Site Loader

Содержание

Длина волны связи — Справочник химика 21

    Изменение проницаемости для данного материала зависит от длины волны излучения (или длины, которой соответствует максимум интенсивности излучения). Чем меньше длина волны, тем более проницаемо излучение. Однако по закону Вина [см. уравнение (1У-76)] длина волны связана с абсолютной температурой источника излучения. Чем выше температура, тем меньше длина волны, соответствующая максимальной интенсивности энергии в спектре, и, следовательно, тем более проницающее излучение. [c.656]
    Частота колебаний и длина волны связаны соотношением XV = с, где с — скорость света (3-10 м/с). [c.10]

    Натриевая лампа испускает свет с длиной волны 589,2 нм. Какова частота этого излучения Учтите, что частота излучения и длина волны связаны соотношением Xv = (с — скорость света). Какова окраска света натриевой лампы Для ответа на последний вопрос воспользуйтесь рисунком 10. 

[c.25]

    Длина волны связана с частотой колебаний ( . = б / ), а частота колебаний связана с энергией (Д = /lv). Чем больше частота колебаний (меньше длина волны), тем больше энергия электромагнитных колебаний. В табл. 14.1 приведены длины волн, частоты и энергии электромагнитных колебаний. [c.238]

    Решение. Энергия фотона ( ) связана с частотой излучения (v) известным соотношением Е — Н, где h — постоянная Планка, равная 6,63-10 Дж-с. Частота колебаний и длина волны связаны соотношением » = — 1 где с — скорость к — длина волны излучения  [c.16]

    Энергия излучения и длина волны связаны соотношением [c.123]

    Частота колебаний и длина волны связаны следующим соотношением  

[c.8]

    Отсюда, приняв во внимание, что длина волны связана с частотой колебаний и скоростью распространения известным соотношением Х—с1у, нетрудно установить, что [c.74]

    Единицы волнового числа и длины волны связаны между собой следующими выражениями  [c.148]

    Типы изменений в молекуле зависят от энергии излучения, или, что то же самое, от его длины волны, так как энергия излучения и длина ВОЛНЫ связаны известным соотношением [c.100]

    Частота и длина волны связана между собой следующим соотношением  [c.166]

    Для описания длин волн (или частот) в разных спектральных областях используются различные единицы. Частота и длина волны связаны уравне- 

[c.141]

    Оптическая плотность фильтра для данной длины волны связана с коэффициентом пропускания соотношением [c.158]

    Сформулируем ряд общих положений. Полезно выделить такие виды колебаний, как валентные (периодическое движение атомов вдоль оси связи) и деформационные, при которых происходит искривление или изгиб связи и т. п. Более коротким длинам волн в интервале от 0,7 до 4,0 мкм отвечают валентные колебания между атомами водорода и более тяжелыми атомами, которые составляют ближнюю ИК-область и особенно полезны при идентификации функциональных групп, содержащих водород. Колебания двойных и тройных связей относятся к области от 4,0 до 6,5 мкм. Более длинные волны связаны с деформациями и изгибами связи в скелете молекулы сюда относится, например, изгиб связи —С—Н. 

[c.114]


    Оптическая плотность Ох массы стекла для монохроматического света с длиной волны >. связана с показателем поглощения Е и коэффициентом пропускания Тя, выражением  [c.180]

    Проблема интенсивности полос поглощения и ее связи со строением поглощающих свет молекул является значительно более сложной, чем проблема частоты поглощения и строения, в изучении которой были достигнуты значительные успехи. Интенсивность поглощения так же, как и длина волны, связана с электронными состояниями молекулы, однако количественное изучение этого вопроса проведено в значительно меньшей степени. Если длина волны полосы поглощения зависит от инкремента энергии электронного перехода, с которым связано поглощение света, то интенсивность поглощения определяется вероятностью этого перехода. У бутадиена интенсивность поглощения на одну двойную связь больше, чем у этилена, и вообще в большинстве случаев интенсивность поглощения растет с увеличением длины сопряженной цепи. Высокая интенсивность теоретически связана со структурами (например 1) с большим дипольным моментом, 3 имеющими большое значение в первом возбужденном состоянии 

[c.444]

    Решение. Масса движущегося фотона (масса покоя фотона равна нулю) с его длиной волны связана соотношением [c.26]

    С крупномасштабными вихрями. Эти вихри взаимодействуют и делятся на все более и более мелкие (меньшая длина волны связана с более высокой частотой). Таким образом, наблюдается поток энергии от более крупных вихрей к множеству более мелких. Основная часть кинетической энергии сосредоточена в движущихся крупномасштабных вихрях. Поток энергии прекращается, когда кинетическая энергия совокупности мелких вихрей (с масштабом порядка длины Колмогорова или меньше нее) рассеивается за счет вязкости и превращается в тепло (т.е. в молекулярное движение). 

[c.214]

    Влияние рефракции воздуха на измерения длин волн Связь между длинами волн в воздухе и в вакууме дается соотношением [c.277]

    Другая причина, по которой следует предпочесть измерение величины светопоглощения при более высоких длинах волн, связана с поглощением света железом(1П) в голубой области спектра, если этот металл не был удален. [c.375]

    В инфракрасной области спектра ясно выраженные полосы поглощения при данной длине волны связаны с определенным видом колебания специфических группировок атомов, и определение положения полос поглощения (характеризуемых обычно волновым числом—числом волн на сантиметр, реже—частотой или длиной волны) может служить доказательством наличия данной группировки атомов в полимере если известен коэффициент поглощения в данной области, то можно определить и концентрацию этих группировок. 

[c.207]

    Тепловое излучение пламени на указанных пяти участках спектра длин волн связано лишь с изл чением твердых частиц сажистого углерода (1хс). Для сравнения на каждом из фафиков приведена кривая спектрального распределения интенсивности излучения абсолютно черного тела при температуре пламени (1хо)- [c.19]

    Уравнение (2.8) есть уравнение прямой в отрезках на осях. Следова-1С.1Ь . о, для закрытой двухкомпонентной системы оптические плотности 1астворов при любых двух длинах волн связаны линейной зависимостью 48, 51—53]. 

[c.35]

    В крайних областях кислотности исследуемая система является практически двухкомпонентной и, следовательно, ее оптические плотности при двух длинах волн связаны линейной зависимостью (см. раздел 2.3.2). Эта зависимость искривлена лишь в средней области pH, где в заметных количествах присутствует третья форма. Координаты [c.138]

    Хаттон-Гардене, Лондон. Поглощение света в определенных областя) длины волны связано с теми примесями в камне, которые обусловливают его характерный цвет. Спектры поглощения хорошо известны драгоценных камней приводятся в специальных книгах по их проверке. 

[c.148]

    Линии аналитической пары должны находиться как можно ближе друг к другу для того, чтобы точность их измерения была выше. При малом различии длин волн связь между почернениями и интенсивностями для обеих линий практически одинакова. Не проявляются также макропогрешности фотоэмульсии. [c.70]

    Уравнение (2.6) есть уравнение прямой в отрезках на осях. Следовательно, для закрытой двухкомнопентной системы оптические плотности растворов при любых двух длинах волн связаны линейной зависимостью [14, 18, 30—32]. [c.45]

    Рпс. 32. Ослабление и фильтрация полихроматического рентгеновского излучения алюминием. Показано изменение эффективной длины волны с толщиной. Приведенные яа рисунке эффективные длины волн соответствуют измеренным значениям массового коэффициента поглощения. Изменение эффективной длины волны связано с отклонениями кривых от пря.мых линий, показанных пункти-ро М. Приведенные данные получены при интенсивности рентгеновского пучка, которая давала ток 210 мка после прохождения пучком пластинки алюминия толщиной 0,127 мм (кривая Л) и 3200 мка для пластинки алюминия толщиной 3,81 мм (кривая В) [84] 

[c.92]


    Применяя метод молекулярных орбит к ультрафиолетовым спектрам поглощения для полиаценов от нафталина до пентацена, Ко-ульсон нашел, что самые длинные волны связаны с переходом подвижных электронов симметричных уровней Aig—>Вгц и поляризации вдоль высоты молекулы. Вторая полоса связана с переходом Aig—>-Bin и поляризацией по длинной части молекулы. Согласно теории Люиса — Кальвина, осцилляция с меньшей энергией должна распространяться по длине молекулы как видно из изложенного ранее, это хорошо согласуется с цветностью полиенов, но оказывается неверным для полиаценов. Метод валентных связей, в котором основное состояние и наинизшие возбужденные состояния рассматриваются как комбинация структур Кекуле, не может быть использован для оценки перехода в -направлении. Однако если в этом методе учесть ионные структуры (например А, В и С для антрацена), как широко представленные в возбужденном состоянии, выводы, получающиеся по методам валентных связей и молекулярных орбит, совпадают. Структуры типа А важны для /-поляризации В — главным образом для л-поляризации и С — для обеих. В то же время структура А содержит два бензоидные кольца, С — только одно и В — ни одного это указывает на относительно низкую энергию структуры А, вследствие чего /-переход имеет тенденцию к смещению в длинноволновую область. 
[c.419]

    Из данных, приведенных в табл. 52, все же следует, что в протонных растворителях длина волны связи 5—О в ИК-спектрах сульфонов увеличивается, а частота колебания уменьшается. Частота колебания в растворителях, которые не способны образовывать водородные связи, например в ССЬ, отличается от частоты колебания в растворителях, образующих водородные связи, например в СНС1з или СНзОН. Это различие несколько ниже, чем в сульфоксидах, однако в метаноле сульфоны образуют почти такую же прочную водородную связь, как и сульфоксиды .  [c.342]

    Если реакция происходит в реакторе длины L с непроницаемыми торцами, то длины волн % связаны с L соотношением K=2Lln. Поэтому критическое (максимальное) значение п равно [c.164]


Основные понятия, связанные со звуком

Звуковое давление

Звук, который воспринимает человек, представляет собой быстрое чередование давления воздуха. Диапазон давлений, которые человек воспринимает как звук, очень широк (от 10 МПа до 100 Па, учитывая, что статическое давление воздуха составляет примерно 10-5 Па). Для измерения силы звука стали использовать логарифмическую шкалу, где в качестве стандартного нулевого уровня выбрано значение 2*10 Па. В этом случае в качестве единицы, выражающей громкость звука, используется децибел (дБ). Человек воспринимает соответствующую область в диапазоне от 0 до 140 дБ.

Скорость распространения звука

Скорость распространения звука в воздухе составляет 340 м/с (при 20°C), независимо от частоты. В твёрдой среде скорость звука варьируется в зависимости от материала: от 3400 м/с до 54 м/с. В случае конструкций из плит скорость звука зависит от его частоты. Ниже представлены скорости распространения звука (м/с) в некоторых материалах:

  • стекло:  5500-6000 м/с
  • алюминий, сталь: 5100 м/с
  • дерево: 3400-4500 м/с
  • бетон: 4000 м/с
  • кирпич: 3600 м/с
  • лёд: 3100 м/с
  • вода: 1500 м/с
  • пробка: 500 м/с
  • воздух: 340 м/с
  • минеральная вата-изоляция: 180 м/с

Частота звуковых колебаний

Человек различает также амплитуду звуковых колебаний, т.е. высоту звука. Частотный диапазон, который воспринимает ухо человека, составляет от 10 до 16000 Гц (=l/s). Звук частотой ниже 16 Гц воспринимается как вибрация, если он достаточно громкий. Длина звуковой волны, воспринимаемой человеком, варьируется в диапазоне от 20 м до 2 см, поэтому все части строительного сооружения (стены, потолки, окна, двери и т.д.) в зависимости от частоты звука оказываются либо большими (для высокой частоты), либо маленькими (для низкой частоты), при этом звукоизолирующая способность всех частей также зависит от частоты колебаний звука.

