9WZ2hpamtsbW5vY3R1dnd4eXp7fh2+f3OEhYaHiImKi4yNjo+Ck5SVlpeYmZ
qbnJ2en5KjpKWmp6ipqqusra6voRAAICAQIDBQUEBQYECAMDbQEAAhEDBCESMUEFURNhIgZxgZEy
obHwFMHR4SNCFVJicvEzJDRDghaSUyWiY7LCB3PSNeJEgxdUkwgJChgZJjZFGidkdFU38qOzwygp
0+PzhJSktMTU5PRldYWVpbXF1eX1RlZmdoaWprbG1ub2R1dnd4eXp7fh2+f3OEhYaHiImKi4yNjo
+DlJWWl5iZmpucnZ6fkqOkpaanqKmqq6ytrq+v/aAAwDAQACEQMRAD8A9U4q7FXYq7FXYq7FXYq7
FXYq7FXYq7FXYq7FXYq850HRbyD8x9QvZdJMcMzFxcU0+ihmlIlJjjE/7xl2+Ll/PXbEFJZ7b2Xp
TG4aRnneGOGb45fSPpFiGSJ3dEJMjciByb4QzHiuEsUQ6K6lWAZWFCDgSotYWTAAwRkA8h8I+1×4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uuid:e1f2c2cf-3168-4bad-b0ab-0a4ad3b9cd52xmp. did:e83b3cf1-ff0b-be47-86c2-8a8ea23bace4xmp.did:1836970e-879c-b340-8405-1f7aca61788bproof:pdfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3xmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfxmp.did:e83b3cf1-ff0b-be47-86c2-8a8ea23bace4proof:pdf
application/pdf
Adobe PDF library 15.00False1TrueTrue148.000161210.000145Millimeters
endstream
endobj
3 0 obj
>
endobj
55 0 obj
>
endobj
56 0 obj
>
endobj
62 0 obj
>
endobj
63 0 obj
>
endobj
64 0 obj
>
endobj
65 0 obj
>
endobj
66 0 obj
>
endobj
67 0 obj
>
endobj
68 0 obj
>
endobj
69 0 obj
>
endobj
105 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 133 0 R/TrimBox[0. 0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
106 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 144 0 R/TrimBox[0.0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
107 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 151 0 R/TrimBox[0.0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
108 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 154 0 R/TrimBox[0.0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
109 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 157 0 R/TrimBox[0.0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
110 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 160 0 R/TrimBox[0.0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
111 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 163 0 R/TrimBox[0. O`%sˠp.?ܻᰁ9″o3:x)fj
K{e)_}}=»buCSA92Rd3֚ns
Ceۃ{kh4#~G>-*@BػJ:
Отклонение сварочной дуги
Отклонение дуги во время сварки может вызывать множество проблем, в том числе чрезмерное разбрызгивание, недостаточную глубину проплавления, пористость и низкое качество сварных швов. Что это такое и как его можно избежать? В этой статье мы рассмотрим явление отклонения сварочной дуги и несколько способов его устранения для повышения качества сварки.
Отклонение дуги возникает при сварке на постоянном токе, когда дуга следует не кратчайшему пути от электрода к рабочему изделию, а отклоняется вперед, назад или, реже, в сторону по отношению к направлению сварки.
Сначала давайте дадим определения некоторым понятиям, связанным с отклонением дуги. Обратное отклонение происходит при сварке по направлению к рабочему соединению, в конце шва или при угловой сварке. Переднее отклонение происходит при сварке по направлению от рабочего соединения или в начале шва. Переднее отклонение может вызвать особенно много проблем при сварке защищенной дугой металлопрошковыми или другими типами электродов с обильным образованием шлака, когда тяжелый шлак или кратер приходится перемещать вперед под дугу.
Магнитное отклонение дуги
Магнитное отклонение происходит из-за искажений магнитного поля вокруг сварочной дуги. Эти искажения возникают из-за того, что в большинстве случаев дуга оказывается на большем расстоянии от одного конца соединения, чем от другого, и непостоянного расстояния от рабочей клеммы. Дисбаланс также может быть вызван постоянными изменениями направления тока в цепи между электродом, дугой и рабочим изделием.
Визуализация магнитного поля
Чтобы понять, почему происходит отклонение дуги, нужно представить себе магнитное поле. На Рисунке 3-37 показан проводник (который может представлять собой электрод или поток плазмы между электродом и сварным соединением), через который проходит постоянный ток. Проводник при этом окружает магнитное поле, которое можно изобразить в виде концентрических силовых линий на плоскости под прямым углом к направлению тока. Интенсивность магнитного поля уменьшается по мере удаления от проводника.
Концентрические линии магнитного поля будут сохранять форму круга только в том случае, если среда вокруг них достаточно велика для того, чтобы вместить все эти линии, пока их интенсивность не станет равна практически нулю. Но если эта среда неоднородна, например, если линии переходят из стальной пластины в воздух, они исказятся и окажутся более сконцентрированы в металле, где им приходится преодолевать меньшее сопротивление. На границе между стальной пластиной и воздухом магнитные силовые линии сужаются и теряют свою круглую форму. Такое сужение приводит к повышению интенсивности магнитного поля позади или перед сварочной дугой. Из-за этого дуга смещается в направлении, которое уменьшило бы концентрацию и восстановило баланс магнитного поля. Другими словами, дуга смещается в сторону, противоположную зоне повышенной концентрации магнитного поля. Это смещение и называется отклонением дуги.
На Рисунке 3-38 изображено вытягивание и искажение магнитного поля в начале и конце сварного соединения. В начале сварки силовые линии магнитного поля оказываются сконцентрированы позади электрода. Дуга пытается скомпенсировать этот дисбаланс и смещается вперед. По мере приближения электрода к концу шва повышенная концентрация перемещается в пространство перед дугой, из-за чего дуга смещается назад. В середине шва, на одинаковом расстоянии от концов соединения, магнитное поле симметрично и переднего или обратного смещения дуги обычно не возникает. Однако, если материал с одной стороны соединения шире, а с другой – уже, даже в середине шва возникнет боковое смещение.
