Ilarawan natin ang mga proseso ng quantum ng paglabas at pagsipsip ng mga photon ng mga atomo. Ang mga photon ay inilalabas lamang ng mga nasasabik na atom. Kapag naglalabas ng photon, nawawalan ng enerhiya ang atom, at ang magnitude ng pagkawalang ito ay nauugnay sa dalas ng photon ayon sa kaugnayan (3.12.7). Kung ang isang atom, sa ilang kadahilanan (halimbawa, dahil sa isang banggaan sa isa pang atom) ay napupunta sa isang nasasabik na estado, ang estado na ito ay hindi matatag. Samakatuwid, ang atom ay bumalik sa isang mas mababang estado ng enerhiya sa pamamagitan ng paglabas ng isang photon. Ang ganitong uri ng radiation ay tinatawag kusang-loob o kusang-loob. Kaya, ang kusang paglabas ay nangyayari nang walang panlabas na impluwensya at sanhi lamang ng kawalang-tatag ng nasasabik na estado. Ang iba't ibang mga atom ay kusang naglalabas ng hiwalay sa isa't isa at bumubuo ng mga photon na naglalakbay sa maraming iba't ibang direksyon. Bilang karagdagan, ang isang atom ay maaaring nasasabik sa iba't ibang mga estado, kaya naglalabas ito ng mga photon ng iba't ibang mga frequency. Samakatuwid ang mga photon na ito ay hindi magkakaugnay.

Kung ang mga atom ay nasa isang light field, kung gayon ang huli ay maaaring magdulot ng mga paglipat mula sa isang mas mababang antas patungo sa isang mas mataas na antas, na sinamahan ng pagsipsip ng isang photon, at kabaligtaran sa paglabas ng isang photon. Ang radiation na dulot ng impluwensya sa isang atom ng isang panlabas na electromagnetic wave na may resonant frequency kung saan ang pagkakapantay-pantay (3.12.7) ay nasiyahan ay tinatawag na sapilitan o pilit. Sa kaibahan sa kusang paglabas, dalawang photon ang kasangkot sa bawat pagkilos ng sapilitan na paglabas. Ang isa sa mga ito ay kumakalat mula sa isang panlabas na pinagmulan at nakakaapekto sa atom, at ang isa ay ibinubuga ng atom bilang resulta ng epekto na ito. Ang isang tampok na katangian ng stimulated emission ay ang eksaktong pagkakataon ng estado ng emitted photon sa estado ng panlabas. Ang parehong mga photon ay may parehong mga wave vector at polarization, at ang parehong mga photon ay mayroon ding parehong mga frequency at phase. Nangangahulugan ito na ang mga photon ng stimulated emission ay palaging magkakaugnay sa mga photon na naging sanhi ng paglabas na ito. Ang mga atomo sa light field ay maaari ding sumipsip ng mga photon, na nagiging sanhi ng mga atom na maging excited. Ang matunog na pagsipsip ng mga photon ng mga atom ay palaging isang sapilitan na proseso na nangyayari lamang sa larangan ng panlabas na radiation. Sa bawat pagkilos ng pagsipsip, isang photon ang nawawala, at ang atom ay pumasa sa isang estado na may mas mataas na enerhiya.

Aling mga proseso ang mangingibabaw sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng mga atomo sa radiation, paglabas o pagsipsip ng mga photon, ay depende sa bilang ng mga atom na may mas mataas o mas mababang enerhiya.

Inilapat ni Einstein ang mga probabilistikong pamamaraan upang ilarawan ang mga proseso ng kusang-loob at pinasiglang paglabas. Batay sa mga pagsasaalang-alang sa thermodynamic, pinatunayan niya na ang posibilidad ng sapilitang paglipat na sinamahan ng radiation ay dapat na katumbas ng posibilidad ng sapilitang paglipat na sinamahan ng pagsipsip ng liwanag. Kaya, ang mga sapilitang paglipat ay maaaring mangyari na may pantay na posibilidad sa isa o sa iba pang direksyon.