Свойства человеческого слуха

Слух человека наиболее чувствителен к звукам, частота которых находится в диапазоне от 1 до 4 кГц, в отношении более низких звуковых частот человеческий слух остаётся весьма нечувствительным. Для имитации слухового восприятия созданы различные корректирующие фильтры – «A», «B» и «C». «А»-коррекцию первоначально использовали при звуковом давлении от 0 до 55 дБ. Скорректированный фильтром «А» уровень звукового давления (шкала «А») обозначается, например, 50 дБ(А). В настоящее время укоренилось использование шкалы «А», вне зависимости от уровней звукового давления.

Воздушный шум / структурный шум

Под воздушным шумом понимается звук, который распространяется по воздуху (в отличие от звука, передаваемого на конструкцию [ударного шума]). Структурный шум – это звук, который распространяется через конструкции или поверхности. Ударный шум является одним из видов структурного шума. Типичным воздушным шумом, встречающимся в здании, являются человеческая речь, голоса домашних животных и т.д. Пианино создаёт в помещении воздушный шум, а шаги при ходьбе по полу создают ударный шум.

Звукоизоляция

Способность изолировать воздушный шум показывает, в какой степени конструкция изолирует звук, проходящий через конструкцию. Способность конструкции изолировать воздушный шум представляет собой отношение энергии звука, воздействующего на конструкцию, к энергии звука, прошедшей через конструкцию, и измеряется в децибелах. Если звукоизолирующая способность конструкции составляет 50 дБ, то через конструкцию проходит только одна сотая энергии звука, воздействовавшего на конструкцию.

Звукоизолирующая способность конструкции зависит, прежде всего, от массы конструкции и частоты звука. В случае простых массивных конструкций их звукоизолирующая способность определяется на основании т.н. закона массы:

R=20*log(m*f)-49 (дБ), где

R – звукоизолирующая способность (дБ)

m – масса на квадратный метр (кг/м²)

f – частота (Гц).

При удвоении массы или частоты звука звукоизолирующая способность увеличивается на 6 дБ. Согласно закону массы, с помощью более тяжёлой конструкции достигается более высокая звукоизолируемость. Таким образом, конструкции с большой массой акустически являются особенно пригодными для использования. Когда стремятся достигнуть по возможности хорошей звукоизоляции, используют бетонные конструкции. Изоляции звуков низкой частоты возможно достигнуть только с помощью тяжёлых конструкций.

Глушение звука

В жилых домах звук распространяется из других квартир в виде воздушного шума и структурного шума (ударного шума), дополнительно к этому звуки создаёт работающее в зданиях техническое оборудование. Доносящийся снаружи шум дорожного движения, а в некоторых местах также и рельсового транспорта или самолётов, либо даже все эти звуки вместе создают общий шум в квартире. В разделе «С1» сборника строительных правил Финляндии RakMK приведены требования к изоляции от воздушного шума и уровню ударного шума в квартирах, а также к допустимому уровню шума от технического оборудования внутри и снаружи здания.  Уровень наружного шума, обусловленный окружающей средой, зависит от места, и требования к звукоизоляции наружных ограждающих конструкций здания представлены в виде графика.

Нижеследующая таблица отражает субъективно различные нормы звукоизоляции R’w (дБ) в конструкции перегородок:

R’w (дБ). Субъективное воздействие в соседнем помещении

  • 62 Работающее на максимальной громкости радио не слышно
  • 57 Работающее на нормальной громкости радио не слышно, на максимальной громкости уже слышно
  • 52 Слышно радио, работающее на нормальной громкости
  • 47 Громкие звуки понятны, а мелодии узнаваемы
  • 42 Возможно понять нормальную речь
  • 37 Нормальная речь полностью понятна
  • 32 Как будто тихий радиоголос в приёмном помещении

Важные обстоятельства при достижении звукоизоляции в жилом доме

  • Для достижения звукоизоляции конструкции должны быть совершенно плотными.
  • Трещина или дыра всегда ухудшают звукоизоляцию.
  • В вентиляционных каналах между квартирами необходимы шумоглушители.
  • В системе отопления между радиаторами квартир необходимо устанавливать эластичные детали труб или эластичные вентили радиаторов, чтобы звуки не переносились через радиаторы из одного помещения в другое.
  • Акустическое проектирование требует целостного планирования, а для его реализации необходима тщательность.

Теория, закон, принципы оптического волокна

В основе оптоволоконных технологий лежит принцип использования света, как основного источника информации. Отправитель преобразовывает информацию в световую волну, а адресат, получая последнюю, в свою очередь интепретирует свет как информацию.
Свет гораздо проще передать на дальние расстояние с меньшими потерями нежели электрический ток. Кроме того он не подвержен воздействию электромагнитных полей и способен передавать на порядки большее количество информации. С другой стороны оптические технологии во многом являются более тонкими, поэтому качественная реализация оптоволоконного проекта требует детального понимания механизма передачи света и применяемых законов оптики.

Закон оптики

Породить световую волну довольно просто, не так-то просто ее сохранить и управлять ею. Однако это возможно, если использовать оптические законы распространения света. В оптоволоконных технологиях используется волновая теория света. Т.е. свет рассматривается как электромагнитная волна определенной длины. Для ее транспортировки используются изолированные оптически прозрачные среды. В однородной среде электромагнитная волна распространяется прямолинейно, однако на границе изменения плотности среды ее направление и качественный состав меняются. В упрощенном варианте рассмотрим две граничащие среды с разной плотностью. Распространяясь в одной из них луч может достигать поверхности другой под некоторым углом a (к нормали поверхности). При этом волна частично отражается в среду из которой пришла под углом b и частично проникает в новую среду в измененном направлении под углом c.

Согласно физическим законам распространения света угол падения луча равен углу отражения, т.е. a=b. Также если обозначить величину плотности сред как n1 и n2, то угол преломления c, находится из соотношения n1*sin a = n2*sin c (1). Эффект преломления света может отсутствовать, т.е. возможна ситуация полного отражения света. Для этого достаточно, чтобы угол c был хотя бы нулевым. Трансформируя выражение (1) получаем достаточное условие полного отражения света: sin a = n2/n1. Именно за счет данного эффекта в современных оптоволоконных технологиях удается управлять распространением света в требуемой среде.


Принцип оптического волокна

Для того, чтобы передать свет на большие расстояния необходимо сохранить его мощность. Снизить потери при его передаче можно во-первых обеспечив достаточно оптически прозрачную среду распространения, тем самым сведя к минимуму поглощение волны, и во-вторых обеспечить правильную траекторию движения луча. Первая задача в настоящее время решается с помощью применения высокотехнологичных материалов, таких как чистое кварцевое стекло. Вторая задача решается с помощью закона оптики, описанного выше. За счет эффекта полного отражения света, можно заставить луч «гулять» внутри ограниченной замкнутой среды, проделывая путь от источника сигнала до его приемника. Однако для этого необходимо две среды с разной плотностью. Чаще всего в их качестве применяются кварцевые стекла различной плотности. Волну впускают в более плотную среду, ограниченную менее плотной. Среды вытягивают в так называемое оптическое волокно, сердцевину которого составляет более плотное стекло, в разрезе представляющее окружность и часто называемого световодом. Данный сердечник покрывают оболочкой из менее плотного стекла, при достижении которого транспортируемый сигнал будет полностью отражаться. Для предотвращения механических повреждений конструкция также снабжается защитной оболочкой, именуемой первичным покрытием.

Для достижения сигналом адресата, необходимо впускать в сердцевину лучи под углом к боковой поверхности не менее критического. В этом случае реализуется эффект полного отражения, и теоретически луч никогда не покинет сердечника кроме как через окончание волокна. Однако на практике все же существует некоторый процент преломляемых лучей. Это связанно во-первых со сложностью реализации подобного источника света, во-вторых с невозможностью изготовления идеально ровного волокна, и в-третьих с неидеальной инсталяцией оптического кабеля.

Межмодовая дисперсия

Поскольку источники излучения не идеальны, испускаемые ими волны не совсем идентичны и могут различаться по направлению распространения. Единичная независимая траектория распространения волны именуется модой. Очевидно, что луч, направленный параллельно оси световода проходит меньшее расстояние, нежели луч распространяющийся по траектории ломаной за счет эффекта отражения. Как следствие, лучи достигнут конца сердечника в разные моменты времени.

При учете неидеальных свойств применяемых источников светового сигнала возможна ситуация, когда изначальный световой импульс содержит некоторое множество волн, входящих в световод под разными углами. В итоге импульс раскладывается на множество отдельных волн, достигающих приемник в разные моменты. Именно этот разброс времени и называется межмодовой дисперсией.


Межчастотная дисперсия

Погрешность источников излучения еще состоит и в некотором разбросе генерируемых частот. Испускаемые волны не совсем идентичны и могут различаться по длине. Согласно законам физики более короткие волны распространяются быстрее, а следовательно волны достигают конца световода в разные моменты времени.

При учете неидеальных свойств применяемых источников светового сигнала возможна ситуация, когда изначальный световой импульс содержит некоторое множество входящих в световод волн с разной частотой. В итоге импульс раскладывается на множество отдельных волн, достигающих приемник в разное время. Именно этот разброс времени и называется межчастотной дисперсией.


Материальная дисперсия

Скорость преодоления расстояний волной зависит не только от частоты, но и от плотности среды распространения. В применяемых в настоящее время световодах распределение плотности сердечника может быть неравномерным, как в случае с градиентными волокнами (об этом позже). Вследствие этого волны, проходящие путь по разным траекториям обладают разными скоростями распространения и оказываются в приемнике в разное время. 

При учете неидеальных свойств применяемых источников светового сигнала возможна ситуация, когда изначальный световой импульс содержит некоторое множество волн, проходящих световод по разным траекториям, каждая из которых пересекает участки среды с разными плотностями. В итоге импульс раскладывается на множество отдельных волн, достигающих приемник в разное время. Именно этот разброс времени и называется материальной дисперсией.


Влияние дисперсии на пропускную способность канала

Дисперсия, будь то материальная, межчастотная или межмодовая, отрицательно влияет на пропускную способность канала. Дело в том, что современные оптоволоконные технологии используют цифровой способ передачи информации. Световой сигнал поступает импульсами. Чем сильнее размыт по времени импульс на выходе (эффект дисперсии), тем большие требуются интервалы между передаваемым сигналами, что и ограничивает в свою очередь пропускную способность канала. Поэтому необходимо снижать величины дисперсий, тем самым увеличивая возможное количество информационных сигналов за единицу времени. Вообще из-за эффекта дисперсии необходимо пытаться сократить количество проникающих одновременно мод (лучей) в световод.

Многомодовое ступенчатое волокно

Основное различие между вариантами оптического волокна состоит в свойствах применяемого в них сердечника. Самый простой вариант сердечника — это кварцевое стекло с равномерной плотностью. Если отобразить плотности распределения слоев волокна, то получится ступенчатая картина, что и отображено в названии этого типа волокна. При достаточно большом радиусе равномерно плотного световода наблюдается эффект межмодовой дисперсии. Ее влияние на производительность оптического канала оказывается много больше межчастотной и материальной. Поэтому при расчете пропускной способности канала пользуются именно ее показателями.
 

В настоящее время используют три стандартных диаметра сердечника многомодового волокна: 100 микрон, 62.5 микрон и 50 микрон. Наиболее распространены световоды диаметром 62.5 микрон, однако постепенно все более прочные позиции завоевывает сердечник 50 микрон. Вследствие простых геометрических законов распространения света несложно убедиться в его большей пропускной способности, поскольку он пропускает меньшее количество мод, тем самым уменьшая дисперсию импульса на выходе. Размер световодов выбран не случайно. Он непосредственно связан с используемой частотой световой волны. На данный момент выделяют три основных длины волны: 850 нм, 1300 нм и 1500 нм. Почему выбраны именно эти длины волн, мы поясним позже.
Многомодовые ступенчатые волокна обладают малой пропускной способностью относительно действительных возможностей света, в связи с этим чаще в многомодовой технологии используют градиентные волокна.