Влияние тока в рабочем изделии
«»Вытягивание» » также может возникать из-за электрического тока внутри рабочего изделия. Как показано на Рисунке 3-39, этот ток, который проходит через все изделие к клемме, также образует магнитное поле. Жирная линия означает путь сварочного тока, тонкая – созданное этим током магнитное поле. Так как ток меняет направление, то есть делает поворот в точке между дугой и рабочим изделием, в точке X возникает повышенная концентрация магнитного поля, которая вызывает смещение сварочной дуги в сторону от рабочего изделия, как это показано на рисунке.
Смещение дуги из-за этого эффекта накладывается на смещение, вызванное вышеописанным воздействием сконцентрированного магнитного поля. Таким образом влияние тока в изделии может снизить или еще больше увеличить смещение дуги из-за магнитного поля. Но если обратный ток научиться контролировать, его можно использовать как способ регулировать смещение дуги, который особенно хорошо подходит для автоматических процессов сварки.
На Рисунке 3-40(a), рабочий кабель подключен к начальной точке шва, а магнитное поле, вызванное током внутри изделия, направлено назад от дуги. При этом возникает переднее смещение дуги. Однако у конца шва общее смещение будет минимальным, так как это переднее смещение компенсирует обратное смещение, вызванное высокой концентрацией магнитного поля при приближении дуги к краю рабочего изделия – см. Рисунок 3-41(a). На Рисунке 3-40(b), рабочий кабель подключен к конечной точке шва, что приводит к обратному смещению. В таком случае в конце сварного шва это приводит к еще большему обратному смещению из-за магнитного поля дуги.
Подобное «»наложение»» магнитных полей показано на Рисунке 3-41(b). Однако рабочее соединение со стороны конца шва может помочь снизить переднее смещение дуги в начале сварки.
Так как воздействие тока в рабочем изделии менее заметно, чем сконцентрированного магнитного поля вокруг дуги, расположение рабочего соединения позволяет регулировать смещение дуги лишь в какой-то степени. Для полного устранения смещения дуги во время сварки также нужно использовать и другие способы.
Другие проблемные зоны
Угловые и стыковые соединения с глубоким V-образным зазором
В каких еще случаях может происходить смещение дуги? Оно часто наблюдается при угловой сварке и в сварных соединениях, для которых требуется глубокий сварной шов. Причина этому точно такая же, как и в предыдущем случае – высокая концентрация силовых линий магнитного поля и смещение дуги для снижения этой концентрации. На Рисунках 3-42 и 3-43 показаны ситуации, в которых при использовании постоянного тока высока вероятность отклонения дуги.
Высокая сила тока
При низкой силе тока отклонение дуги ниже, чем при высокой. Почему? Потому что интенсивность магнитного поля на заданном расстоянии от проводника электрического тока пропорциональна квадрату силы сварочного тока. При ручной сварке на постоянном токе серьезные проблемы с отклонением дуги обычно возникают только при силе тока выше 250 ампер (это не точная цифра, так как на отклонение дуги также сильно влияют тип и геометрия соединения).
Постоянный ток
Переход на переменный ток часто приводит к значительному снижению отклонения дуги. Из-за постоянных смен полярности ток в металле основы начинает двигаться в форме вихрей. Для таких вихревых потоков характерно довольно слабое магнитное поле, которое не оказывает на дугу значительного влияния.
Чувствительные к магнитному воздействию материалы
Некоторые материалы, например, 9-процентные никелевые сплавы, очень чувствительны к магнитному воздействию и очень легко намагничиваются внешними магнитными полями, например, от кабелей питания и т. п. При сварке таких материалов могут возникнуть большие сложности в связи с отклонением дуги из-за намагниченного материала. Такие поля можно легко выявить и измерить недорогими ручными измерителями магнитной индукции. Интенсивности поля более 20 Гс обычно достаточно для того, чтобы оно могло вызвать сложности со сваркой.
Термическое отклонение дуги
Мы уже рассмотрели самый распространенный тип отклонения сварочной дуги – магнитный, но с чем еще может столкнуться сварщик? Второй тип – это термическое отклонение дуги. По законам физики ток между электродом и рабочей пластиной проходит между самыми горячими точками на их поверхности. Во время перемещения электрода дуга обычно от него несколько отстает. Это отставание вызвано «нежеланием» дуги сдвигаться на более холодное место. Пространство между кончиком электрода и горячей поверхностью расплавленного металла ионизируется и поэтому имеет более высокую электропроводимость, чем возле более холодных участков пластины. При ручной сварке небольшое термическое обратное отклонение из-за отставания дуги не принесет большого вреда, но оно может стать серьезной проблемой при высокоскоростной автоматической сварке или если термическое обратное отклонение накладывается на магнитное обратное отклонение.»»
Отклонение при многодуговой сварке
В новейших системах сварки для повышения производительности применяется метод многодуговой сварки. Такой процесс тоже может приводить к отклонению дуг. В частности, когда две дуги работают в непосредственной близости друг от друга, их магнитные поля начинают взаимодействовать, что приводит к отклонению обеих дуг.
Если рядом находятся две дуги разной полярности, как показано на Рисунке 3-44(a), магнитные поля между дугами заставят их отклониться друг от друга. Если дуги имеют одну полярность, как показано на Рисунке 3-44(b), магнитные поля будут ослаблять друг друга, из-за чего дуги станут притягиваться.
Обычно при использовании двух дуг для одной дуги рекомендуется использовать постоянный ток, а другой – переменный, как это показано на Рисунке 3-44(c). В таком случае магнитное поле дуги с переменным током каждый цикл будет меняться на противоположное и благодаря этому оказывать минимальное воздействие на поле постоянного тока. В результате взаимодействие дуг станет пренебрежимо малым.
Также часто используется конфигурация с двумя дугами на переменном токе. В таком случае помехи между дугами большей частью минимизируются сдвигом фазы тока в одной из дуг на 80-90 градусов по отношению к другой. Для этого используется так называемое автоматическое соединение «»Scott»». Благодаря сдвигу фазы ток и магнитное поле одной дуги достигают максимума в тот момент, когда ток и магнитное поле другой дуги находятся практически в минимуме. Это позволяет свести отклонение к минимуму.