Isaalang-alang natin ngayon ang maraming magkaparehong mga atomo sa isang light field, na ipagpalagay natin na isotropic at unpolarized. (Pagkatapos ang tanong ng pag-asa ng mga coefficient na ipinakilala sa ibaba sa polariseysyon at direksyon ng radiation ay mawala.) Hayaan at maging ang mga bilang ng mga atom sa mga estado na may mga energies at , at ang mga estadong ito ay maaaring kunin mula sa alinman sa hanay ng mga tinatanggap na estado, pero . at kadalasang tinatawag populasyon ng mga antas ng enerhiya. Ang bilang ng mga paglipat ng mga atom mula sa estado patungo sa estado bawat yunit ng oras sa panahon ng kusang paglabas ay magiging proporsyonal sa bilang ng mga atomo sa estado:

Magiging proporsyonal din sa populasyon ang bilang ng mga transition ng mga atomo sa pagitan ng parehong mga estado sa panahon ng stimulated emission. p – antas, ngunit din ang spectral energy density ng radiation sa larangan kung saan matatagpuan ang mga atomo:

Ang bilang ng mga transition mula sa T - wow on p – antas dahil sa pakikipag-ugnayan sa radiation

Ang mga dami ay tinatawag na Einstein coefficients.

Ang ekwilibriyo sa pagitan ng bagay at radiation ay makakamit kung ang bilang ng mga atom na gumagawa ng paglipat mula sa estado bawat yunit ng oras n sa isang estado T ay magiging katumbas ng bilang ng mga atom na gumagawa ng paglipat sa kabaligtaran na direksyon:

Tulad ng nabanggit na, ang posibilidad ng sapilitang paglipat sa isa at sa iba pang direksyon ay pareho. Kaya naman .

Pagkatapos mula sa (3.16.4) mahahanap natin ang density ng enerhiya ng radiation

Ang pamamahagi ng ekwilibriyo ng mga atomo sa mga estado na may iba't ibang enerhiya ay tinutukoy ng batas ni Boltzmann

Pagkatapos mula sa (3.16.5) makuha namin

Alin ang sumasang-ayon sa formula ni Planck (3.10.23). Ang kasunduang ito ay humahantong sa konklusyon tungkol sa pagkakaroon ng stimulated emission.

Mga laser.

Noong 50s ng ikadalawampu siglo, ang mga aparato ay nilikha, kapag dumadaan kung saan ang mga electromagnetic wave ay pinalakas dahil sa stimulated radiation. Una, nilikha ang mga generator na nagpapatakbo sa hanay ng haba ng daluyong ng sentimetro, at medyo kalaunan ay nilikha ang isang katulad na aparato na nagpapatakbo sa optical range. Ito ay pinangalanan pagkatapos ng mga unang titik ng Ingles na pangalang Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (light amplification gamit ang stimulated radiation) - laser. Tinatawag din ang mga laser optical quantum generators.

Upang ang intensity ng radiation ay tumaas habang dumadaan ang isang sangkap, kinakailangan na para sa bawat pares ng mga estado ng atom, ang mga paglipat sa pagitan ng kung saan ay nangyayari sa paglabas at pagsipsip ng mga photon, ang populasyon ng estado na may mas mataas na enerhiya ay mas malaki kaysa sa populasyon ng estado na may mas mababang enerhiya. Nangangahulugan ito na ang thermal equilibrium ay dapat maputol. Ang isang sangkap kung saan ang mas mataas na estado ng enerhiya ng mga atom ay mas maraming tao kaysa sa mas mababang estado ng enerhiya ay sinasabing mayroon pagbabaligtad ng populasyon.

Ang pagdaan sa isang sangkap na may pagbabaligtad ng mga populasyon ng dalawang atomic na estado, ang radiation ay pinayaman sa mga photon, na nagiging sanhi ng mga paglipat sa pagitan ng mga atomic na estado na ito. Bilang isang resulta, ang magkakaugnay na amplification ng radiation ay nangyayari sa isang tiyak na dalas, kapag ang sapilitan na paglabas ng mga photon ay nangingibabaw sa kanilang pagsipsip sa panahon ng atomic transition sa pagitan ng mga estado na may pagbaligtad ng populasyon. Ang isang sangkap na may pagbabaligtad ng populasyon ay tinatawag na isang aktibong daluyan.