Многомодовое градиентное волокно

Название волокна говорит само за себя. Основное отличие градиентного волокна от ступенчатого заключается в неравномерной плотности материала световода. Если отобразить плотности распределение на графике, то получится параболическая картина. Эффект межмодовой дисперсии как и в случае ступенчатой схемы все же проявляется, однако намного меньше. Это легко объяснимо с точки зрении геометрии. На рисунке видно, что длины пути лучей сильно сокращены за счет сглаживания. Более того интересен тот факт, что лучи проходящие дальше от оси световода хотя и преодолевают большие расстояния, но при этом имеют большие скорости, так как плотность материала от центра к внешнему радиусу уменьшается. А световая волна распространяется тем быстрее, чем меньше плотность среды.
 

В итоге более длинные траектории компенсируются большей скоростью. При удачно сбалансированном распределении плотности стекла возможно свести к минимуму разницу во времени распространения, за счет этого межмодовая дисперсия градиентного волокна намного меньше. Как и в случае со ступенчатым волокном, в настоящее время используют три стандартных диаметра градиентного сердечника: 100 микрон, 62.5 микрон и 50 микрон, работающих также на частотах 850 нм, 1300 нм и 1500 нм. Однако насколько не были бы сбалансированны градиентные многомодовые волокна, их пропускная способность не сравниться с одномодовыми технологиями.


Одномодовое волокно

Согласно законам физики, при достаточно малом диаметре волокна и соответствующей длине волны через световод будет распространяться единственный луч. Вообще сам факт подбора диаметра сердечника под одномодовый режим распространения сигнала говорит о частности каждого отдельного варианта конструкции световода. Т.е. при употреблении понятий много- и одномодовости следует понимать характеристики волокна относительно конкретной частоты используемой волны.

Распространение лишь одного луча позволяет избавиться от межмодовой дисперсии. Как уже отмечалась именно эта дисперсия имеет наибольшее влияние на пропускную способность канала. Величины материальной и межчастотной дисперсии на порядки меньше межмодовой. Однако одномодовое волокно исключает возможность распространения нескольких лучей, поэтому межмодовая дисперсия отсутствует, в связи с чем одномодовые световоды на порядки производительнее. На данный момент применяется сердечник с внешним диаметром около 8 микрон. Как и в случае с многомодовыми световодами, используется и ступенчатая и градиентная плотность распределения материала. Второй вариант более производительный. Одномодовая технология более тонкая, дорогая и применяется в настоящее время в телекоммуникациях, многомодовые же кабели завоевали свою нишу в локальных компьютерных сетях.


Затухание сигнала, окна прозрачности

Кроме сложностей, связанных с уменьшением дисперсии волны, существует и проблема сохранения мощности передаваемого сигнала. Хотя световую волну сохранить легче, чем электрический ток, она испытывает эффект поглощения и рассеивания. Первый связан с преобразованием одного вида энергии в другой. Так волна определенной длины порождает в некоторых химических элементах изменение орбит электронов, в других происходит резонанс. Это в свою очередь и порождает преобразование энергии. Известно, что поглощение волны тем меньше, чем меньше ее длина. В связи с этим применять чрезмерно длинные волны невозможно, так как резко возрастают потери при нагреве световодов. Однако с другой стороны безгранично снижать длины волн тоже нецелесообразно, так как в этом случае возрастают потери на рассеивании сигнала. Именно баланс рассеивания и поглощения волны определяет диапазон применяемых волн в оптоволоконных технологиях.

Теоретически лучшие показатели достигаются на пересечении кривых поглощения и рассеивания. На практике зависимость затухания несколько сложнее и связана с химическим составом среды, в которой распространяется волна. В световодах основными химическими элементами являются кремний и кислород, каждый из которых проявляет активность на определенной частоте волны, с чем связано ухудшение теоретической прозрачности материала световода в двух окрестностях. В итоге образуются три окна в диапазоне длин волн. В рамках этих окон затухание волны имеет наименьшее значение. Сам параметр оптических потерь измеряется в децибелах на километр.


Используемые длины волн

Именно «окна прозрачности» определили длины волн, которые используются в современных оптоволоконных технологиях. Чаще всего это три длины — 850 нм, 1300 нм и 1500 нм. Наиболее качественной и высокоскоростной связью обладают каналы на основе волн длиной 1500 нм. Однако оконечное оборудование, способное работать на данной длине волны значительно дороже и предполагает применение только лазерных источников света. Поэтому зачастую возникает проблема оценки экономической целесообразности применения подобных сетей.
Рабочая длина волны 850 нм наиболее характерна для многомодовых волокон, тогда как одномодовые волокна применяются для волн длиной на 1500 нм.

Материалы предоставлены компаний AESP, известным производителем сетевого и коммуникационного оборудования, разработчиком кабельной системы SygnaMax. 

Конвертер частоты и длины волны • Фотометрия — свет • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Период колебания волн у берегов Майами-Бич приблизительно равен 4 секундам.

Общие сведения

Частота

Частота — это величина, измеряющая как часто повторяется тот или иной периодический процесс. В физике с помощью частоты описывают свойства волновых процессов. Частота волны — количество полных циклов волнового процесса за единицу времени. Единица частоты в системе СИ — герц (Гц). Один герц равен одному колебанию в секунду.

Длина волны

Существует множество различных типов волн в природе, от вызванных ветром морских волн до электромагнитных волн. Свойства электромагнитных волн зависят от длины волны. Такие волны разделяют на несколько видов:

Резонансный магнетрон используется в микроволновых печах для подачи электромагнитной энергии в камеру печи.

  • Гамма-лучи с длиной волны до 0,01 нанометра (нм).
  • Рентгеновские лучи с длиной волны — от 0,01 нм до 10 нм.
  • Волны ультрафиолетового диапазона, которые имеют длину от 10 до 380 нм. Человеческому глазу они не видимы.
  • Свет в видимой части спектра с длиной волны 380–700 нм.
  • Невидимое для людей инфракрасное излучение с длиной волны от 700 нм до 1 миллиметра.
  • За инфракрасными волнами следуют микроволновые, с длиной волны от 1 миллиметра до 1 метра.
  • Самые длинные — радиоволны. Их длина начинается с 1 метра.

Эта статья посвящена электромагнитному излучению, и особенно свету. В ней мы обсудим, как длина и частота волны влияют на свет, включая видимый спектр, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.

Электромагнитное излучение

Электромагнитное излучение — это энергия, свойства которой одновременно сходны со свойствами волн и частиц. Эта особенность называется корпускулярно-волновым дуализмом. Электромагнитные волны состоят из магнитной волны и перпендикулярной к ней электрической волны.

Энергия электромагнитного излучения — результат движения частиц, которые называются фотонами. Чем выше частота излучения, тем они более активны, и тем больше вреда они могут принести клеткам и тканям живых организмов. Это происходит потому, что чем выше частота излучения, тем больше они несут энергии. Большая энергия позволяет им изменить молекулярную структуру веществ, на которые они действуют. Именно поэтому ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма излучение так вредно для животных и растений. Огромная часть этого излучения — в космосе. Оно присутствует и на Земле, несмотря на то, что озоновый слой атмосферы вокруг Земли блокирует большую его часть.

Атмосфера пропускает СВЧ-излучение в диапазоне частот C (с частотой от 4 до 8 Гц и с длиной волны от 7,5 до 3,75 сантиметров), которые используются для спутниковой связи

Электромагнитное излучение и атмосфера

Атмосфера земли пропускает только электромагнитное излучение с определенной частотой. Большая часть гамма-излучения, рентгеновских лучей, ультрафиолетового света, часть излучения в инфракрасном диапазоне и длинные радиоволны блокируются атмосферой Земли. Атмосфера поглощает их и не пропускает дальше. Часть электромагнитных волн, в частности, излучение в коротковолновом диапазоне, отражается от ионосферы. Все остальное излучение попадает на поверхность Земли. В верхних атмосферных слоях, то есть, дальше от поверхности Земли, больше радиации, чем в нижних слоях. Поэтому чем выше, тем опаснее для живых организмов находиться там без защитных костюмов.

Атмосфера пропускает на Землю небольшое количество ультрафиолетового света, и он приносит вред коже. Именно из-за ультрафиолетовых лучей люди обгорают на солнце и могут даже заболеть раком кожи. С другой стороны, некоторые лучи, пропускаемые атмосферой, приносят пользу. Например, инфракрасные лучи, которые попадают на поверхность Земли, используют в астрономии — инфракрасные телескопы следят за инфракрасными лучами, излучаемыми астрономическими объектами. Чем выше от поверхности Земли, тем больше инфракрасного излучения, поэтому телескопы часто устанавливают на вершинах гор и на других возвышенностях. Иногда их отправляют в космос, чтобы улучшить видимость инфракрасных лучей.

Этот осциллограф, который измеряет сетевое напряжение в розетке, показывает частоту в 59,7 герц и период колебаний 117 миллисекунд

Взаимоотношение между частотой и длиной волны

Частота и длина волны обратно пропорциональны друг другу. Это значит, что по мере увеличения длины волны частота уменьшается и наоборот. Это легко представить: если частота колебаний волнового процесса высокая, то время между колебаниями намного короче, чем у волн, частота колебаний которых меньше. Если представить волну на графике, то расстояние между ее пиками будет тем меньше, чем больше колебаний она совершает на определенном отрезке времени.

Чтобы определить скорость распространения волны в среде, необходимо умножить частоту волны на ее длину. Электромагнитные волны в вакууме всегда распространяются с одинаковой скоростью. Эта скорость известна как скорость света. Она равна 299&nbsp792&nbsp458 метрам в секунду.

Свет

Видимый свет — электромагнитные волны с частотой и длиной, которые определяют его цвет.

Длина волны и цвет

Самая короткая длина волны видимого света — 380 нанометров. Это фиолетовый цвет, за ним следуют синий и голубой, затем зеленый, желтый, оранжевый и, наконец, красный. Белый свет состоит из всех цветов сразу, то есть, белые предметы отражают все цвета. Это можно увидеть с помощью призмы. Попадающий в нее свет преломляется и выстраивается в полосу цветов в той же последовательность, что в радуге. Эта последовательность — от цветов с самой короткой длиной волны, до самой длинной. Зависимость скорости распространения света в веществе от длины волны называется дисперсией.

Радуга над рекой Ниагара

Радуга образуется похожим способом. Капли воды, рассеянные в атмосфере после дождя, ведут себя так же как призма и преломляют каждую волну. Цвета радуги настолько важны, что во многих языках существуют мнемоника, то есть прием запоминания цветов радуги, настолько простой, что запомнить их могут даже дети. Многие дети, говорящие по-русски, знают, что «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». Некоторые люди придумывают свою мнемонику, и это — особенно полезное упражнение для детей, так как, придумав свой собственный метод запоминания цветов радуги, они быстрее их запомнят.

Свет, к которому человеческий глаз наиболее чувствителен — зеленый, с длиной волны в 555 нм в светлой среде и 505 нм в сумерках и темноте. Различать цвета могут далеко не все животные. У кошек, например, цветное зрение не развито. С другой стороны, некоторые животные видят цвета намного лучше, чем люди. Например, некоторые виды видят ультрафиолетовый и инфракрасный свет.

