ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Курс лекций 1

(взаимосвязанные колебания ЭМ поля).

Н связаны соотношением:
2. Колебания Е и В происходят в одной

фазе и с одинаковой частотой (синфазны);

1. Векторы Е ┴ В ┴ с (или волновой вектор k=2π/λ, где λ – длина волны) составляют правую тройку:

Свойства ЭМВ

4. Фазовая скорость ЭМВ в среде с диэлектрической проницаемостью ε и магнитной μ

 упорядочены каким-либо образом. Линейно (плоско) поляризованный свет – в котором

колебания Е происходят только в одном направлении.

(Свет распространяется перпендикулярно плоскости рис.)

частота колебаний в герцах

Толщина смектического слоя определяется длиной молекул, однако вязкость смектиков значительно

выше, чем у нематиков, и плотность по нормали к поверхности слоя может сильно меняться.
Холестерики - нематические ЖК, но длинные оси молекул повернуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению температуры вследствие чрезвычайно малой энергии образования этой структуры (порядка 0,01 Дж/моль).

7. Жидкие кристаллы

Нематические жидкие кристаллы: отсутствует дальний порядок в расположении центров тяжести молекул, молекулы скользят непрерывно в направлении своих длинных осей, вращаясь вокруг них, но при этом сохраняют ориентационный порядок.

формирующих изображение:
V

в видимое (техническая и медицинская диагностики).
Шаг винтовой спирали сильно

зависит от внешних воздействий: при изменении, например, температуры, изменяется расстояние между молекулярными слоями, соответственно изменяется длина волны максимального рассеяния при заданном угле наблюдения (видимый диапазон: 380-770 нм).

Оси соседних молекул смещены относительно друг друга, в результате чего образуется холестерическая спираль — слоистая винтовая структура с шагом спирали L порядка 300 нм.

в магнитном поле
I
α

моментов)
Спиновый (собственный) магнитный момент
Вспомним: спин электрона

и соединения Мn, Cr (хрома)
- вещества, в

к-рых ниже определенной температуры ( Кюри точка ТC) устанавливается ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов (ионов) в неметаллич. веществах и спиновых магнитных моментов коллективизированных электронов в металлах.

Намагниченность
(средний по объему
магнитный момент):

Магнитная восприимчивость:

коэрцитивная сила
Н
B

используются для изготовления постоянных магнитов
Ф/м с малой коэрцитивной силой (магнитно-мягкие

материалы) используются для изготовления сердечников трансформаторов

(H)=μ(В0)

Кюри: TC(Fe)=768 0C; TC(Ni)=365 0C
B0 = 0
B0 = B01
B0 = B02 > B01

μ(В0)
Петля гистерезиса: В(В0)
ф/м свойства сохраняются только в определенном диапазоне

температур (наличие точки Кюри)

размер 10 нм или меньше) магнетита, гематита или другого материала,

содержащего железо, взвешенных в несущей жидкости (коллоидные растворы). Способны изменять состояние под воздействием магнитного поля (жидкое и твердое)

устройств вокруг вращающихся осей в жёстких дисках. Вращающаяся ось окружена

магнитом, в зазор между магнитом и осью помещено небольшое количество ферромагнитной жидкости, которая удерживается притяжением магнита.

сильного магнита, например неодимового, она позволяет магниту скользить по гладкой

поверхности с минимальным сопротивлением.

Ferrari использует магнитореологические жидкости в некоторых моделях машин для улучшения возможностей подвески. Под воздействием электромагнита, контролируемого компьютером, подвеска может мгновенно стать более жесткой или более мягкой.

Оборонная промышленность
Военно-воздушные силы США внедрили радиопоглощающее покрытие на основе ферромагнитной жидкости. Снижая отражение электромагнитных волн, оно помогает уменьшить эффективную площадь рассеяния самолета.
Авиакосмическая промышленность
NASA проводило эксперименты по использованию ферромагнитной жидкости в замкнутом кольце как основу для системы стабилизации космического корабля в пространстве. Магнитное поле воздействует на ферромагнитную жидкость в кольце, изменяя момент импульса и влияя на вращение гироскопа корабля.

винчестере

атома и ядра)
У квантовых объектов (например, электрон в атоме) свойства

волны и частицы находятся в единстве

Все законы квантовой механики имеют вероятностный характер, точные значения всех ФВ принципиально неизвестны:

1937)
E = En; n = 1,2,3,..
Электрон находится
2. hν =

ħω =En – Em

3. L = mυr =nħ

условия
Потенциальная
энергия

и испускания фотонов
поглощение
hν=Е2-Е1
излучение
hν=Е3-Е2

«усиление света посредством вынужденного излучения»), или опти́ческий ква́нтовый генера́тор — это

устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

излучения надо, чтобы возбужденных атомов было больше, чем в невозбужденном

состоянии - «инверсная заселенность» (см. рис.): уровень Е2 – метастабильный, на нем накапливаются электроны.

Из возбужденного состояния электрон всегда стремится вернуться в основное, поэтому время его пребывания в таком состоянии мало – наносекунда. Переход электрона на более низкий энергетический уровень сопровождается излучением кванта света. Такое самопроизвольное излучение принято называть спонтанным.

явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон

под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу.

Принцип работы лазера

уровней) - 1;
система накачки (источник энергии – световой импульс,

электрический разряд или др. – переводящей электроны в метастабильное состояние) - 2;
оптический резонатор (3 – зеркало, 4 – полупрозрачное зеркало, 5 – лазерный луч.

точку 500 нм;
Монохроматичность (одна частота ν или длина волны

λ);
Высокая интенсивность пучка: >1020 Вт/см2;
Возможность управлять длительностью импульса.

как бескровные скальпели при лечении разных болезней.
Лазерная локация позволила

измерить скорость вращения планет и уточнить характеристики движения Луны и Венеры.
Лазеры используются в оптоволоконных линиях связи для передачи и обработки информации.
Лазеры считывают информацию с компактдисков в каждом компьютере и проигрывателе.
Для нагрева плазмы в попытках создать термоядерный синтез.

барьера в случае, когда её полная энергия меньше высоты барьера.

барьера:
l
l
l
0
Коэффициент прохождения барьера произвольной формы:
U
E
x
a
b

проникновения частицы «за барьер» (порядка 10-6 м)

распада радиоактивных ядер, термоядерных реакций, автоэлектронной эмиссии электронов из металлов

и полупроводников, контактных явлений.

ψ2

x

l

Рорер, Нобел. Пр. 1985 г. )
Зонд- токопроводящая игла;
Изображение поверхности кремния

На малых расстояниях (около 0,1 нм) между атомами двух тел

действуют силы отталкивания, а на больших – силы притяжения.

Рис.: Зависимость силы межатомного взаимодействия в функции расстояния между зондом и поверхностью

Зонд - алмазная игла