Способы снижения отклонения дуги
Отклонение дуги – не всегда неблагоприятное явление. Более того, в разумных пределах оно помогает создавать швы правильной формы, лучше контролировать расплавленный шлак и глубину проплавления. Но если отклонение дуги вызывает или усиливает такие дефекты, как подрезание, непостоянную глубину проплавления, неровность швов, неравномерную глубину швов, пористость, волнистые швы и избыточное разбрызгивание, с ним нужно бороться.
Возможные способы решения:
Если для сварки в защитных газах используется постоянный ток – особенно силой более 250 ампер – возможно, проблемы можно устранить переходом на переменный ток
Сохраняйте минимальную длину дуги, чтобы ее давление компенсировало отклонение
Уменьшите силу сварочного тока – что может потребовать снижения скорости сварки
Наклоняйте электрод в противоположном направлении от отклонения дуги, как это показано на Рисунке 3-45
С обоих концов шва сделайте широкие прихваточные швы и создавайте прихваточные швы вдоль всей длины шва – особенно при некачественной подготовке соединения
Ведите сварку по направлению к широкому прихваточному шву или уже завершенному сварному шву
Используйте обратно-ступенчатую технику сварки, как показано на Рисунке 3-46
Для снижения обратного отклонения ведите сварку по направлению от рабочего соединения, для снижения переднего отклонения – по направлению к рабочему соединению
В случае процессов с обильным образованием шлака может понадобиться умеренное обратное отклонение дуги. Для этого сварку нужно вести по направлению к рабочему соединению
Оберните рабочий кабель вокруг рабочего изделия, чтобы магнитное поле тока, поступающего обратно в источник питания,
компенсировало магнитное поле, вызывающее отклонение дуги
Отклонение дуги хорошо заметно при сварке открытой дугой, но в случае сварки под флюсом его выявление может оказаться достаточно сложным. В таком случае оно диагностируется по дефектам сварки.
Для обратного отклонения характерны:
Сильное разбрызгивание
Подрезание, будь то постоянное или перемежающееся
Узкие, высокие сварные швы, часто с подрезанием
Большая глубина проплавления
Пористость поверхности в конце сварного шва на листовом металле
Для переднего отклонения характерны:
Широкий сварной шов с неравномерной шириной
Волнообразная форма шва
Подрезание, обычно перемежающееся
Меньшая глубина проплавления
Влияние креплений на отклонение дуги
В случае отклонения дуги оператор должен помнить о еще одном факторе – влиянии систем фиксации. Стальные крепления для рабочих изделий могут оказывать определенное воздействие на магнитное поле вокруг дуги и, соответственно, ее отклонение. Кроме того, со временем они могут намагнититься. Обычно крепления не вызывают никаких проблем при ручной сварке с силой тока меньше 250 ампер. Крепления для применения при более высокой силе тока должны иметь такую конструкцию, которая не способствовала бы отклонению дуги. Для каждой системы фиксации может потребоваться специальное исследование, которое выявило бы лучший способ устранить помехи для дуги.
При этом нужно учесть следующее:
Конструкция креплений для сварки продольных швов цилиндров (см. Рисунок 3-47) должна предполагать расстояние между опорной балкой и рабочим изделием как минимум 2,5 см.
Зажимы, которые удерживают рабочее изделие, должны быть немагнитными. Рабочий кабель нельзя подключать к медной подкладке –
по возможности соединение должно быть расположено на рабочем изделии.
Крепление должно быть изготовлено из низкоуглеродистой стали. Это позволит избежать накапливания постоянных магнитных свойств.
Сварка по направлению к закрытому концу «»рогообразных»» креплений также помогает снизить обратное отклонение дуги.
Крепление должно быть достаточно длинным для того, чтобы при необходимости можно было использовать конечные опоры.
Не используйте в качестве подкладки медные полосы на стальных балках, как показано на Рисунке 3-48. Стальная часть подкладки лишь усилит отклонение дуги.
Расстояние между зажимами должно быть минимальным. Большие промежутки могут привести к
образованию зазоров и отклонению дуги.
Не используйте системы фиксации с крупными стальными деталями только с одной стороны шва. Сбалансируйте их аналогичной конструкцией с другой стороны.
Понимание причин отклонения дуги и способов его диагностики позволит операторам полностью его контролировать и создавать сварные швы без связанных с ним дефектов.
Почему магниты не преломляют свет?
Юлия Гапеенко/Alamy Stock Photo
Рон Диппольд
Сан-Диего, Калифорния, США
Короткий ответ заключается в том, что только заряженные частицы, такие как электроны или протоны, изгибаются при движении через магнитные поля. Электромагнитное излучение состоит из незаряженных фотонов, поэтому оно не подвержено влиянию. Однако есть два предостережения.
Во-первых, если бы у вас было смехотворно сильное магнитное поле, как у нейтронных звезд, называемых магнетарами.Это искажало бы само пространство, и свет следовал бы за этим искривленным пространством. Но в этом случае вы бы не преломляли свет напрямую — и все равно были бы мертвы. Сверхсильное магнитное поле или поразительный выход рентгеновского и гамма-излучения магнитара убили бы вас.
Второе предостережение заключается в том, что отдельные фотоны, особенно при высоких энергиях, могут подвергаться так называемому образованию пар, чтобы создать электрон и его античастицу, позитрон. Эти пары могут рассеиваться магнитным полем, но без специального оборудования этого не засечь.
Энтони Вудворд
Портленд, Орегон, США
Хотя магнитное поле не влияет на фотоны света напрямую, магнит может искажать среду, через которую проходит свет, и тем самым «искажать» световые лучи.
Свет движется сквозь пространство-время по геодезической — кратчайшему пути между двумя точками на искривленной поверхности. В местах, где пространство-время плоское, геодезическая представляет собой прямую линию.
Если массивный объект искривляет пространство-время, геодезическая линия света будет казаться искривленной удаленному наблюдателю.Сильное магнитное поле может усилить влияние массы объекта на искривление пространства-времени. Этот эффект заметен только вокруг огромных магнитных тел, таких как нейтронные звезды.
