ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ФОРМУЛИРОВКИ
Колебания и волны
Колебания - процессы в той или иной мере повторяющиеся с течением времени.
Колебательная система - совокупность объектов (тел), с которыми происходят колебания.
Положение равновесия - состояние колебательной системы, в котором она может находиться сколь угодно долго без внешних воздействий.
Число степеней свободы - число независимых функций времени, с помощью которых можно однозначно определить изменение состояния колебательной системы.
Смещение - физическая величина, характеризующая отклонение (отличие) колебательной системы от положения равновесия.
Свободные колебания - колебания, происходящие без переменного внешнего воздействия в результате начального отклонения системы от положения равновесия.
Периодические колебания - колебания, при которых значения всех физических величин, характеризующих колебательную систему, повторяются через равные промежутки времени. Колебания, для которых смещение является периодической функцией времени.
Полное колебание - процесс, при котором система переходит из какого-нибудь состояния через другие состояния и возвращается в исходное состояние.
Период колебаний - наименьший промежуток времени, через который полностью повторяется состояние колебательной системы. Отношение времени колебаний к соответствующему числу полных колебаний.
Частота колебаний - отношение числа полных колебаний к соответствующему промежутку времени. Число полных колебаний, совершаемых за единицу времени.
Гармонические колебания - колебания, для которых смещение зависит от времени по закону синуса или косинуса.
Амплитуда - максимальное значение смещения.
Пружинный маятник - груз, соединенный с абсолютно упругой пружиной и совершающий колебания под действием упругой силы.
Физический маятник - твердое тело, закрепленное на неподвижной горизонтальной оси, не проходящей через центр масс, и совершающее колебания под действием силы тяжести.
Математический маятник - материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити, и совершающая колебания под действием силы тяжести.
Приведенная длина физического маятника - длина математического маятника, частота колебаний которого равна частоте колебаний рассматриваемого физического маятника.
Электрический колебательный контур (колебательный контур) - цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности.
Квазигармонические колебания - колебания, которые практически не отличаются от гармонических на протяжении времени, не намного превышающем период.
Биения - квазигармонические колебания, для которых амплитуда является медленной периодической функцией времени.
Затухающие колебания - квазигармонические колебания, для которых амплитуда монотонно уменьшается с течением времени.
Время релаксации - интервал времени, за который амплитуда колебаний уменьшается в е раз.
Коэффициент затухания - величина, обратная времени релаксации.
Декремент затухания - отношение амплитуд колебаний, разделенных интервалом времени, равном одному периоду.
Добротность (колебательной системы) - отношение энергии, запасенной в колебательной системе к средней ее потере за интервал времени, в течение которого фаза колебаний изменяется на 1 радиан.
Вынужденные колебания - колебания, происходящие в результате внешнего периодического воздействия.
Резонанс - резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты внешнего воздействия к резонансной частоте.
Первая резонансная частота - частота внешнего воздействия, для которой достигается максимум амплитуды смещения вынужденных колебаний.
Вторая резонансная частота - частота внешнего воздействия, для которой достигается максимум амплитуды скорости смещения вынужденных колебаний.
Автоколебания - незатухающие колебания в диссипативной нелинейной системе, поддерживаемые внешним постоянным источником энергии.
Параметрический резонанс - увеличение амплитуды колебаний при периодическом изменении параметров тех элементов колебательной системы, в которых сосредотачивается энергия колебаний.
Накачка - изменение параметров колебательной системы, сопровождающееся положительной работой внешних сил.
Упругие волны - процесс распространения упругих колебаний в сплошной среде.
Фронт волны - геометрическая поверхность, разделяющая область пространства, где колебания происходят и и область где они не происходят.
Волновая поверхность - геометрическая поверхность, в точках которой колебания в данный момент времени происходят в одинаковой фазе.
Плоские волны - волны, для которых волновые поверхности являются параллельными плоскостями.
Сферические волны - волны, для которых волновые поверхности являются концентрическими сферами.
Направление волны - направление движения волновой поверхности.
Продольные волны - волны, для которых колебания происходят в направлении параллельном направлению их распространения.
Поперечные волны - волны, для которых направление колебаний перпендикулярно направлению их распространения.
Длина волны - расстояние вдоль направления волны между двумя точками, фазы колебаний в которых отличаются на 2p.
Гармонические волны - волны, для которых смещение зависит от времени и координат по закону синуса или косинуса.
Фазовая скорость волны - скорость перемещения волновой поверхности.