Отражение света

Бриллиантовое кольцо

Цвет предмета определяется длиной волны света, отраженного с его поверхности. Белые предметы отражают все волны видимого спектра, в то время как черные — наоборот, поглощают все волны и ничего не отражают.

На первом рисунке: правильная огранка бриллиантов. Свет отражается вверх, по направлению к глазу и алмаз сверкает. На втором и третьем рисунках: неправильная огранка. Свет отражается в оправу и в стороны и алмазы выглядят тусклыми.

Один из естественных материалов с высоким коэффициентом дисперсии — алмаз. Правильно обработанные бриллианты отражают свет как от наружных, так и от внутренних граней, преломляя его, как и призма. При этом важно, чтобы большая часть этого света была отражена вверх, в сторону глаза, а не, например, вниз, внутрь оправы, где его не видно. Благодаря высокой дисперсии бриллианты очень красиво сияют на солнце и при искусственном освещении. Стекло, ограненное так же, как бриллиант, тоже сияет, но не настолько сильно. Это связано с тем, что, благодаря химическому составу, алмазы отражают свет намного лучше, чем стекло. Углы, используемые при огранке бриллиантов, имеет огромное значение, потому что слишком острые или слишком тупые углы либо не позволяют свету отражаться от внутренних стен, либо отражают свет в оправу, как показано на иллюстрации.

Спектроскопия

Для определения химического состава вещества иногда используют спектральный анализ или спектроскопию. Этот способ особенно хорош, если химический анализ вещества невозможно провести, работая с ним непосредственно, например, при определении химического состава звезд. Зная, какое электромагнитное излучение поглощает тело, можно определить, из чего оно состоит. Абсорбционная спектроскопия, являющаяся одним из разделов спектроскопии, определяет какое излучение поглощается телом. Такой анализ можно делать на расстоянии, поэтому его часто используют в астрономии, а также в работе с ядовитыми и опасными веществами.

Определение наличия электромагнитного излучения

Видимый свет, так же как и всё электромагнитное излучение — это энергия. Чем больше энергии излучается, тем легче эту радиацию измерить. Количество излученной энергии уменьшается по мере увеличения длины волны. Зрение возможно именно благодаря тому, что люди и животные распознают эту энергию и чувствуют разницу между излучением с разной длиной волны. Электромагнитное излучение разной длины ощущается глазом как разные цвета. По такому принципу работают не только глаза животных и людей, но и технологии, созданные людьми для обработки электромагнитного излучения.

Видимый свет

Люди и животные видят большой спектр электромагнитного излучения. Большинство людей и животных, например, реагируют на видимый свет, а некоторые животные — еще и на ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Способность различать цвета — не у всех животных — некоторые, видят только разницу между светлыми и темными поверхностями. Наш мозг определяет цвет так: фотоны электромагнитного излучения попадают в глаз на сетчатку и, проходя через нее, возбуждают колбочки, фоторецепторы глаза. В результате по нервной системе передается сигнал в мозг. Кроме колбочек, в глазах есть и другие фоторецепторы, палочки, но они не способны различать цвета. Их назначение — определять яркость и силу света.

Колбочки в сетчатке глаза чаек и многих других птиц содержит капли красного или желтого масла

В глазу обычно находится несколько видов колбочек. У людей — три типа, каждый из которых поглощает фотоны света в пределах определенных длин волны. При их поглощении происходит химическая реакция, в результате которой в мозг поступают нервные импульсы с информацией о длине волны. Эти сигналы обрабатывает зрительная зона коры головного мозга. Это — участок мозга, ответственный за восприятие звука. Каждый тип колбочек отвечает только за волны с определенной длиной, поэтому для получения полного представления о цвете, информацию, полученную от всех колбочек, складывают вместе.

У некоторых животных еще больше видов колбочек, чем у людей. Так, например, у некоторых видов рыб и птиц их от четырех до пяти типов. Интересно, что у самок некоторых животных больше типов колбочек, чем у самцов. У некоторых птиц, например у чаек, которые ловят добычу в воде или на ее поверхности, внутри колбочек есть желтые или красные капли масла, которые выступают в роли фильтра. Это помогает им видеть большее количество цветов. Подобным образом устроены глаза и у рептилий.

Этот инфракрасный термометр определяет температуру измеряемого объекта на расстоянии, по его тепловому излучению

Инфракрасный свет

У змей, в отличие от людей, не только зрительные рецепторы, но и чувствительные органы, которые реагируют на инфракрасное излучение. Они поглощают энергию инфракрасный лучей, то есть реагируют на тепло. Некоторые устройства, например приборы ночного видения, также реагируют на тепло, выделяемое инфракрасным излучателем. Такие устройства используют военные, а также для обеспечения безопасности и охраны помещений и территории. Животные, которые видят инфракрасный свет, и устройства, которые могут его распознавать, видят не только предметы, которые находятся в их поле зрения на данный момент, но и следы предметов, животных, или людей, которые находились там до этого, если не прошло слишком много времени. Например, змеям видно, если грызуны копали в земле ямку, а полицейские, которые пользуются прибором ночного видения, видят, если в земле были недавно спрятаны следы преступления, например, деньги, наркотики, или что-то другое. Устройства для регистрации инфракрасного излучения используют в телескопах, а также для проверки контейнеров и камер на герметичность. С их помощью хорошо видно место утечки тепла. В медицине изображения в инфракрасном свете используют для диагностики. В истории искусства — чтобы определить, что изображено под верхним слоем краски. Устройства ночного видения используют для охраны помещений.

Обыкновенная или зеленая игуана видит ультрафиолетовый свет. Фотография размещена с разрешения автора

Ультрафиолетовый свет

Некоторые рыбы видят ультрафиолетовый свет. Их глаза содержат пигмент, чувствительный к ультрафиолетовым лучам. Кожа рыб содержит участки, отражающие ультрафиолетовый свет, невидимый для человека и других животных — что часто используется в животном мире для маркировки пола животных, а также в социальных целях. Некоторые птицы тоже видят ультрафиолетовый свет. Это умение особенно важно во время брачного периода, когда птицы ищут потенциальных партнеров. Поверхности некоторых растений также хорошо отражают ультрафиолетовый свет, и способность его видеть помогает в поиске пищи. Кроме рыб и птиц, ультрафиолетовый свет видят некоторые рептилии, например черепахи, ящерицы и зеленые игуаны (на иллюстрации).

Человеческий глаз, как и глаза животных, поглощает ультрафиолетовый свет, но не может его обработать. У людей он разрушает клетки глаза, особенно в роговице и хрусталике. Это, в свою очередь, вызывает различные заболевания и даже слепоту. Несмотря на то, что ультрафиолетовый свет вредит зрению, небольшое его количество необходимо людям и животным, чтобы вырабатывать витамин D. Ультрафиолетовое излучение, как и инфракрасное, используют во многих отраслях, например в медицине для дезинфекции, в астрономии для наблюдения за звездами и другими объектами и в химии для отверждения жидких веществ, а также для визуализации, то есть для создания диаграмм распространения веществ в определенном пространстве. С помощью ультрафиолетового света определяют поддельные банкноты и пропуска, если на них должны быть напечатаны знаки специальными чернилами, распознаваемыми с помощью ультрафиолетового света. В случае с подделкой документов ультрафиолетовая лампа не всегда помогает, так как преступники иногда используют настоящий документ и заменяют на нем фотографию или другую информацию, так что маркировка для ультрафиолетовых ламп остается. Существует также множество других применений для ультрафиолетового излучения.

Цветовая слепота

Из-за дефектов зрения некоторые люди не в состоянии различать цвета. Эта проблема называется цветовой слепотой или дальтонизмом, по имени человека, который первый описал эту особенность зрения. Иногда люди не видят только цвета с определенной длиной волны, а иногда они не различают цвета вообще. Часто причина — недостаточно развитые или поврежденные фоторецепторы, но в некоторых случаях проблема заключается в повреждениях на проводящем пути нервной системы, например в зрительной коре головного мозга, где обрабатывается информация о цвете. Во многих случаях это состояние создает людям и животным неудобства и проблемы, но иногда неумение различать цвета, наоборот — преимущество. Это подтверждается тем, что, несмотря на долгие годы эволюции, у многих животных цветное зрение не развито. Люди и животные, которые не различают цвета, могут, например, хорошо видеть камуфляж других животных.

На этом изображении из диагностических таблиц для диагностики дальтонизма люди с нормальным зрением видят число 74

Несмотря на преимущества цветовой слепоты, в обществе ее считают проблемой, и для людей с дальтонизмом закрыта дорога в некоторые профессии. Обычно они не могут получить полные права по управлению самолетом без ограничений. Во многих странах водительские права для этих людей тоже имеют ограничения, а в некоторых случаях они не могут получить права вообще. Поэтому они не всегда могут найти работу, на которой необходимо управлять автомобилем, самолетом, и другими транспортными средствами. Также им сложно найти работу, где умение определять и использовать цвета имеет большое значение. Например, им трудно стать дизайнерами, или работать в среде, где цвет используют, как сигнал (например, об опасности).

Проводятся работы по созданию более благоприятных условий для людей с цветовой слепотой. Например, существуют таблицы, в которых цвета соответствует знакам, и в некоторых странах эти знаки используют в учреждениях и общественных местах наряду с цветом. Некоторые дизайнеры не используют или ограничивают использование цвета для передачи важной информации в своих работах. Вместо цвета, или наряду с ним, они используют яркость, текст, и другие способы выделения информации, чтобы даже люди, не различающие цвета, могли полостью получить информацию, передаваемую дизайнером. В большинстве случаев люди с цветовой слепотой не различают красный и зеленый, поэтому дизайнеры иногда заменяют комбинацию «красный = опасность, зеленый = все нормально» на красный и синий цвета. Большинство операционных систем также позволяют настроить цвета так, чтобы людям с цветовой слепотой было все видно.

Цвет в машинном зрении

Машинное зрение в цвете — быстроразвивающаяся отрасль искусственного интеллекта. До недавнего времени большая часть работы в этой области проходила с монохромными изображениями, но сейчас все больше научных лабораторий работают с цветом. Некоторые алгоритмы для работы с монохромными изображениями применяют также и для обработки цветных изображений.

Камера Canon 5D автоматически находит человеческие лица и настраивается по одному из них на резкость

Применение

Машинное зрение используется в ряде отраслей, например для управления роботами, самоуправляемыми автомобилями, и беспилотными летательными аппаратами. Оно полезно в сфере обеспечения безопасности, например для опознания людей и предметов по фотографиям, для поиска по базам данных, для отслеживания движения предметов, в зависимости от их цвета и так далее. Определение местоположения движущихся объектов позволяет компьютеру определить направление взгляда человека или следить за движением машин, людей, рук, и других предметов.

Чтобы правильно опознать незнакомые предметы, важно знать об их форме и других свойствах, но информация о цвете не настолько важна. При работе со знакомыми предметами, цвет, наоборот, помогает быстрее их распознать. Работа с цветом также удобна потому, что информация о цвете может быть получена даже с изображений с низким разрешением. Для распознавания формы предмета, в отличие от цвета, требуется высокое разрешение. Работа с цветом вместо формы предмета позволяет уменьшить время обработки изображения, и использует меньше компьютерных ресурсов. Цвет помогает распознавать предметы одинаковой формы, а также может быть использован как сигнал или знак (например, красный цвет — сигнал опасности). При этом не нужно распознавать форму этого знака, или текст, на нем написанный. На веб-сайте YouTube можно увидеть множество интересных примеров использования цветного машинного зрения.