Upang lumikha ng isang estado na may pagbaligtad ng populasyon, kinakailangan na gumastos ng enerhiya, paggastos nito sa pagtagumpayan ng mga proseso na nagpapanumbalik ng pamamahagi ng balanse. Ang epektong ito sa isang sangkap ay tinatawag pumped up. Ang enerhiya ng bomba ay palaging nagmumula sa isang panlabas na mapagkukunan patungo sa aktibong daluyan.

Mayroong iba't ibang mga pamamaraan ng pumping. Upang lumikha ng pagbabaligtad ng mga antas ng populasyon sa mga laser, ang tatlong antas na paraan ay kadalasang ginagamit. Isaalang-alang natin ang kakanyahan ng pamamaraang ito gamit ang halimbawa ng isang ruby ​​​​laser.

Ang Ruby ay isang aluminum oxide kung saan ang ilan sa mga aluminum atoms ay pinapalitan ng chromium atoms. Ang spectrum ng enerhiya ng chromium atoms (ions) ay naglalaman ng tatlong antas (Fig. 3.16.1) na may mga energies , at . Ang itaas na antas ay talagang isang medyo malawak na banda na nabuo sa pamamagitan ng isang koleksyon ng mga malapit na pagitan ng mga antas.

Ang pangunahing tampok ng three-tier system ay ang antas 2, na matatagpuan sa ibaba ng antas 3, ay dapat na antas ng metatable. Nangangahulugan ito na ang paglipat sa naturang sistema ay ipinagbabawal ng mga batas ng quantum mechanics. Ang pagbabawal na ito ay nauugnay sa isang paglabag sa mga panuntunan para sa pagpili ng mga quantum number para sa naturang paglipat. Ang mga panuntunan sa pagpili ay hindi ganap na mga panuntunan sa walang paglilipat. Gayunpaman, ang kanilang paglabag para sa ilang quantum transition ay makabuluhang binabawasan ang posibilidad nito. Sa sandaling nasa ganoong estadong metastable, ang atom ay nananatili sa loob nito. Sa kasong ito, ang buhay ng isang atom sa isang metastable na estado () ay daan-daang libong beses na mas malaki kaysa sa tagal ng buhay ng isang atom sa isang normal na excited na estado (). Ginagawa nitong posible na maipon ang mga nasasabik na atom na may enerhiya. Samakatuwid, ang isang kabaligtaran na populasyon ng mga antas 1 at 2 ay nilikha.

Ang proseso samakatuwid ay nagpapatuloy tulad ng sumusunod. Sa ilalim ng impluwensya ng berdeng ilaw mula sa isang flash lamp, ang mga chromium ions ay lumilipat mula sa ground state patungo sa excited na estado. Ang reverse transition ay nangyayari sa dalawang yugto. Sa unang yugto, ang mga nasasabik na ion ay nagbibigay ng bahagi ng kanilang enerhiya sa kristal na sala-sala at pumasok sa isang metastable na estado. Ang isang kabaligtaran na populasyon ng estadong ito ay nilikha. Kung ngayon ang isang photon na may wavelength na 694.3 nm ay lilitaw sa isang ruby ​​​​na dinala sa estado na ito (halimbawa, bilang isang resulta ng isang kusang paglipat mula sa antas hanggang ), kung gayon ang sapilitan na radiation ay hahantong sa pagpaparami ng photon, eksaktong pagkopya ng orihinal (magkakaugnay). Ang prosesong ito ay mala-avalanche sa kalikasan at humahantong sa paglitaw ng napakalaking bilang ng mga photon lamang na nagpapalaganap sa maliliit na anggulo sa laser axis. Ang ganitong mga photon, na paulit-ulit na sinasalamin mula sa mga salamin ng optical resonator ng laser, ay naglalakbay sa isang mahabang distansya sa loob nito at, samakatuwid, nakatagpo ng mga excited na chromium ions nang maraming beses, na nagiging sanhi ng kanilang sapilitan na mga paglipat. Kumakalat ang photon flux makitid na sinag,