В этих случаях магнитное поле увеличивает кривизну пространства-времени и тем самым влияет на геодезию световых лучей.
Питер Холнесс
Хертфорд, Великобритания
Электромагнитная волна имеет три вектора, движущихся под прямым углом друг к другу: электрическое поле, магнитное поле и направление распространения волны.Поэтому вполне резонно задаться вопросом, могут ли внешние электрические или магнитные поля искривлять солнечные лучи.
Электрические и магнитные векторы либо стационарны, либо могут различным образом вращаться вокруг оси распространения. Именно это поведение определяет поляризационные свойства света. Внешние магнитные поля изменяют эти состояния поляризации, а не направление луча, как это продемонстрировал Майкл Фарадей в 1845 году.
Майк следует за
Саттон Колдфилд, Уэст-Мидлендс, Великобритания
Магнитные поля могут воздействовать на свет, хотя электромагнитное излучение, такое как свет, не заряжено, поэтому магнитное поле не должно изменять свое направление.
Электроны в атомах занимают разные энергетические уровни, и движения между этими уровнями проявляются в виде спектральных линий в спектрах излучения или поглощения. Каждый элемент имеет уникальный спектральный «отпечаток пальца», позволяющий астрономам определять химический состав звезд.
Однако в явлении, известном как эффект Зеемана, каждая из этих линий расщепляется в присутствии магнитного поля, при этом их разделение пропорционально силе поля. Это позволяет астрономам измерять силу магнитных полей звезд.Галактические магнитные поля могут выравнивать заряженные пылинки в межзвездных пылевых облаках, которые могут поляризовать свет звезд, проходящий через них.
Чтобы ответить на этот вопрос или задать новый, напишите по адресу [email protected].
Вопросы должны представлять собой научные исследования о повседневных явлениях, а вопросы и ответы должны быть краткими. Мы оставляем за собой право редактировать элементы для ясности и стиля. Пожалуйста, укажите почтовый адрес, номер телефона для работы в дневное время и адрес электронной почты.
New Scientist Ltd сохраняет за собой полный редакционный контроль над опубликованным контентом и оставляет за собой все права на повторное использование материалов вопросов и ответов, которые были отправлены читателями на любом носителе или в любом формате.
Вы также можете отправить ответы по почте: The Last Word, New Scientist, 25 Bedford Street, London WC2E 9ES.
Действуют положения и условия.
Сближение: сверхпроводящие электромагниты | ЦЕРН
Большой адронный коллайдер (БАК) в настоящее время работает на энергии 6.5 ТэВ на пучок. При такой энергии триллионы частиц облетают 27-километровый туннель коллайдера 11 245 раз в секунду. Прежде чем они достигнут БАК, частицы ускоряются в серии взаимосвязанных линейных и круговых ускорителей: как только они достигают максимальной скорости, которую может достичь одна часть цепочки ускорителей, они направляются в следующую. Без участия какой-либо другой силы частицы разлетались бы в разные стороны, и их импульс нес бы их по прямой линии. Нужно более 50 типов магнитов, чтобы отправлять их по сложным траекториям без потери скорости.
Все магниты на БАК являются электромагнитами. Основные диполи генерируют мощные магнитные поля силой 8,3 тесла, что более чем в 100 000 раз мощнее, чем магнитное поле Земли. Электромагниты используют ток 11 080 ампер для создания поля, а сверхпроводящая катушка позволяет течь высоким токам без потери энергии на электрическое сопротивление.
Решетчатые магниты
Тысячи «решетчатых магнитов» на БАК изгибают и сужают траекторию движения частиц.Они отвечают за стабильность и точное выравнивание лучей.
Дипольные магниты, одна из самых сложных частей БАК, используются для искривления траекторий частиц. 1232 основных диполя, каждый длиной 15 метров и весом 35 тонн. Если бы в LHC длиной 27 км вместо сверхпроводящих магнитов использовались обычные магниты, ускоритель должен был бы иметь длину 120 километров, чтобы достичь той же энергии. Мощные магнитные поля, создаваемые дипольными магнитами, позволяют лучу выдерживать более крутые повороты.
Когда частицы сгруппированы вместе, они, скорее всего, столкнутся в большем количестве, когда достигнут детекторов LHC. Квадруполи помогают удерживать частицы в плотном пучке. Они имеют четыре магнитных полюса, расположенных симметрично вокруг трубы луча, чтобы сжимать луч по вертикали или по горизонтали.
Диполи
также оснащены секступольными, октупольными и декапольными магнитами, которые корректируют небольшие несовершенства магнитного поля на концах диполей.
Вставные магниты
Когда лучи частиц попадают в детекторы, вступают в действие вставные магниты. Частицы должны быть сжаты ближе друг к другу, прежде чем они попадут в детектор, чтобы они столкнулись с частицами, идущими с противоположного направления. Три квадруполя используются для создания системы, называемой внутренним триплетом. Есть восемь внутренних триплетов, по два из которых расположены на каждом из четырех больших детекторов LHC: ALICE, ATLAS, CMS и LHCb. Внутренние тройники стягивают пучок, делая его 12.В 5 раз уже – от 0,2 мм до 16 мкм в поперечнике.
После того, как лучи сталкиваются в детекторе, огромные магниты помогают измерять частицы. Например, физики смотрят, как заряженные частицы изгибаются в магнитном поле, чтобы определить их идентичность. Заряженные частицы отклоняются магнитным полем в детекторе, и их импульс можно рассчитать по величине отклонения.
После столкновения пучки частиц снова разделяются дипольными магнитами.Другие магниты минимизируют распространение частиц от столкновений. Когда приходит время избавляться от частиц, они отклоняются от БАК по прямой линии к свалке пучка. «Разбавляющий» магнит снижает интенсивность луча в 100 000 раз, прежде чем луч сталкивается с блоком из бетона и графитового композита для своей окончательной остановки.
Вставные магниты
также отвечают за очистку луча, что гарантирует, что случайные частицы не вступят в контакт с наиболее чувствительными компонентами LHC.