Обработка информации о цвете

Оптическая иллюзия с цветом

Фотографии, которые обрабатывает компьютер, либо загружены пользователями, либо сняты встроенной камерой. Процесс цифровой фото- и видеосъемки освоен хорошо, но вот обработка этих изображений, особенно в цвете, связана с множеством трудностей, многие из которых еще не решены. Это связано с тем, что цветное зрение у людей и животных устроено очень сложно, и создать компьютерное зрение наподобие человеческого — непросто. Зрение, как и слух, основано на адаптации к окружающей среде. Восприятие звука зависит не только от частоты, звукового давления и продолжительности звука, но и от наличия или отсутствия в окружающей среде других звуков. Так и со зрением — восприятие цвета зависит не только от частоты и длины волны, но и от особенностей окружающей среды. Так, например, цвета окружающих предметов влияют на наше восприятие цвета.

С точки зрения эволюции такая адаптация необходима, чтобы помочь нам привыкнуть к окружающей среде и перестать обращать внимание на незначительные элементы, а направить все наше внимание на то, что меняется в окружающей обстановке. Это необходимо для того, чтобы легче замечать хищников и находить пищу. Иногда из-за этой адаптации происходят оптические иллюзии. Например, в зависимости от цвета окружающих предметов, мы воспринимаем цвет двух тел по-разному, даже когда они отражают свет с одинаковой длиной волны. На иллюстрации — пример такой оптической иллюзии. Коричневый квадрат в верхней части изображения (второй ряд, вторая колонка) выглядит светлее, чем коричневый квадрат в нижней части рисунка (пятый ряд, вторая колонка). На самом деле, их цвета одинаковы. Даже зная об этом, мы все равно воспринимаем их, как разные цвета. Поскольку наше восприятие цвета устроено так сложно, программистам трудно описать все эти нюансы в алгоритмах для машинного зрения. Несмотря на эти трудности, мы уже достигли многого в этой области.

Литература

Автор статьи: Kateryna Yuri

Unit Converter articles were edited and illustrated by Анатолий Золотков

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Скорость и длина волны | Физика

Каждая волна распространяется с какой-то скоростью. Под скоростью волны понимают скорость распространения возмущения. Например, удар по торцу стального стержня вызывает в нем местное сжатие, которое затем распространяется вдоль стержня со скоростью около 5 км/с.

Скорость волны определяется свойствами среды, в которой эта волна распространяется. При переходе волны из одной среды в другую ее скорость изменяется.

Помимо скорости, важной характеристикой волны является длина волны. Длиной волны называется расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней.

Поскольку скорость волны — величина постоянная (для данной среды), то пройденное волной расстояние равно произведению скорости на время ее распространения. Таким образом, чтобы найти длину волны, надо скорость волны умножить на период колебаний в ней:

где

v — скорость волны; T — период колебаний в волне; λ (греческая буква «ламбда») — длина волны.

Выбрав направление распространения волны за направление оси x и обозначив через y координату колеблющихся в волне частиц, можно построить график волны. График синусоидальной волны (при фиксированном времени t) изображен на рисунке 45. Расстояние между соседними гребнями (или впадинами) на этом графике совпадает с длиной волны λ.

Формула (22.1) выражает связь длины волны с ее скоростью и периодом. Учитывая, что период колебаний в волне обратно пропорционален частоте, т. е. T = 1/ν, можно получить формулу, выражающую связь длины волны с ее скоростью и частотой:

Полученная формула показывает, что скорость волны равна произведению длины волны на частоту колебаний в ней.

Частота колебаний в волне совпадает с частотой колебаний источника (так как колебания частиц среды являются вынужденными) и не зависит от свойств среды, в которой распространяется волна. При переходе волны из одной среды в другую ее частота не изменяется, меняются лишь скорость и длина волны.

1. Что понимают под скоростью волны? 2. Что такое длина волны? 3. Как длина волны связана со скоростью и периодом колебаний в волне? 4. Как длина волны связана со скоростью и частотой колебаний в волне? 5. Какие из следующих характеристик волны изменяются при переходе волны из одной среды в другую: а) частота; б) период; в) скорость; г) длина волны?

Экспериментальное задание. Налейте воду в ванну и посредством ритмичных касаний воды пальцем (или линейкой) создайте на ее поверхности волны. Используя разную частоту колебаний (например, касаясь воды один и два раза в секунду), обратите внимание на расстояние между соседними гребнями волн. При какой частоте колебаний длина волны больше?

Длина волны. Скорость распространения волны.

Если бросить камень в воду водоема, то возникшие волны дойдут до берега не сразу. Для продвижения волн на некоторое расстояние необходимо время, следовательно, можно говорить о скорости распространения волн. Например, удар по торцу стального стержня вызывает в нем местное сжатие, которое затем распространяется вдоль стержня со скоростью около 5 км/с.

Скорость волны зависит от свойств среды, в которой она распространяется. При переходе из одной среды в другую, скорость волн меняется.

Кроме скорости, важной характеристикой волны является длина волны. Длиной волны называется расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней. ИЛИ Расстояние между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, называется длиной волны.

Она равна расстоянию между соседними гребнями или впадинами в поперечной волне и между соседними сгущениями или разрежениями в продольной волне.

Поскольку скорость волны — величина постоянная (для данной среды), то пройденное волной расстояние равно произведению скорости на время ее распространения. Таким образом, чтобы найти длину волны, надо скорость волны умножить на период колебаний в ней:  λ=υT. Так как период Т и частота v связаны соотношением T = 1 / v, то скорость волны:

                                       υ = λ / Т = λ v

Полученная формула показывает, что скорость волны равна произведению длины волны на частоту колебаний в ней.

Частота колебаний в волне совпадает с частотой колебаний источника (так как колебания частиц среды являются вынужденными) и не зависит от свойств среды, в которой распространяется волна. При переходе волны из одной среды в другую ее частота не изменяется, меняются лишь скорость и длина волны.

Скорость упругой волны тем больше, чем плотнее среда и чем выше температура.


Величины, характеризующие волну:
длина волны, скорость волны, период колебаний, частота колебаний.


Единицы измерения в системе СИ:
длина волны [λ] = 1 м
скорость распространения волны [ v ] = 1м/с
период колебаний [ T ] = 1c
частота колебаний [ v ] = 1 Гц


Затухание оптического волокна — Delta

Группа продуктов


Язык:
БългарскиČeskýDanskDeutschEestiΕλληνικάEnglishEspañolFrançaisItalianoLatviešu Lietuvių MagyarNederlandsNorskPolskiPortuguêsPусскийRomânăSlovenskiSlovenskýSuomiSvenska

Валюта:
1 AUD — 2.7220 PLN1 BGN — 2.2543 PLN1 CAD — 2.9627 PLN1 CHF — 4.1191 PLN1 CZK — 0.1730 PLN1 DKK — 0.5929 PLN1 EUR — 4.4089 PLN1 GBP — 5.1754 PLN100 HUF — 1.2504 PLN1 NOK — 0.4233 PLN1 PLN — 1.0000 PLN1 SEK — 0.4291 PLN1 USD — 3.8006 PLN

Меню




Рекомендованная статья

Логин и пароль по умолчанию администратора систем видеонаблюдения

Бюллетень E-mail


TopТехнический словарьЗатухание оптического волокна

Затуханием называем всякого рода явления, по причине которых уменьшается мощность предлагаемого сигнала, которые одновременно не влияют на его форму.

 

Для математического описания потерь мощности из-за затухания, в оптических волокнах используется параметр, называемый блоком затухания a, измеряемый на отрезку 1 км. Он выражается в dB/km и определяеться по формуле:

 

P(l1) i P(l2) – оптическая мощность, измеренная в оптическом волокне в точках l1 и l2 отдаленных друг от друга на L

 

Затухание экспоненциально возрастает вместе с увеличением длины волокна, тем самым ограничивая диапазон передачи. Увеличение затухания на 3дБ соответствует уменьшению мощности предлагаемого сигнала на 50%.

 

На потери мощности, вызванные затуханиями, имеют влияние явления, состоящие из материала подложки, связанные с физическими свойствами материала сердцевины, а также волноводные потери, возникающие из конструкции оптического волокна (рис.1). К материальным потерям включаем все типы поглощение и рассеивание. Волноводные потери — это, в свою очередь, потеря энергии, вызванная, в частности микро- и микроизгибами, неравномерностью распределения показания преломления света на границе — ядро-оболочка или колебаниями диаметра или формой этой границы.

 

Рис.1. Зависимость блока затухания [a] от длины волны λ в кварцевом одномодном оптическом волокне

 

I II III — окна передачи

A — рассеивание Rayleigha

B — поглощение в гидроксильных ионах

C — поглощение в ультрафиолете

D — инфракрасное поглощение

E — волноводные потери

Поглощение является явлением, заключающемся на передаче электромагнитной энергия волны в материальную среду, в которой волна распространяется (рис.2). Эта энергия позже тратится в виде колебаний частиц (в основном тепловых колебаний) или путем выдачи — энергия может быть поглощена частицей только в определенных порциях (квантах), которые определяются по частоте электромагнитной волны ν. Захват фотона вызывает перенос энергии, необходимой для возбуждения частицы на высший энергетический уровень, уменьшая тем самым поток света.

 

Рис.2. Поглощение

 

— квант энергии фотона

E0 — первичный уровень энергии

E1 — возбужденный уровень энергии

В телекоммуникационных и мультимедиальных оптических волокнах наибольшую роль играет поглощение загрязнениЯ. особенно ионов -OH. Менее важное значение имеет поглощение инфракрасного излучения и поглощение в диапазоне UV.

 

Для волны длиной 0,95 μm и 1,38 μm решающее влияние на оптические потери имеет наличие ионов -OH, для которых выступают соответственно третья и вторая гармоники колебаний. При длине волны 1,23 μmнакладываются колебания ионов -OH связывания Si-O, Cu2+, Fe2+, Cr3+ oraz H2 (рис.1-В). Присутствие ионов -OH — это остаток по загрязненности водяной парой в процессе производства. Добавление соответствующих легирующих веществ, влияет не только на изменение показателей преломления света n, но и на увеличение поглощения (рис.3).

 

Рис.3. Зависимость блока ослабления [a] jn изменения показателя преломления луча Δn в кравцевом одномодном оптическом волокне при длине волны 1 μm

 

Поглощение ультрафиолета достигает максимума при длине волны 0,2 μm. Это связано с депопуляцией фотонов валентных электронов в полосе проводимости. Для более длинных волн, чем 0,8 μm поглощением в UV можно пренебречь (рис.1 С).

 

Из свойств самого кварцевого стекла следует, что с увеличением длины волны выше 1,6 μm увеличивается поглощение в инфракрасном (рис. 1-D). При длине волны 9 μm кристаллические структуры Si02 попадают в резонанс, что приводит к максимальному затуханию и оптическое волокно перестает быть прозрачным.

 

Рассеяние — это изменение направления размножаемого излучения, вызванного неоднородностью материала на молекулярном уровне.
Доминирующую роль и телекомуникационных и мультимедиальных оптических волокнах имеет рассеивание света Mie и вынужденное рассеивание Ramana и Brillouina.

 

Причиной возникновения Рассеивания Rayleigha (RR) являются неоднородности материала сердцевины (из-за несовершенства структуры стекла) с размерами существенно меньшими от 0,03 λ. RR есть обратно пропорционаное четвертой степени длины световой волны (рис.1 — А), установив тем самым предел полезности кварцевых оптических волокон для волн, короче 0,7 μm. Затихание, зависимое от RR (aR) описывает формула:

 

k – Постоянная материала расположенав интервале от 0,7 до 0,8 (в зависимости от количества примесей)

 

RR выглядит следующим образом: электрическая составная падающей электромагнитной волны индуцирует электрический дипольный момент, колеблющийся с частотой этой волны. Диполь поглощает квант света, после чего немедленно его выпускает с частотой равной частоте колебаний диполя, а тем самым и падающей волны (рис.4). Направление рассеянной волны является случайным, однако с меньшей вероятностью выпускают волны, параллельные до оси диполя.