Ang mga Ruby laser ay gumagana sa pulsed mode. Noong 1961, nilikha ang unang gas laser gamit ang pinaghalong helium at neon, na tumatakbo sa tuloy-tuloy na mode. Pagkatapos ay nilikha ang mga semiconductor laser. Sa kasalukuyan, ang listahan ng mga materyales ng laser ay kinabibilangan ng maraming dose-dosenang solid at gas na mga sangkap.

Mga katangian ng laser radiation.

Ang laser radiation ay may mga katangian na hindi taglay ng radiation mula sa conventional (non-laser) source.

1. Ang laser radiation ay may mataas na antas ng monochromaticity. Ang haba ng wavelength ng naturang radiation ay ~ 0.01 nm.

2. Ang laser radiation ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na temporal at spatial na pagkakaugnay. Ang oras ng pagkakaugnay ng naturang radiation ay umaabot ng mga segundo (ang haba ng pagkakaugnay ay nasa pagkakasunud-sunod ng m), na humigit-kumulang beses na mas mahaba kaysa sa oras ng pagkakaugnay ng isang kumbensyonal na pinagmulan. Ang spatial na pagkakaugnay-ugnay sa laser exit hole ay pinananatili sa buong cross-section ng beam. Gamit ang isang laser, posibleng makabuo ng liwanag na ang dami ng pagkakaugnay ay ilang beses na mas malaki kaysa sa dami ng pagkakaugnay ng mga ilaw na alon ng parehong intensity na nakuha mula sa pinaka-monochromatic na mga mapagkukunan na hindi laser. Samakatuwid, ang laser radiation ay ginagamit sa holography, kung saan ang radiation na may mataas na antas ng pagkakaugnay ay kinakailangan.

kanin. 1. a - kusang paglabas ng photon; b - stimulated emission; c - matunog na pagsipsip; Ang E1 at E2 ay ang mga antas ng enerhiya ng atom.

Isang atom sa isang nasasabik na estado A, maaari, pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng panahon, kusang, nang walang anumang panlabas na impluwensya, pumunta sa isang estado na may mas mababang enerhiya (sa aming kaso, sa pangunahing isa), na nagbibigay ng labis na enerhiya sa anyo ng electromagnetic radiation (nagpapalabas ng isang photon na may enerhiya h = E 2 –E 1). Ang proseso ng paglabas ng isang photon ng isang nasasabik na atom (excited microsystem) nang walang anumang panlabas na impluwensya ay tinatawag kusang-loob(o kusang-loob) radiation. Kung mas malaki ang posibilidad ng mga kusang paglipat, mas maikli ang average na buhay ng isang atom sa isang nasasabik na estado. Dahil ang mga kusang paglipat ay hindi magkaugnay, ang kusang paglabas ay hindi magkakaugnay.

Noong 1916, si A. Einstein, upang ipaliwanag ang naobserbahang eksperimental na thermodynamic equilibrium sa pagitan ng bagay at ng radiation na ibinubuga at hinihigop nito, ay nagpostulate na bilang karagdagan sa pagsipsip at kusang paglabas, dapat mayroong isang pangatlo, na may magkakaibang uri ng pakikipag-ugnayan. Kung sa isang atom sa isang nasasabik na estado 2 , kumikilos ang panlabas na radiation na may dalas na nakakatugon sa kondisyon hv= E 2 – E 1 , pagkatapos ito ay bumangon sapilitang (induced) transition sa ground state 1 na may paglabas ng isang photon ng parehong enerhiya hv= E 2 – E 1 (Larawan 309, c). Sa panahon ng naturang paglipat, nangyayari ang radiation mula sa atom photon, bukod pa rito sa photon sa ilalim ng impluwensya kung saan naganap ang paglipat. Ang radiation na nagreresulta mula sa naturang mga paglipat ay tinatawag sapilitang (induced) radiation. Kaya, dalawang photon ang kasangkot sa proseso ng stimulated emission: isang pangunahing photon na nagiging sanhi ng nasasabik na atom na naglalabas ng radiation, at isang pangalawang photon na ibinubuga ng atom. Ito ay makabuluhan na ang pangalawang photon hindi makikilala mula sa mga pangunahin, pagiging isang eksaktong kopya ng mga ito.