Есть ли у других планет магнитные поля, как у нашей Земли? | Научные ребята
Есть ли у других планет магнитные поля, как у нашей Земли?
сентябрь 2004 г.
Замечательно, что наша Земля обладает магнитным полем, потому что оно защищает нас от вредных частиц солнечного ветра. Магнитное поле Земли изгибается наружу около Южного полюса, поворачивает вверх и снова входит в Землю около Северного полюса. Магнитное поле не совпадает точно с географическими полюсами.Разница в этих двух положениях называется магнитным склонением.
Поскольку движущиеся электрические заряды создают магнитные поля, ученые считают, что движение расплавленного материала во внешнем ядре нашей Земли отвечает за магнитное поле. Расплавленный материал обладает электрическими зарядами, и считается, что их движение создает наше магнитное поле.
Высокоэнергетические космические лучи (главным образом протоны) постоянно устремляются к нашей Земле от Солнца. Этот «солнечный ветер» исходит от Солнца со скоростью около 400 км/с (895 000 миль в час).). Магнитное поле Земли заставляет эти заряженные частицы отклоняться от Земли, однако некоторые из них собираются на наших полюсах, где они воздействуют на верхние слои атмосферы, рассеивают свою энергию, создавая красивые полярные сияния — «северное сияние» (или северное сияние) и «полярное сияние». Южное сияние» (aurora australis.)
Космические зонды, такие как зонды «Вояджер», измерили магнитные поля планет, и даже были сфотографированы полярные сияния на других планетах. Космический корабль «Маринер-10» пролетел мимо Меркурия в 1974 году и удивил научное сообщество.Считалось, что Меркурий холоден и мертв внутри, поэтому не имеет магнитного поля. Однако Маринер измерил слабое магнитное поле, а это означает, что Меркурий должен иметь некоторую внутреннюю активность. Зонды обнаружили, что Марс и Венера не имеют значительного магнитного поля.
Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун имеют магнитные поля намного сильнее, чем у Земли. Юпитер — чемпион, обладающий самым большим магнитным полем. Механизм, который вызывает их магнитные поля, до конца не изучен.Считается, что в случае Сатурна и Юпитера их магнитные поля могут быть вызваны водородом, проводящим электричество глубоко внутри планеты. Водород вблизи ядра планеты может быть настолько плотно сжат всеми планетарными слоями выше, что становится электрическим проводником.
Планета Уран имеет интересное магнитное поле. Полюса Урана лежат почти в плоскости его орбиты вокруг Солнца. Магнитные полюса полностью удалены от географических полюсов на 60 градусов, что приводит к дикому вращению магнитного поля Урана по мере вращения планеты.С другой стороны, магнитное поле и оси вращения Сатурна кажутся почти одинаковыми, что делает Сатурн уникальным с точки зрения магнитного поля.
На нашей Луне отсутствует магнитное поле, что означает, что ее внутренняя часть холодная и неактивная. Однако камни с Луны демонстрируют постоянный магнетизм, что позволяет предположить, что когда-то у Луны было магнитное поле. Физика планетарных магнитных полей до сих пор хранит для ученых немало загадок.
Прекрасное изложение этих фактов можно найти на Адлерпланетариуме.орг
Электромагнитное отклонение в электронно-лучевой трубке, I
Обнаружение того, как катодные лучи ведут себя в магнитном поле, стало большим шагом вперед для ученых, пытающихся понять загадочное явление.
Катодные лучи были большой загадкой на протяжении второй половины девятнадцатого века. Генрих Гайсслер, Юлиус Плюкер, Уильям Крукс, Карл Фердинанд Браун, Иоганн Вильгельм Хитторф, Генрих Герц и Дж. Дж. Томсон — лишь малая часть великих умов, внесших свой вклад в современное понимание катодных лучей.К началу двадцатого века их работа над загадочными лучами доказала, что они представляют собой поток электронов. Для достижения этого понимания потребовалось множество небольших, но важных экспериментальных шагов, чтобы определить, например, распространяются ли катодные лучи по прямым линиям, переносят ли они энергию или, как показано в этом руководстве, на них воздействуют магнитные поля.
Ученые использовали специальные вакуумные трубки, такие как трубка Крукса и электронно-лучевая трубка, для изучения этого явления. Трубка, показанная в руководстве, содержит отрицательный электрод ( Катод ) на одном конце и положительный электрод ( Анод ) на другом. Высокое напряжение передается на электронно-лучевую трубку, заставляя катод испускать электроны — по сути, электрический ток. Эти электроны, или катодные лучи, проходят через маленькое отверстие рядом с катодом, а затем движутся по прямой линии к аноду, проходя через флуоресцентный экран , расположенный между катодами, который позволяет вам видеть путь электронов.
Наблюдайте за влиянием магнитного поля на электронно-лучевые лучи, используя ползунок Положение магнита для перемещения подковообразного магнита (его северным полюсом к вам) так, чтобы его полюса охватили электронно-лучевую трубку.Уильям Крукс аналогичным образом экспериментировал с катодными лучами и магнитами, и его наблюдения за отклонением лучей магнитными полями привели его к выводу, что они состоят из отрицательно заряженных молекул. Спустя годы Дж. Дж. Томсон определил, что молекулы, выдвинутые Круксом, на самом деле были отрицательно заряженными субатомными частицами, которые он назвал корпускулами, но которые в конечном итоге были названы электронами.
То, что происходит в трубе, является следствием Силы Лоренца , что объясняется правилом левой руки.Это правило описывает, как заряженная частица (наш электрон), движущаяся в магнитном поле, будет отклоняться этим полем под прямым углом как к полю, так и к направлению частицы. (Применяя это правило, помните, что электроны в катодном луче движутся на против направления обычного тока на .) Попробуйте перевернуть магнит, отметив поле Flip Magnet , и посмотрите, как луч затем отклонится в противоположном направлении. направление.
Помимо экспериментов с магнитами, ученые также экспериментировали, чтобы увидеть, что произойдет, если рядом с трубкой расположить заряженные пластины.Результаты показали 90 145 электростатических отклонений 90 146 (в отличие от электромагнитного отклонения, описанного выше). Электроны в катодных лучах будут отклоняться к положительно заряженным пластинам и от отрицательно заряженных пластин.