 

Рис.4. Рассеяние Rayleigha

 

A — падающая волна

B — рассеянная диэлектрическая частица (меньше длины волны света)

C — проходящая волна (для сохранения ясности рисунка не включены изменения направления распространения световой волны)

D — рассеянные волны

λ[const] — длина волны

Рассеивание Mie (RM) происходит, когда световая волна рассеивается на частицы или кластеры молекул, размером равным или выше от длины этой волны. Этот процесс не связан напрямую с длиной рассеянной волны, но с фактором размера частицы и длины волны. Описан параметром α.

 

r – радиус частицы

 

Когда размер частицы сравним с длиной волны, рассеивание является (приблизительно) равномерным во всех направлениях. В связи с более высоким значением фактора r/λ увеличивается ассиметрия в наблюдаемом рассеивании (рис.5). В случае, когда r>>λ, доминирующим становится рассеивание в направлении, соответствующем рассеиваемой волне ( рассеивание вперед), а изменение длины падающей волны практически незначительна.

 

Рис. 5. Рассеивание Mie. Рассеивание на дефектах материала сердцевины оптического волокна: А) — сравниваемых/больших от длины световой волны, В) — значительно больше длины световой волны

 

За счет улучшения технологического прпоцесса, продукции оптических волокон удалось ( в значительной мере) ликвидировать пузырьки газа, кластеры легирующих элементов или кристалликов, из-за чего потери мощности, вызванные RM, уменьшено до величины порядка 0,03 дБ/км.

 

Принудительное рассеивание Brillouina (SBS) и принудительное рассеивание (SRS) являются нелинейными явлениями. До взаимодействия между электромагнитной волной и материальной средой доходит по превышению граничного значения оптической мощности.

 

SBS происходит, когда в оптических волокнах проведены модули оптической мощности порядка нескольких mW. Тотчас возникает обратная волна, дополнительно происходит передача энергии фотонов через материю среды акустическим фотонам. Кроме того, происходит передвижение частоты светодиодного модуля на:

 

n – показатель преломления света
ν – скорость звуковой волны в центре

 

SRS появляется после пересечения оптической мощности ряда 1 Вт и заключается у взаимодействии ведущих модов с молекулярными колебаниями материальной сферы. Свет, уступая рассредотачиванию,передает квант энергии фотона рассеиваемоей частице и изменяет свою частоту. Следствием этого является уменьшение оптической мощности модов с более высокими частотами (модов звучания) и повышение мощности (накачка) волны с частотой ниже, чем частота Stokesa. В кремниевых оптических волокнах каждые две волны с разницей частот порядка 15 ТГц будут соеденены друг с другом с помощью SRS.

 

Другим источником потерь являетя сгибание волокна, как на макроуровне, так и микроскопические.

 

Волна, которая распространяется вдоль оптического волокна и встречает сгибание, падает на границе между оболочкой и ядром под другим углом, чем на простом участке оптического волокна. Когда угол падения меньше критического угла, явление полного внутреннего отражения не происходит. Веденные моды подвергаются частичной конверсии в моды излучения, результатом чего является изгиб за пределами ядра, а также за оболочкой (рис.4) Часть энергии, следовательно, теряется.

 

Рис.4. Потери (утечки в модах), возникающие на сгибах оптического волокна — макроизгибы.

 

Θ — угол падения фронта волны света на границе ядро-оболочка на изгибе оптической волны

Θg — критический угол полного внутреннего отражения

Потери, возникшие на сгибах неизбежны, они могут быть сведены к минимуму за счет уменьшения количества изгибов, а в местах, где они необходимы, за счет использования изгибов с самым большим радиусом кривизны. Каждый производитель оптических волокон подает минимальный радиус изгиба, который нужно принимать во внимание при прокладке кабеля. Это параметр, который не должен быть изменен, чтобы существенно не ухудшить параметров кабеля.

 

Микроизгибы возникают в процессе производства волокон. Под этим понятием скрываются все виды нарушений в форме границы между ядром и оболочкой как случайного характера (микротрещины, концентрации примесей, пузырьки газа), так и циклического (например изменение диаметра или геометрии сердечника, а также микротрещины, вызванные периодическим увеличением напряжения при намотке волокна на барабан).

 

Рис.5. Потери (моды утечки), вызванные наличием дефектов в конструкции волокна — микроизгибы

 

A — нерегулярность границы между ядром и оболочкой

B — загрязнение ионами

Микроизгибы в многомодовых оптических волокнах вызывают сцепления модов и преобразования энергии веденных модов до модов излучения.В оптических одномодовых волокнах являются причиной размывания модуля.

 

Нетто:0.00 EUR
Брутто:0.00 EUR
Вес:0.00 kg
Особенно рекомендуем
БЛОК ПИТАНИЯ 12V/5A/5.5*P50

Нетто: 474.61 EUR

АНТИВАНДАЛЬНАЯ КАМЕРАAHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL APTI-H50V3-2812W 2Mpx / 5Mpx 2.8 … 12 mm

Нетто: 43.55 EUR

ВИДЕОТРАНСФОРМАТОР TR-1D-HD*P2

Нетто: 2.85 EUR

ОПТОВОЛОКОННЫЙ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ AI-9

Нетто: 1338.20 EUR

СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ LZ-8/POL

Нетто: 6.45 EUR

AHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL-КАМЕРА APTI-H50C2-28W 2Mpx / 5Mpx 2.8 mm

Нетто: 28.20 EUR

ДИСК ДЛЯ РЕГИСТРАТОРА HDD-WD21PURX 2TB 24/7 WESTERN DIGITAL

Нетто: 55.53 EUR

БЛОК ПИТАНИЯ 12V/5A/5.5*P50

Нетто: 474.61 EUR

ПОДВЕСНОЙ ШКАФ RACK EPRADO-R19-9U/600

Нетто: 111.41 EUR

Учебное пособие по физике: Волновое уравнение

Как обсуждалось в Уроке 1, волна возникает, когда вибрирующий источник периодически мешает первой частице среды. Это создает волновой узор, который начинает перемещаться по среде от частицы к частице. Частота, с которой вибрирует каждая отдельная частица, равна частоте вибрации источника. Точно так же период колебаний каждой отдельной частицы в среде равен периоду колебаний источника.За один период источник может переместить первую частицу вверх из состояния покоя, обратно в состояние покоя, вниз из состояния покоя и, наконец, обратно в состояние покоя. Это полное возвратно-поступательное движение составляет один полный волновой цикл.


На диаграммах справа показаны несколько «снимков» образования волны внутри веревки. Изображается движение возмущения по среде через каждую четверть периода. Обратите внимание, что за время, которое проходит от первого до последнего снимка, рука совершила одно полное движение вперед-назад.Срок истек. Обратите внимание, что за это же время передний фронт возмущения переместился на расстояние, равное одной полной длине волны. Таким образом, за один период волна прошла расстояние в одну длину волны. Комбинируя эту информацию с уравнением для скорости (скорость = расстояние / время), можно сказать, что скорость волны также является длиной волны / периодом.

Поскольку период является обратной величиной частоты, выражение 1 / f можно подставить в приведенное выше уравнение для периода.Преобразование уравнения дает новое уравнение вида:

Скорость = Длина волны • Частота

Приведенное выше уравнение известно как волновое уравнение. Он устанавливает математическое соотношение между скоростью ( v ) волны и ее длиной (λ) и частотой ( f ). Используя символы v , λ и f , уравнение можно переписать как

v = f • λ

В качестве проверки вашего понимания волнового уравнения и его математического использования при анализе волнового движения рассмотрите следующий вопрос из трех частей:

Стэн и Анна проводят хитрый эксперимент.Они изучают возможное влияние нескольких переменных на скорость волны в обтяжке. Их таблица данных приведена ниже. Заполните пропуски в таблице, проанализируйте данные и ответьте на следующие вопросы.

Средний Длина волны Частота Скорость
Цинк,

1 дюйм.диам. катушки

1,75 м 2,0 Гц ______
Цинк,

1 дюйм. диам. катушки

0,90 м 3,9 Гц ______
Медь,

1 дюйм. диам.катушки

1,19 м 2,1 Гц ______
Медь,

1 дюйм. диам. катушки

0,60 м 4,2 Гц ______
Цинк,

3 дюйма диам. катушки

0.95 кв.м. 2,2 Гц ______
Цинк,

3 дюйма диам. катушки

1,82 м 1,2 Гц ______

1. По мере увеличения длины волны в однородной среде ее скорость будет _____.

а. уменьшение

г. увеличить

г. остаются прежними

2. По мере увеличения длины волны в однородной среде ее частота будет _____.

а. уменьшение

г.увеличить

г. остаются прежними

3. Скорость волны зависит от (т. Е. Причинно зависит от) …

а. свойства среды, в которой распространяется волна

г. длина волны.

г. частота волны.

г.как длина волны, так и частота волны.

В приведенном выше примере показано, как использовать волновое уравнение для решения математических задач. Это также иллюстрирует принцип, согласно которому скорость волны зависит от свойств среды и не зависит от свойств волны. Несмотря на то, что скорость волны вычисляется путем умножения длины волны на частоту, изменение длины волны не влияет на скорость волны.Скорее, изменение длины волны влияет на частоту обратным образом. Удвоение длины волны приводит к уменьшению частоты вдвое; но скорость волны не изменилась.

Проверьте свое понимание

1. Две волны на одинаковых струнах имеют частоты в соотношении 2: 1. Если их скорости волн одинаковы, то как соотносятся их длины волн?

а.2: 1

г. 1: 2

г. 4: 1

г. 1: 4

2. Мак и Тош стоят на расстоянии 8 метров друг от друга и демонстрируют движение поперечной волны на змейке. Волна e может быть описана как имеющая вертикальное расстояние 32 см от впадины до гребня, частота 2.4 Гц и горизонтальное расстояние 48 см от гребня до ближайшего желоба. Определите амплитуду, период, длину и скорость такой волны.


3. Дон и Арам протянули между собой пояс и начали экспериментировать с волнами. Поскольку частота волн удваивается,

а. длина волны уменьшается вдвое, а скорость остается постоянной

г.длина волны остается постоянной, а скорость удваивается

г. длина волны и скорость уменьшаются вдвое.

г. длина волны и скорость остаются постоянными.

4. Колибри с рубиновым горлом взмахивает крыльями со скоростью около 70 взмахов крыльев в секунду.

а. Какая частота звуковой волны в Герцах?

г.Если предположить, что звуковая волна движется со скоростью 350 м / с, какова длина волны?

5. Во время шторма наблюдается движение океанских волн по поверхности воды. Метеостанция береговой охраны отмечает, что расстояние по вертикали от верхней точки до нижней точки составляет 4,6 метра, а по горизонтали — 8,6 метра между соседними гребнями. Волны падают на станцию ​​раз в 6.2 секунды. Определите частоту и скорость этих волн.


6. Две лодки стоят на якоре на расстоянии 4 метров друг от друга. Они подпрыгивают вверх и вниз, возвращаясь в одно и то же верхнее положение каждые 3 секунды. Когда один наверху, другой не работает. Между лодками никогда не бывает гребней волн. Рассчитайте скорость волн.

волн и длин волн | Введение в психологию

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите важные физические характеристики волновых форм
  • Покажите, как физические свойства световых волн связаны с восприятием
  • Покажите, как физические свойства звуковых волн связаны с восприятием

Визуальные и слуховые стимулы имеют форму волн.Хотя эти два стимула сильно различаются по составу, формы волн имеют схожие характеристики, которые особенно важны для нашего зрительного и слухового восприятия. В этом разделе мы описываем физические свойства волн, а также связанные с ними ощущения восприятия.