Поток энергии - отношение энергии, переносимой волной через некоторую поверхность, к соответствующему интервалу времени.
Плотность потока энергии - векторная величина, численно равная отношению потока энергии через площадку, перпендикулярную направлению переноса энергии, к площади площадки. Направление совпадает с направлением переноса энергии.
Интенсивность волны - среднее значение модуля плотности потока энергии.
Волновой пакет - волна, для которой в каждый момент времени колебания происходят только в ограниченной области пространства.
Принцип суперпозиции (для волн) - при распространении в среде нескольких волн, каждая из них распространяется так, как будто другие отсутствуют, а результирующее смещение равно геометрической сумме смещений, соответствующих каждой волне.
Групповая скорость - скорость перемещения тех точек волнового пакета, которым соответствует максимум энергии колебаний (скорость переноса энергии).
Дисперсия (для упругих волн)- ряд явлений, основанный на зависимости фазовой скорости от длины волны.
Интерференция (для упругих волн)- усиление в одних точках и ослабление в других точках результирующих колебаний при наложении двух (или более) когерентных волн.
Когерентные волны - волны, для которых разность фаз их колебаний остается постоянной с течением времени.
Стоячие волны - синфазные колебания точек пространства, для которых амплитуда является периодической функцией координаты.
Узлы - точки, в которых амплитуда биений имеет минимальное значение.
Пучности - точки, в которых амплитуда биений имеет максимальное значение.
Звуковые волны - упругие волны, воспринимаемые человеком (среднестатистическим).
Эффект Доплера (для упругих волн) - изменение частоты волн, воспринимаемых приемником при движении источника и приемника относительно упругой среды.
Электромагнитные волны - распространение в пространстве переменного электромагнитного поля.
Волновая зона излучения диполя - область пространства, для которой расстояние от диполя во много раз превышает длину волны излучения.
Металлический волновод - труба, вдоль которой могут распространяться электромагнитные волны.
Эффект Доплера (для электромагнитных волн) - изменение частоты волн, воспринимаемых приемником при относительном движении источника и приемника.
Волновая оптика
Время когерентности - характерное время, в течение которого случайное изменение разности фаз колебаний достигает значения, равного p.
Длина когерентности - расстояние, которое проходит световая волна за время когерентности.
Радиус когерентности - характерное расстояние по нормали к направлению распространения света, на котором случайное изменение фазы световых колебаний достигает значения, равного p.
Оптическая длина пути (для однородной среды) - произведение показателя преломления среды на длину пути светового луча.
Оптическая разность хода - разность оптических длин пути двух лучей от источника света до приемника.
Интерферометр - прибор, действие которого основано на закономерностях интерференции света.
Принцип Гюйгенса: любая точка на поверхности фронта волны является источником вторичных волн; их огибающая дает положение фронта в последующий момент времени.
Зона Френеля - область поверхности, разность расстояний от границ которой до приемника света равняется половине длины световой волны.
Дифракция Френеля: дифракция наблюдается в сходящихся лучах, т. е. точка наблюдения (экран) расположена на конечном расстоянии от препятствия.
Дифракция Фраунгофера: дифракция наблюдается в параллельных лучах, т. е. точка наблюдения (экран) расположена очень далеко от препятствия.
Дифракционная решетка - система параллельных щелей одинаковой ширины, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга.
Разрешающая способность оптического прибора - величина обратная минимальному угловому расстоянию между двумя точечными источниками, изображения которых различимы между собой на экране.
Критерий Рэлея: два изображения на экране еще различимы если дифракционный минимум одного из них накладывается на соседний дифракционный максимум другого.
Разрешающая способность спектрального прибора - отношение длины волны света к минимальной разности длин волн световых пучков, изображения которых могут быть различимы между собой на экране.
Голография - метод записи, преобразования и воспроизведения полной информации о волновом процессе.
Плоскость поляризации - плоскость в которой колеблется вектор напряженности электрического поля одного цуга.
Естественный свет - свет, состоящий из цугов, имеющих всевозможные плоскости поляризации.
Плоскополяризованный свет - свет, состоящий из цугов, у которых совпадают плоскости поляризации.
Частичнополяризованный свет - свет, состоящий из цугов, у которых всевозможные плоскости поляризации, но не равновероятные, а имеется преимущественная ориентация.
Поляризатор - устройство, преобразующее естественный свет в плоскополяризованный (пропускающее цуги только с одной плоскостью поляризации).