Большое спасибо физику MagLab Уильяму Конильо, научному консультанту этой страницы, за его время и опыт.
This Month in Physics History
Вернувшись в Копенгаген в 1803 году, Эрстед искал место преподавателя физики в университете, но не сразу его получил.Вместо этого он начал читать лекции в частном порядке, взимая плату за вход. Вскоре его лекции стали популярными, и в 1806 году он получил назначение в Копенгагенский университет, где расширил программу физики и химии и создал новые лаборатории. Он также продолжил собственные исследования в области физики и других областей науки. Его первая научная работа была посвящена электрическим и химическим силам. Он исследовал множество проблем физики, в том числе сжимаемость воды и использование электрического тока для подрыва мин.
Эрстед сделал открытие, которым он известен, в 1820 году. В то время, хотя большинство ученых считали, что электричество и магнетизм не связаны, были некоторые причины полагать, что связь может быть. Например, давно известно, что компас при ударе молнии может поменять полярность. Эрстед ранее отмечал сходство между тепловым излучением и светом, хотя и не определил, что и то, и другое является электромагнитными волнами. Он, кажется, считал, что электричество и магнетизм — это силы, излучаемые всеми веществами, и эти силы могут каким-то образом мешать друг другу.
Во время демонстрации лекций 21 апреля 1820 года, устанавливая свой аппарат, Эрстед заметил, что когда он включал электрический ток, подсоединяя провод к обоим концам батареи, стрелка компаса, которую держала рядом, отклонялась от магнитного севера, куда он обычно указывал. Стрелка компаса двигалась лишь слегка, настолько незначительно, что зрители даже не заметили. Но Эрстеду было ясно, что происходит что-то важное.
Некоторые люди предполагают, что это было совершенно случайное открытие, но мнения расходятся относительно того, была ли демонстрация предназначена для поиска связи между электричеством и магнетизмом или для демонстрации чего-то совершенно другого.Конечно, Эрстед был хорошо подготовлен к наблюдению такого эффекта, имея под рукой стрелку компаса и батарею (или «гальванический прибор», как он его называл).
То ли совершенно случайное, то ли отчасти ожидаемое, Эрстед был заинтригован своим наблюдением. Он не сразу нашел математическое объяснение, но обдумывал его в течение следующих трех месяцев, а затем продолжал экспериментировать, пока не был совершенно уверен, что электрический ток может создавать магнитное поле (что он назвал «электрическим конфликтом»). ).
21 июля 1820 г. Эрстед опубликовал свои результаты в брошюре, которая была разослана частным образом физикам и научным обществам. Его результаты были в основном качественными, но эффект был ясен — электрический ток порождает магнитную силу.
Его батарея, гальваническая батарея, состоящая из 20 медных прямоугольников, вероятно, создавала ЭДС около 15-20 вольт. Он пробовал разные типы проводов, но стрелка компаса все равно отклонялась. Когда он изменил направление тока, то обнаружил, что стрелка отклоняется в противоположном направлении.Он экспериментировал с различной ориентацией иглы и проволоки. Он также заметил, что эффект не может быть экранирован, если поместить дерево или стекло между компасом и электрическим током.
Публикация произвела немедленную сенсацию и подняла статус Эрстеда как ученого. Другие начали исследовать недавно обнаруженную связь между электричеством и магнетизмом. Французский физик Андре Ампер разработал математический закон для описания магнитных сил между проводниками с током.Примерно через десять лет после открытия Эрстеда Майкл Фарадей продемонстрировал, по существу, обратное тому, что обнаружил Эрстед, — что изменяющееся магнитное поле индуцирует электрический ток. Следуя работе Фарадея, Джеймс Клерк Максвелл разработал уравнения Максвелла, формально объединив электричество и магнетизм.
Эрстед продолжал заниматься физикой. Он основал Общество распространения естественных наук, целью которого было сделать науку доступной для публики, что он считал очень важным.В 1829 году он основал Политехнический институт в Копенгагене. Он также был опубликованным писателем и поэтом и внес свой вклад в другие области науки, такие как химия — например, в 1825 году он впервые произвел алюминий. Эрстед умер в 1851 году. Его открытие 1820 года положило начало революции в понимании электромагнетизма, обеспечив первую связь между тем, что считалось двумя очень разными физическими явлениями.
Магнитное отклонение — обзор
5.7 Отклик во временной области на функцию единичного шага
Чтобы найти отклик во временной области на заданную входную функцию, мы можем использовать обратное преобразование Лапласа L−1 X o (с) в (5.68) ( или применить интеграл свертки). После того, как X o ( s ) находится в форме известного преобразования, выполняется обратное преобразование Лапласа для получения отклика во временной области. Поскольку M ( s ) является рациональной функцией, разложение на неполные дроби является обычным методом выражения X o в терминах, которые могут быть преобразованы обратно.
Импульсная функция, преобразованная по Лапласу, при умножении на M ( s ) дает переходную характеристику s в области. Поскольку эту функцию очень сложно генерировать и наблюдать, ступенчатая функция является доминирующей альтернативой. На практике он аппроксимируется прямоугольной волной с периодом, намного превышающим продолжительность значительной переходной характеристики (и, таким образом, является фактически апериодическим). Интерес представляют различные характеристики реакции схемы на скачок, и все они связаны со временем.Этот подход к характеристике схемы представляет собой анализ во временной области .
Передаточные функции отражают сложное динамическое поведение цепей, но являются абстракцией реального поведения цепей. Реакция схемы в контролируемых условиях создает характеристики, характеризующие схему. Теперь мы исследуем характеристику схем по их отклику во временной области на ввод единичного шага, u ( t ). Отклик во временной области может быть определен путем умножения передаточной функции на преобразование Лапласа u ( t ) или 1/ с и обратное преобразование результата.
Ответ интегратора RC рассчитывается как
(5,97)υo(t)=ℒ−1{1sRC+1·1s}
)As+BsRC+1=1s−RCsRC+1
Это обратное преобразование с использованием (5.71) и (5.72) приводит к
(5.99)υo(t)=u(t)−et/RC=1−e −t/RC,t>0
, который нанесен в зависимости от t / RC на рис. 5.9, кривая а.