АМПЛИТУДА И ДЛИНА ВОЛНЫ

Две физические характеристики волны — это амплитуда и длина волны. Амплитуда волны — это высота волны, измеренная от самой высокой точки волны (пика или гребня) до самой низкой точки волны (впадины).Длина волны относится к длине волны от одного пика до следующего.

Амплитуда или высота волны измеряется от пика до впадины. Длина волны измеряется от пика к пику.

Длина волны напрямую связана с частотой данной формы волны. Частота относится к количеству волн, которые проходят заданную точку в заданный период времени, и часто выражается в герцах (Гц) или циклах в секунду. Более длинные волны будут иметь более низкие частоты, а более короткие длины волн будут иметь более высокие частоты.

На этом рисунке показаны волны разной длины / частоты. В верхней части рисунка красная волна имеет длинную волну / короткую частоту. Двигаясь сверху вниз, длины волн уменьшаются, а частоты увеличиваются.

СВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ

Видимая часть спектра — это часть большего электромагнитного спектра, которую мы можем видеть. Как показано на изображении ниже, электромагнитный спектр охватывает все электромагнитное излучение, которое происходит в нашей среде, и включает гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовый свет, видимый свет, инфракрасный свет, микроволны и радиоволны.Видимый спектр у людей связан с длинами волн от 380 до 740 нм — очень маленькое расстояние, поскольку нанометр (нм) составляет одну миллиардную часть метра. Другие виды могут обнаруживать другие части электромагнитного спектра. Например, пчелы могут видеть свет в ультрафиолетовом диапазоне (Wakakuwa, Stavenga, & Arikawa, 2007), а некоторые змеи могут обнаруживать инфракрасное излучение в дополнение к более традиционным световым сигналам (Chen, Deng, Brauth, Ding, & Tang, 2012). ; Hartline, Kass, & Loop, 1978).

Свет, видимый людям, составляет лишь небольшую часть электромагнитного спектра.

У человека длина волны света связана с восприятием цвета. В пределах видимого спектра красный цвет ассоциируется с более длинными волнами, зеленый — промежуточным, а синий и фиолетовый — более короткими по длине волны. (Легкий способ запомнить, что это мнемонический ROYGBIV: r ed, o range, y ellow, g reen, b lue, i ndigo, v iolet.) Амплитуда световых волн связана с нашим восприятием яркости или интенсивности цвета, при этом большие амплитуды кажутся ярче.

Различные длины волн света связаны с нашим восприятием разных цветов. (кредит: модификация работы Йоханнеса Альманна)

ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ

Как и световые волны, физические свойства звуковых волн связаны с различными аспектами нашего восприятия звука. Частота звуковой волны связана с нашим восприятием высоты звука.Высокочастотные звуковые волны воспринимаются как высокие звуки, а низкочастотные звуковые волны воспринимаются как низкие звуки. Слышимый диапазон звуковых частот составляет от 20 до 20000 Гц, с наибольшей чувствительностью к тем частотам, которые попадают в середину этого диапазона.

Как и в случае с видимым спектром, другие виды обнаруживают различия в своих слышимых диапазонах. Например, куры имеют очень ограниченный слышимый диапазон от 125 до 2000 Гц. У мышей диапазон слышимости от 1000 до 91000 Гц, а у белухи — от 1000 до 123000 Гц.Наши домашние собаки и кошки имеют слышимый диапазон примерно 70–45000 Гц и 45–64000 Гц соответственно (Strain, 2003).

Громкость данного звука тесно связана с амплитудой звуковой волны. Более высокие амплитуды связаны с более громкими звуками. Громкость измеряется в децибелах (дБ), логарифмической единице интенсивности звука. Типичный разговор коррелирует с 60 дБ; рок-концерт может засчитываться на уровне 120 дБ. Шепот на расстоянии 5 футов или шелест листьев — это нижний предел нашего слышимости; звучит, как оконный кондиционер, нормальный разговор и даже интенсивный транспорт или пылесос — в пределах допустимого диапазона.Однако существует вероятность нарушения слуха от 80 дБ до 130 дБ: это звуки кухонного комбайна, газонокосилки, тяжелого грузовика (на расстоянии 25 футов), поезда метро (на расстоянии 20 футов), живая рок-музыка и отбойный молоток. Порог боли составляет около 130 дБ при взлете реактивного самолета или стрельбе из револьвера с близкого расстояния (Dunkle, 1982).

На этом рисунке показана громкость обычных звуков. (кредит «самолеты»: модификация работы Макса Пфандла; кредит «толпа»: модификация работы Кристиана Холмера; кредит «блендер»: модификация работы Джо Броди; кредит «автомобиль»: модификация работы NRMA New Cars / Flickr; кредит «говорящий»: модификация работы Джои Ито; кредит «листья»: модификация работы Аурелиюса Валейши)

Хотя амплитуда волны обычно связана с громкостью, существует некоторая взаимосвязь между частотой и амплитудой в нашем восприятии громкости в пределах слышимого диапазона.Например, звуковая волна с частотой 10 Гц не слышна независимо от ее амплитуды. С другой стороны, звуковая волна с частотой 1000 Гц будет резко меняться с точки зрения воспринимаемой громкости по мере увеличения амплитуды волны.

Сводка

И свет, и звук можно описать с помощью форм волн с такими физическими характеристиками, как амплитуда, длина волны и тембр. Длина волны и частота обратно пропорциональны, поэтому более длинные волны имеют более низкие частоты, а более короткие волны — более высокие частоты.В зрительной системе длина световой волны обычно связана с цветом, а ее амплитуда — с яркостью. В слуховой системе частота звука связана с высотой звука, а его амплитуда — с громкостью.

Вопросы для самопроверки

Вопрос о критическом мышлении

1. Как вы думаете, почему у других видов такие разные диапазоны чувствительности как к зрительным, так и к слуховым раздражителям по сравнению с людьми?

2.Как вы думаете, почему люди особенно чувствительны к звукам с частотами, попадающими в среднюю часть слышимого диапазона?

Персональный вопрос заявки

3. Если вы выросли с домашним животным, то вы наверняка заметили, что они часто слышат то, чего вы не слышите. Теперь, когда вы прочитали этот раздел, вы, вероятно, имеете некоторое представление о том, почему это может быть. Как бы вы объяснили это другу, у которого никогда не было возможности посещать такие занятия?

ответов

1.Другие виды эволюционировали, чтобы лучше всего соответствовать своим конкретным экологическим нишам. Например, для выживания пчелы полагаются на цветковые растения. Видение в ультрафиолетовом свете может оказаться особенно полезным при поиске цветов. Как только цветок найден, ультрафиолетовые лучи указывают на центр цветка, где содержатся пыльца и нектар. Подобные аргументы можно привести в пользу инфракрасного обнаружения у змей, а также в отношении различий в слышимых диапазонах у видов, описанных в этом разделе.

2. Здесь снова можно привести эволюционный аргумент. Учитывая, что человеческий голос попадает в этот средний диапазон, и важность общения между людьми, можно утверждать, что иметь слышимый диапазон, основанный на этом конкретном типе стимула, вполне адаптивно.

Глоссарий

амплитуда высота волны

децибел (дБ) логарифмическая единица силы звука

электромагнитный спектр все электромагнитное излучение, которое происходит в нашей среде

частота количество волн, которые проходят заданную точку в заданный период времени

герц (Гц) циклов в секунду; мера частоты

пик (также гребень) высшая точка волны

высота восприятие частоты звука

тембр чистота звука

впадина низшая точка волны

видимый спектр часть электромагнитного спектра, которую мы можем видеть

длина волны длина волны от одного пика до следующего пика

Волны и энергия — передача энергии — Science Learning Hub

В волне движется материал, по которому движется волна.Однако сам материал не движется вместе с волной.

Рассмотрим поперечную волну на обтяжку. Любая заданная часть обтяжки движется вверх и вниз, но волна распространяется по обтяжке. Энергия также движется по обтяжке. Волны переносят энергию из одного места в другое.

Визуализация взаимосвязи между волнами и энергией

Чтобы понять, как работают энергия и волны, представьте, что два человека держат между собой пояс. Люди, держащие обтягивающие, дают энергию, чтобы создавать волны.

Люди, держащие обтяжку, подают энергию для создания узоров. Чтобы сделать схему 1, люди должны раскачивать обтяжку вперед и назад с определенной скоростью. Чтобы сделать паттерн 2, обтяжку нужно перемещать вперед и назад быстрее (более высокая частота). Чтобы составить образец 4, людям нужно гораздо быстрее перемещать обтягивающие манжеты вперед и назад. Сделать узор 1 намного проще, чем узор 4, потому что он требует меньше энергии. Это иллюстрирует взаимосвязь между частотой и энергией — чем выше частота, тем выше энергия.

Длины волн и частота

В шаблоне 1 есть одна полная волна. В шаблоне 3 есть две полные волны, а в шаблоне 4 — 2,5 полных волны. Это показывает соотношение между частотой и длиной волны. Чем выше частота, тем короче длина волны. Связь между длиной волны и частотой называется обратной зависимостью, потому что с увеличением частоты длина волны уменьшается.

Энергия и амплитуда

Диаграммы 5 и 6 имеют одинаковую длину волны и частоту, но разную амплитуду.Чтобы создать узор 6, люди должны перемещать обтяжку вперед и назад дальше, чем для шаблона 5. Для создания шаблона 6 требуется больше энергии, чем для создания шаблона 5. Это иллюстрирует взаимосвязь между энергией и амплитудой волны. Чем выше амплитуда, тем выше энергия.

Итак, волны несут энергию. Количество переносимой ими энергии зависит от их частоты и амплитуды. Чем выше частота, тем больше энергии, а чем выше амплитуда, тем больше энергии.

Вы можете сделать эти узоры самостоятельно, выполнив упражнение «Исследование волн и энергии».

Природа науки

Иллюстрации в этой статье являются моделями волн. Модель — это представление объекта, идеи, системы или процесса. Научиться разбираться в моделях и диаграммах является частью научной способности «интерпретировать представления».

Основными составляющими звуковой волны являются частота, длина волны и амплитуда.В этом примере звуковой волны период одного цикла этой волны составляет 0,5 секунды, а частота этой волны составляет 2 цикла в секунду или 2 герца (Гц). Щелкните изображение, чтобы увеличить.


Щелкните изображение, чтобы услышать шкалу различных частот (576 K, QuickTime). Щелкните изображение, чтобы увеличить.


Шарон Ньюкирк, научный сотрудник
Проект акустического мониторинга
Тихоокеанская лаборатория морской среды NOAA

Что такое звук?

Акустика океана — это исследование звука и его поведения в море.Когда подводные объекты вибрируют, они создают волны звукового давления, которые попеременно сжимают и разжимают молекулы воды, когда звуковая волна распространяется через море. Звуковые волны излучаются во всех направлениях от источника, как рябь на поверхности пруда. Сжатия и декомпрессия, связанные со звуковыми волнами, обнаруживаются как изменения давления структур в наших ушах и большинства искусственных звуковых рецепторов, таких как гидрофон или подводный микрофон.

Основными составляющими звуковой волны являются частота, длина волны и амплитуда.

Частота — это количество волн давления, которые проходят через контрольную точку за единицу времени, и измеряется в герцах (Гц) или циклах в секунду. Для человеческого уха увеличение частоты воспринимается как более высокий звук, в то время как уменьшение частоты воспринимается как более низкий звук. Люди обычно слышат звуковые волны с частотой от 20 до 20 000 Гц. Ниже 20 Гц звуки называются инфразвуковыми, а выше 20 000 Гц — ультразвуковыми. Частота средней «до» на фортепиано 246 Гц.