Главная плоскость поляризатора (плоскость пропускания) - плоскость поляризации цугов света, пропускаемых поляризатором.
Явление Брюстера: при падении естественного света на поверхность раздела двух сред под определенным углом отраженный свет плоскополяризован.
Двойное лучепреломление: луч света, падающий на поверхность кристалла, раздваивается в нем на два преломленных луча.
Оптическая ось кристалла - направление в анизотропном кристалле, вдоль которого свет распространяется не раздваиваясь.
Дихроизм - зависимость поглощения света в кристалле от поляризации света.
Явление Керра - возникновение оптической анизотропии у прозрачного изотропного твердого, жидкого или газообразного вещества при его помещении во внешнее электрическое поле.
Излучение Вавилова-Черенкова - направленное излучение электромагнитных волн, возникающее при движении заряженных частиц в веществе со скоростью, большей скорости света (в этом веществе).
Поглощение света - уменьшение интенсивности света при его распространении в веществе.
Дисперсия света - комплекс явлений, основанных на зависимости показателя преломления вещества от частоты (длины волны) света.
Нормальная дисперсия света - дисперсия, при которой с ростом длины волны света показатель преломления вещества уменьшается.
Аномальная дисперсия света - дисперсия, при которой с ростом длины волны света показатель преломления вещества увеличивается.
Квантовая оптика
Тепловое излучение - излучение электромагнитных волн веществом за счет его внутренней энергии (за счет теплового движения атомов и молекул).
Мощность излучения - отношение энергии, излученной телом, к соответствующему интервалу времени.
Излучательность (энергетическая светимость) - отношение мощности излучения с участка поверхности тела к площади этого участка.
Спектральная плотность излучательности (испускательная способность) - отношение мощности излучения с участка поверхности тела к площади этого участка, приходящейся на узкий спектральный интервал, к площади этого участка и к ширине этого интервала.
Поглощательная способность - отношение энергии, поглощенной телом к энергии, приходящей к телу с излучением, для узкого спектрального интервала.
Абсолютно черное тело - тело, которое поглощает все приходящее к нему излучение (независимо от частоты).
Серое тело - тело, для которого поглощательная способность не зависит от частоты света.
Равновесие между излучением и веществом: состояние, при котором для любого интервала времени, любого участка поверхности и любого спектрального интервала количество энергии, излучаемое телом, равно количеству энергии, получаемой телом от излучения.
Равновесное излучение - излучение, которое по своим свойствам может находиться в равновесии с веществом.
Температура теплового излучения - температура вещества, с которым это излучение может находиться в равновесии.
Закон Кирхгофа: отношение испускательной способности вещества к его поглощательной способности не зависит от его строения и состояния поверхности, а является универсальной функцией частоты и температуры.
Гипотеза Планка: вещество излучает энергию не непрерывно, а в виде мельчайших неделимых порций (квантов).
Оптическая пирометрия - оптические методы измерения высоких температур, основанные на законах теплового излучения.
Радиационная температура - температура абсолютно черного тела, при которой его излучательность равна излучательности исследуемого тела.
Яркостная температура - температура абсолютно черного тела, при которой для определенной длины волны света испускательная способность абсолютно черного тела равна испускательной способности исследуемого тела.
Цветовая температура - температура абсолютно черного тела, при которой относительное распределение его испускательной способности и испускательной способности исследуемого тела максимально близки в видимой области спектра.
Внешний фотоэффект - Излучение электронов веществом под действием падающего на него света.
Первый закон фотоэффекта: сила фототока насыщения пропорциональна световому потоку.
Второй закон фотоэффекта: максимальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности света, а определяется его частотой.
Третий закон фотоэффекта: для каждого катода существует "красная граница" фотоэффекта, т. е. минимальная частота (максимальная длина волны) света, для которой еще возможен фотоэффект.
Гипотеза Эйнштейна: свет не только испускается, но и распространяется, а также поглощается в виде отдельных, ограниченных в пространстве и во времени порций, соответствующих квантам энергии.
Фотон - неделимая и ограниченная в пространстве и во времени порция света, соответствующая одному кванту энергии.
Эффект Комптона: упругое рассеяние рентгеновского излучения на свободных (или слабосвязанных) электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны.
Классические модели атома
Первый постулат Бора: Атом может находиться в особых (стационарных) состояниях (электрон может двигаться по особым, стационарным орбитам), в которых он не излучает энергии
Второй постулат Бора: При переходе атома из одного стационарного состояния в другое (при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую) излучается или поглощается квант излучения с энергией, равной разности энергий этих состояний.