РИС. 5.9. Отклики первого порядка (а) интегратора RC и (б) дифференциатора RC .Эти кривые применимы к любой схеме первого порядка и позволяют быстро определить относительную зависимость затухания от постоянной времени.
Для дифференциатора RC : показана на 5.9, кривая b, с масштабированием времени в постоянных времени.
Отклик цепи с комплексными полюсами демонстрирует схема RLC на рис. 5.10. Его передаточную функцию можно записать, рассматривая его как делитель напряжения.Затем
РИС. 5.10. Схема RLC с квадратичным полюсным коэффициентом.
(5.101)Vo(s)Vi(s)=(1/sC)‖R(1/sC)‖R+sL=1LC·1s2+s(1/RC)+(1/LC)=1s2+ LC+s(L/R)+1
где
(5. 102)K=1,ωn=1LC,α=12RC
Для В i ( с ) = 1/ 909008 с переходная характеристика цепи RLC равна
(5.103)υstep(t)=L−1{1s·1s2LC+s(L/R)+1}
Квадратичный коэффициент имеет вид
(5.104 )N(s)s2+2αs+ω2n=1ω2n·N(s)(s2/ω2n)+(2α/ω2n)s+1
Знаменатель можно разложить на
(5.105)N(s)(s+α+jωd)(s+α−jωd)=1ω2n·N(s)[(s/ωn)+(α/ωn)s+j(ωd/ωn)][( s/ωn)+(α/ωn)s−j(ωd/ωn)]
Это можно выразить в виде частичной дроби:
(5.106)N(s)(s−p)(s−p* )=A*(s−p)+A(s−p*)
, где X * комплексное сопряжение X и
(5.107)p=−α+jωd
Эта форма может быть
{A=a+jbN(s)=cs+ d
Это наиболее общая форма, которую может принять N , со степенью, на единицу меньшей, чем знаменатель.[Если (5.106) является передаточной функцией цепи с нулевой амплитудой при бесконечной частоте, дробь должна быть меньше 1, или m < n из (5.61).] Тогда коэффициенты разложения в частичную дробь равны
(5. 108)a=c2,b=-αc+ d2ωd
Отклик правой части (5.106) во временной области находится с использованием полярной формы A . Подставление A = ‖ A = ‖ A ‖ E JV 5 и A * = ‖ A * = ‖ A ‖ E — JV , получаем
(5.109a)L−1{A*s−p+As−p*}=A*ept+Aep*t
(5.109b)=‖A‖e−αt(e−jϑejωdt+ejϑe−jωdt)=‖A ‖e−αt(ej(ωdt−ϑ)+e−j(ωdt−ϑ))=2‖A‖e−αtcos(ωdt−ϑ)
Следовательно, общее преобразование, включающее комплексные пары полюсов, равно
(5.110 )‖A‖ejϑs+α+jωd+‖A‖e−jϑs+α−jωd⇒L−12‖A‖e−αtcos(ωdt−ϑ)
Возвращаясь к (5.103), его разложение в частичную дробь равно
( 5.111)1s·1s2LC+s(L/R)+1=1LC{|As+B*s-p+Bs-p*}
, где p = -α + jω d . Решение для числителей (5.111) дает
(5.112)A=1ωn2,B=−12ω2n[1+j(αωd)]=−12ω2n·1cosγ·ejγ,γ=tan−1{αωd}
Обратное преобразование (5.111), используя ( 5.71) и (5. 110), дает
(5.113)υstep(t)=1−1sinγ·e−αtcos(ωdt−γ),γ=tan−1{αωd}
С тригонометрическим соотношением
tanϑ=1tan (90°−ϑ)
(5.113) становится
(5.114)υstep(t)=1−1sinϕ·e−αtsin(ωdt+ϕ),ϕ=tan−1{ωdα}
Множитель 1/sin ϕ можно выразить как
(5.115)1sinϕ+1+(αωd)2=[1−ζ2]−1/2
Значения элементов схемы In для схемы RLC на рис.5.10,
(5.116)ζ=Zn2R=L/C2R
Альтернативный подход к обратному преобразованию Лапласа (5.104) состоит в том, чтобы дополнить квадрат квадратного знаменателя:
(5.117)s2+sαs+ω2n=( s+α) 2−(α2−ω2n)=(s+α) 2+ω2d
Тогда для N ( s ) = cs + d , (5.104) принимает вид 8 (9.104) )N(s)s2+2αs+ω2n=cs(s+α)2+ωd2+d(s+α)2+ω2d=c·(s+α)(s+α)2+ωd2−(αcωd) ωd(s+α)2+ω2d+(dωd)ωd(s+α)2+ωd2
(5.119)N(s)s2+2αs+ωn2=c·(s+α)(s+α)2+ ωd2+(d−αcωd)ωd(s+α)2+ωd2
Используя (5.75) и аналогичное расширение (5.74), получаем
(5.120)L−1(5.119)=ce−αtcosωdt+(d−βcωd)e−αtsinωdt
Для суммы синуса и косинуса
( 5. 121)a cos ϑ+b sin ϑ=a2+b2 sin [ϑ+tan−1(1b)]
Уравнение (5.121) можно применить к (5.120), чтобы выразить его в виде одной синусоиды. После некоторых манипуляций
(5.122)cs+ds2+2αs+ω2n⇒L−1c sin ϕ·e−αt sin (ωdt−ϕ),ϕ=tan−1(cωdαc−d)
Если применить этот метод к (5.103), разложение в неполную дробь равно
(5.123)1s−s+2αs2+2αs+ωn2
Из этого выражения c = 1 и d = 2α. Подставляя в (5.122) квадратичный член, получаем тот же результат, что и (5.114).