Длина волны — это расстояние между двумя пиками звуковой волны. Это связано с частотой, потому что чем ниже частота волны, тем длиннее длина волны.

Амплитуда описывает высоту волны звукового давления или «громкость» звука и часто измеряется с использованием шкалы децибел (дБ). Небольшие вариации амплитуды («короткие» волны давления) производят слабые или тихие звуки, в то время как большие вариации («высокие» волны давления) производят сильные или громкие звуки.

В двух приведенных ниже примерах показаны звуковые волны, различающиеся по частоте и амплитуде.

Эти две волны имеют одинаковую частоту, но разные амплитуды. Щелкните изображение, чтобы увеличить .


Эти две волны имеют одинаковую амплитуду, но разные частоты. Щелкните изображение, чтобы увеличить.


Шкала децибел — логарифмическая шкала, используемая для измерения амплитуды звука.Если амплитуда звука увеличивается серией равных шагов, громкость звука будет увеличиваться шагами, которые воспринимаются как последовательно уменьшающиеся. Децибел на самом деле не представляет собой единицу измерения, такую ​​как ярд или метр, но вместо этого значение давления в децибелах выражает отношение между измеренным давлением и эталонным давлением. На шкале децибел все относится к мощности, которая равна квадрату амплитуды. И, чтобы сбить с толку, эталонное давление в воздухе отличается от давления в воде.Следовательно, звук на 150 дБ в воде — это не то же самое, что звук на 150 дБ в воздухе. Поэтому, когда вы описываете звуковые волны и их поведение, очень важно знать, описываете ли вы звук в море или в воздухе.

Амплитуда примеров звуков

в воздухе
(дБ относительно 20 мкПа на расстоянии 1 м)

В воде
(дБ относительно 1 мкПа на расстоянии 1 м)

порог слуха 0 дБ
шепот на 1 метр

20 дБ

нормальный разговор 60 дБ
болезненно для человеческого уха 130 дБ
Реактивный двигатель 140 дБ
синий кит 165 дБ
землетрясение 210 дБ
супертанкер 128 дБ (пример преобразования) 190 дБ

Примечание по единицам измерения уровня акустического шума: Гидрофоны измеряют звуковое давление, обычно выражаемое в единицах микропаскалей (мкПа).Ранние акустики, работающие со звуком в воздухе, осознали, что человеческие уши воспринимают различия в звуке по логарифмической шкале, поэтому было принято соглашение об использовании относительной логарифмической шкалы (дБ). Для того чтобы уровни звука были полезными, они должны быть привязаны к некоторому стандартному давлению на стандартном расстоянии. Опорный уровень, используемый в воздухе (20 мкПа на расстоянии 1 м), был выбран в соответствии с чувствительностью человеческого слуха. Для подводного звука используется другой контрольный уровень (1 мкПа на расстоянии 1 м). Из-за этих различий в справочных стандартах указанные уровни шума в воздухе НЕ равны подводным уровням.Чтобы сравнить уровни шума в воде с уровнями шума в воздухе, необходимо вычесть 26 дБ из уровня шума в воде. Например, супертанкер, излучающий шум на уровне 190 дБ (отн. 1 мкПа на 1 м), имеет эквивалентный уровень шума в воздухе около 128 дБ (отн. 20 мкПа на 1 м). Эти числа являются приблизительными, и амплитуда часто зависит от частоты.

Быстрее звука …

Скорость волны — это скорость, с которой колебания проходят через среду. Звук движется в воде с большей скоростью (1500 метров / сек), чем в воздухе (около 340 метров / сек), потому что механические свойства воды отличаются от воздуха.Температура также влияет на скорость звука (например, в теплой воде звук распространяется быстрее, чем в холодной) и очень влияет на некоторые части океана. Помните, что длина волны и частота связаны, потому что чем ниже частота, тем длиннее длина волны. Более конкретно, длина волны звука равна скорости звука в воздухе или воде, деленной на частоту волны. Следовательно, звуковая волна 20 Гц имеет длину 75 м в воде (1500/20 = 75), тогда как звуковая волна 20 Гц в воздухе имеет длину всего 17 м (340/20 = 17) в воздухе.

По мере того, как мы спускаемся ниже поверхности моря, скорость звука уменьшается с понижением температуры. Внизу термоклина скорость звука достигает минимума; это также ось звукового канала. Ниже термоклина температура остается постоянной, но давление увеличивается, что снова вызывает увеличение скорости звука. Звуковые волны изгибаются или преломляются в область с минимальной скоростью звука. Следовательно, звуковая волна, распространяющаяся в звуковом канале, изгибается вверх и вниз, вверх и вниз и может преодолевать тысячи метров. Щелкните изображение, чтобы увеличить.


Канал ГНФАР

Звук в море часто может быть «захвачен» и эффективно перенесен на очень большие расстояния с помощью «глубокого звукового канала», существующего в океане. Этот канал SOFAR или SOund Fixing And Ranging назван так потому, что было обнаружено, что в глубоком океане есть «канал», внутри которого акустическая энергия от небольшого заряда взрывчатого вещества (развернутого в воде сбитым авиатором) могла распространяться на длительное время. расстояния.Чтобы приблизительно определить местонахождение источника заряда, можно было использовать набор гидрофонов, что позволило бы спасти сбитых пилотов далеко в море. Звук, и особенно низкочастотный звук, может распространяться на тысячи метров с очень небольшой потерей сигнала. Подробнее читайте на канале ГНФАР.

Область акустики океана предоставляет ученым инструменты, необходимые для количественного описания звука в море. Измеряя частоту, амплитуду, местоположение и сезонность звуков в море, можно многое узнать о нашей океанской среде и ее обитателях.Гидроакустический мониторинг (прослушивание подводных звуков) позволил ученым измерить глобальное потепление, прослушать землетрясения и движение магмы через морское дно во время крупных извержений вулканов, а также записать низкочастотные крики крупных китов по всему миру. По мере того как наши океаны с каждым годом становятся все более шумными, акустика океана будет расти и становиться все более важной.


Подпишитесь на рассылку обновлений электронной почты Ocean Explorer.

Документ без названия

Документ без названия

Свет может различаться по интенсивности и длина волны

Знание того, что свет распространяется по прямым линиям, мало что говорит нам о том, что свет есть.Используя определение, что энергия — это то, что дает объекту способность делать что-то с чем-то еще , тогда мы можем с уверенностью сказать этот свет — это форма энергии. Также можно с уверенностью сказать, что хотя мы знаем что свет — это форма энергии, у нас все еще есть только смутные представления о том, что это такое. Некоторые ученые считают, что свет можно описать как волны энергии (электромагнитные волны) на основе идей Джеймса Клерка Максвелла (1831-1879), в то время как другие считают этот свет имеет структуру, похожую на частицу или корпускул, состоящую из незаметных пакеты энергии.

Оба этих описания являются моделями того, что мы думаем о свете. Нравиться любая хорошая модель должна быть в состоянии описать реальную вещь, а также то, как реальная вещь себя ведет, и в этом случае обе модели работают достаточно хорошо.

Волновая модель — это та, на которой мы сосредоточимся здесь. Если мы подумаем о свете как о колеблющуюся волну энергии, то мы можем изобразить ее на бумаге следующим образом: путь (макет модели!). На диаграмме ниже представлены две волны, обе из которых той же длины волны, но с разными амплитудами.

Какое значение имеет амплитуда волны? Амплитуда волны говорит нам об интенсивности или яркости света относительно других световые волны той же длины волны. И Волна 1, и Волна 2 имеют одинаковую длину волны. но разные амплитуды.

Длина волны света является важным свойством, так как это то, что определяет характер света. Красный свет имеет другую длину волны, чем длина волны синего и зеленого света отличается от их обоих.В знакомом нам спектре света фиолетовый имеет самую короткую длину волны. в то время как красный — самый длинный.

Радиоволны, рентгеновские лучи, ультрафиолетовый свет, инфракрасный свет и радар — все можно описать (смоделированы) как свет как волны, и все они имеют свои собственные характерные длины волн и формируют так называемый электромагнитный спектр .

Содержание

Кажется, что свет распространяется по прямым линиям
Различие между отражением и рассеянием, Как изображения формируются в зеркале
Цвет объекта зависит от длины волны света что он рассеивает
Объекты видны, когда свет попадает в глаз через зрачок
Самооценка

Волны

Частота

Частота — это мера того, как часто повторяющееся событие, такое как волна, происходит за определенный промежуток времени.Одно завершение повторяющегося узора называется циклом. Только движущиеся волны, меняющие свое положение во времени, обладают частотой. Частота — это один из способов определить, насколько быстро движется волна.

Волны могут двигаться двумя способами. Частоты прогрессивных волн или тех, которые движутся вперед, показывают, насколько быстро волна движется вперед в единицах циклов за единицу времени. Частоты стоячих волн или тех, которые колеблются на месте, представляют собой скорость колебаний в единицах циклов в единицу времени.

Определение
Словарное определение частоты:
Физика. a) количество периодов или регулярно происходящих событий любого данного вида в единицу времени, обычно одну секунду. б) количество циклов или завершенных чередований в единицу времени волны или колебания.
Символ: f ; Сокр .: част.

Единицы
Частота выражается в единицах циклов в единицу времени.

Хотя частота является мерой скорости движения, она не идентична скорости. Например, если мы думаем о машине, которая движется со скоростью 60 миль в час, мы имеем в виду именно это. Однако, если мы говорим, что волна имеет частоту 60 циклов в час, точки на волне могут перемещаться быстрее или медленнее в зависимости от длины волны. Сравнивая две волны одной длины волны, более высокая частота связана с более быстрым движением. Сравнивая две волны с разными длинами волн, более высокая частота не всегда указывает на более быстрое движение, хотя может.Волны разных длин волн могут иметь одинаковую частоту. Для некоторых целей частота измерения более полезна, чем абсолютная скорость.

Единица, Герц
Единица Герц (Гц) используется для описания частоты в циклах в секунду. В предложении правильный формат записи этого отношения:

Один цикл представляет собой движение одной длины волны.

Номера радиосвязи
Часто можно услышать радиочастоты, указанные в мегагерцах (МГц)… (в разработке).

Период волны
Частота волны также связана с другим измерением, называемым периодом волны (T). Период волны — это время, необходимое для прохождения одного цикла, и единицы всегда выражаются во времени. Чем быстрее движется волна, тем меньше период ее волны.

Вместо измерения в терминах фиксированной единицы времени, второй период волны использует фиксированное количество циклов, один цикл …

Как вы измеряете период волны?
Период волны можно определить, измерив, сколько времени требуется двум пикам, чтобы пройти определенную точку.Вы можете сделать это для океанских волн, стоя на пирсе и используя секундомер.

Строится …

Частота, длина волны, амплитуда и скорость волны — Характеристики волн — National 4 Physics Revision

Вам необходимо знать об этих величинах, используемых в волнах — что они означают, используемые для них символы и единицы, используемые для их измерения.

Синусоидальная волна, показывающая пики, впадины и длину волны

Амплитуда (\ (a \)) волны — это расстояние от центральной линии (или неподвижного положения) до вершины гребня или до низа впадины .Будьте осторожны с этим количеством — центральная линия не всегда отображается на диаграмме. Амплитуда измеряется в метрах (\ (м \)). Чем больше амплитуда волны, тем больше энергии она несет.

Длина волны \ (\ lambda \) волны — это расстояние от любой точки на одной волне до той же точки на следующей волне. (Символ представляет собой греческую букву «лямбда».) Чтобы избежать путаницы, лучше всего измерять длину волны от вершины гребня до вершины следующего гребня или от нижней части впадины до нижней части следующего гребня. впадина.Длина волны также измеряется в метрах (\ (m \)) — в конце концов, это длина.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.