Водородоподобный атом: система, состоящая из ядра и одного электрона.
Квантовая механика
Гипотеза де Бройля: электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами.
Соотношение неопределенностей Гейзенберга (первоначальная формулировка для координаты и импульса): невозможно одновременно точно измерить координату микрочастицы и соответствующую проекцию ее импульса.
Соотношение неопределенностей Гейзенберга (современная формулировка для координаты и импульса): микрочастица не может одновременно иметь точных значений координаты и соответствующей проекции импульса.
Соотношение неопределенностей Гейзенберга (для времени и энергии): среднее время нахождения системы в определенном состоянии связано с неопределенностью энергии системы в этом состоянии.
Туннельный эффект - проникновение микрочастицы через потенциальный барьер высотой больше ее полной энергии (в классически запрещенную область).
Эффект Зеемана - расщепление спектральных линий во внешнем магнитном поле.
Эффект Штарка - расщепление спектральных линий во внешнем электрическом поле.
Спин - собственный (не связанный с движением по замкнутой траектории) момент импульса микрочастицы.
Принцип неразличимости тождественных частиц: состояния системы частиц, получающиеся перестановкой тождественных частиц нельзя различить ни в каком эксперименте.
Бозоны - частицы, имеющие целое спиновое квантовое число.
Фермионы - частицы, имеющие полуцелое спиновое квантовое число.
Принцип Паули (общая формулировка): два одинаковых фермиона не могут находиться в одинаковых состояниях.
Принцип Паули (формулировка для атома): в одном и том же атоме не может быть двух электронов, находящихся в одинаковых состояниях, т. е. имеющих один и тот же набор четырех квантовых чисел.
Рентгеновское излучение - электромагнитное излучение, занимающее спектральную область в пределах длин волн от 10-14 до 10-7 м.
Принцип соответствия: любая новая теория, претендующая на более широкую область применимости, чем старая, должна включать последнюю как предельный случай.
Вынужденное излучение - излучение электромагнитных волн квантовыми системами под действием внешнего (вынуждающего) излучения.
Инверсное состояние - неравновесное состояние вещества, при котором число атомов с электронами на верхних энергетических уровнях больше числа атомов с электронами на нижних энергетических уровнях.
Активная среда - вещество, которое может находиться в инверсном состоянии.
Накачка - процесс создания инверсного состояния вещества.
Лазер - источник света, работающий на основе вынужденного излучения в веществе, находящемся в инверсном состоянии.
Метастабильный уровень - возбужденное энергетическое состояние атомных систем, в котором они могут существовать относительно длительное время (t ~ 10-3 с).
Энергия Ферми (при Т = 0) - максимально возможная энергия электрона в металле.
Энергия Ферми (при Т > 0) - энергия, при которой среднее число электронов в одном состоянии равно 1/2.
Фазовое пространство - 6-ти мерное пространство, по трем осям которого откладываются пространственные координаты, а по трем остальным - соответствующие проекции импульса частиц.
Температура Ферми - температура при которой характерная средняя энергия теплового движения равна энергии Ферми.
Фонон - квазичастица, сопоставляемая упругой волне в твердом теле (волне заданной частоты с минимальной энергией).
Температура Дебая - температура, при которой характерная средняя энергия теплового движения в веществе равна энергии фонона с предельной частотой упругих колебаний кристаллической решетки.
Разрешенные энергетические зоны - области (интервалы), в которых может находиться энергия электронов в твердом теле.
Запрещенные энергетические зоны - области (интервалы), в которых не может находиться энергия электронов в твердом теле.
Валентная зона - самая верхняя разрешенная энергетическая зона, в которой (при нулевой температуре) есть электроны.
Зона проводимости - самая нижняя разрешенная энергетическая зона, в которой (при нулевой температуре) есть свободные уровни.
Собственная проводимость полупроводника - проводимость химически чистого полупроводника.
Дырка - квантовое состояние, не занятое электроном в энергетической зоне твердого тела.
Примесная проводимость полупроводника - проводимость полупроводника, обусловленная присутствующими в нем примесями.
Донорные примеси - примеси в полупроводнике, ионизация атомов которых приводит к появлению электронов в зоне проводимости.
Акцепторные примеси - примеси в полупроводнике, атомы которых могут захватывать электроны из валентной зоны, что эквивалентно появлению в ней дырок.