Для случая повторяющихся реальных полюсов (критическое демпфирование)
(5.125)υstep(t)=1−(1+αt)e−αt
и для различных реальных полюсов, поскольку ζ > 1, ω d — мнимые, а
(5.126)p1,2=−α∓ωd=−α∓ωnζ2−1
Это действительные корни.Переходная характеристика для них равна
(5,127)υstep(t)=1−(p1p1−p2ep2t−p2p1−p2ep1t)
Пример 5.6
Цепь катушки магнитного ярма отклонения
На рис. E5.6 показана упрощенная схема отклонения ЭЛТ. Отклоняющее ярмо состоит из горизонтальной и вертикальной отклоняющих катушек, которые под действием магнитного поля отклоняют электронный пучок ЭЛТ. Катушка ярма имеет значительное последовательное сопротивление и емкость внутри обмотки, как показано на рисунке. Если i i ( t ) линейная функция (производящая горизонтальную или вертикальную развертку, необходимую для растрового сканирования экрана ЭЛТ электронным лучом), то ее можно выразить как
ii(t)= (1T)t=mt
, где I — пиковый ток линейного изменения, а T — длительность линейного изменения (или период идеальной пилообразной функции).Выходной ток i o ( t ) представляет собой ток, протекающий через L , создавая поле отклонения. Наша цель — найти общее выражение s для I o ( s ), а также найти отклик во временной области.
РИС. Е5.6.
Здесь используется формула делителя тока, которая дает:
IO (S) = IS2LC + SRC + 1 · MS2
и ω N N 43 2 = 1/ LC , α = ζω N = 1 / (2 л / р ) . I o можно записать, дополнив квадрат квадратного полюса и представив I o в виде частичной дроби. Из-за нескольких корней при с = 0 необходимо взять производную уравнения частичной дроби, чтобы найти коэффициент k для члена к/с . Тогда
Io(s)=(2ζ/ωn)·s+m(4ζ2−1)(s+α)2+ω2d+ms2−2ζm/ωns
Используя (5.122), выполнить ∠ −1 на первого слагаемого, находим, что
io(t)=(2ζωn sin ϕ)eot sin (ωdt−ϕ)+m(2ζωn)
i o ( t ) является рампой, запаздывающей на 2901/ω п .На эту рампу наложена затухающая синусоида, первый член. Когда отклик горизонтального дефлектора слишком слабо демпфирован, возникающий звон приводит к тому, что изображение в левой части экрана ЭЛТ показывает чередующееся уплотнение и расширение, пока синусоида не затухает.
Физики «обманывают» фотоны, заставляя их вести себя как электроны, используя «синтетическое» магнитное поле — ScienceDaily Северное сияние.
Группа физиков-теоретиков из Университета Эксетера разработала новую технику создания настраиваемых искусственных магнитных полей, которые позволяют фотонам имитировать динамику заряженных частиц в реальных магнитных полях.
Команда считает, что новое исследование, опубликованное в ведущем журнале Nature Photonics , может иметь важные последствия для будущих фотонных устройств, поскольку оно обеспечивает новый способ управления светом ниже дифракционного предела.
Когда заряженные частицы, такие как электроны, проходят через магнитное поле, они испытывают силу Лоренца из-за своего электрического заряда, который искривляет их траекторию вокруг силовых линий магнитного поля.
Эта сила Лоренца ответственна за многие удивительные явления, начиная от красивого северного сияния и заканчивая знаменитым квантовым эффектом Холла, открытие которого было удостоено Нобелевской премии.
Однако, поскольку фотоны не несут электрического заряда, ими нельзя напрямую управлять с помощью реальных магнитных полей, поскольку на них не действует сила Лоренца; строгое ограничение, которое продиктовано фундаментальными законами физики.
Исследовательская группа показала, что можно создавать искусственные магнитные поля для света, искажая сотовые метаповерхности — сверхтонкие двумерные поверхности, которые спроектированы так, чтобы иметь структуру в масштабе, намного меньшем, чем длина волны света.
Эксетерская команда была вдохновлена выдающимся открытием десять лет назад, когда было показано, что электроны, распространяющиеся через натянутую графеновую мембрану, ведут себя так, как если бы они подвергались воздействию сильного магнитного поля.
Основным недостатком этого подхода к инженерии деформации является то, что для настройки искусственного магнитного поля требуется точное изменение картины деформации, что чрезвычайно сложно, если вообще возможно, сделать с фотонными структурами.
Физики из Эксетера предложили элегантное решение для преодоления этого фундаментального недостатка настраиваемости.
Чарли-Рэй Манн, ведущий ученый и автор исследования, объясняет: «Эти метаповерхности поддерживают гибридные возбуждения света и материи, называемые поляритонами, которые захватываются метаповерхностью.
«Затем они отклоняются искажениями метаповерхности подобно тому, как магнитные поля отклоняют заряженные частицы.
«Используя гибридную природу поляритонов, мы показываем, что можно настраивать искусственное магнитное поле, изменяя реальную электромагнитную среду, окружающую метаповерхность.»
Для исследования исследователи встроили метаповерхность между двумя зеркалами, известную как фотонный резонатор, и показали, что можно настраивать искусственное магнитное поле, изменяя только ширину фотонного резонатора, тем самым устраняя необходимость изменять искажение. в метаповерхности.
Чарли добавил: «Мы даже продемонстрировали, что вы можете полностью отключить искусственное магнитное поле при критической ширине полости, не устраняя искажения в метаповерхности, что невозможно сделать в графене или любой системе, имитирующей графен.
«С помощью этого механизма можно искривлять траектории поляритонов с помощью перестраиваемой лоренцевской силы, а также наблюдать квантование Ландау циклотронных орбит поляритонов, в прямой аналогии с тем, что происходит с заряженными частицами в реальных магнитных полях.
«Более того, мы показали, что можно резко изменить конфигурацию поляритонного спектра уровней Ландау, просто изменив ширину резонатора.»
Доктор Эрос Мариани, ведущий руководитель исследования, сказал: «Возможность эмулировать явления с фотонами, которые обычно считаются исключительными для заряженных частиц, увлекательна с фундаментальной точки зрения, но она также может иметь важные последствия для фотоники. Приложения.
«Мы рады видеть, к чему приведет это открытие, поскольку оно ставит множество интригующих вопросов, которые можно исследовать на многих различных экспериментальных платформах по всему электромагнитному спектру».
.