7 Prinsipyo ng pagpapatakbo ng laser

Laser isang aparato na nagko-convert ng enerhiya ng bomba (ilaw, elektrikal, thermal, kemikal, atbp.) sa enerhiya ng magkakaugnay, monochromatic, polarized at mataas na naka-target na radiation flux.

Ang pisikal na batayan ng laser operation ay ang quantum mechanical phenomenon ng sapilitang (induced) radiation. Ang laser beam ay maaaring tuloy-tuloy, na may pare-pareho ang amplitude, o pulsed, na umaabot sa napakataas na peak powers. Sa ilang mga scheme, ang elemento ng pagtatrabaho ng laser ay ginagamit bilang isang optical amplifier para sa radiation mula sa ibang pinagmulan. Mayroong isang malaking bilang ng mga uri ng mga laser na gumagamit ng lahat ng pinagsama-samang estado ng bagay bilang isang gumaganang daluyan.

Ang pisikal na batayan ng operasyon ng laser ay ang kababalaghan ng sapilitang (sapilitan) radiation. Ang kakanyahan ng kababalaghan ay ang isang nasasabik na atom ay may kakayahang maglabas ng isang photon sa ilalim ng impluwensya ng isa pang photon nang hindi ito nasipsip, kung ang enerhiya ng huli ay katumbas ng pagkakaiba sa mga enerhiya ng mga antas ng atom bago at pagkatapos ng radiation. Sa kasong ito, ang emitted photon ay magkakaugnay sa photon na nagdulot ng radiation (ito ang "eksaktong kopya" nito). Sa ganitong paraan ang liwanag ay pinalakas. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay naiiba sa kusang paglabas, kung saan ang mga ibinubuga na photon ay may random na direksyon ng pagpapalaganap, polarisasyon at yugto Ang posibilidad na ang isang random na photon ay magdulot ng stimulated na paglabas ng isang nasasabik na atom ay eksaktong katumbas ng posibilidad ng pagsipsip ng photon na ito ng isang. atom sa isang hindi nasasabik na estado. Samakatuwid, upang palakasin ang liwanag, kinakailangan na mayroong mas maraming nasasabik na mga atomo sa daluyan kaysa sa mga hindi nasasabik (ang tinatawag na pagbaligtad ng populasyon). Sa isang estado ng thermodynamic equilibrium, ang kundisyong ito ay hindi nasiyahan, samakatuwid ang iba't ibang mga sistema para sa pumping ng laser active medium ay ginagamit ( optical, electric, kemikal atbp.).

Ang pangunahing pinagmumulan ng henerasyon ay ang proseso ng kusang paglabas, samakatuwid, upang matiyak ang pagpapatuloy ng mga henerasyon ng mga photon, ang pagkakaroon ng isang positibong feedback ay kinakailangan, dahil sa kung saan ang mga emitted photon ay nagdudulot ng mga kasunod na pagkilos ng sapilitan na paglabas. Upang gawin ito, ang laser active medium ay inilalagay sa isang optical cavity. Sa pinakasimpleng kaso, binubuo ito ng dalawang salamin, ang isa ay translucent - sa pamamagitan nito ang laser beam ay bahagyang lumalabas sa resonator. Sumasalamin mula sa mga salamin, ang radiation beam ay paulit-ulit na dumadaan sa resonator, na nagiging sanhi ng mga sapilitan na paglipat sa loob nito. Ang radiation ay maaaring maging tuluy-tuloy o pulsed. Kasabay nito, gamit ang iba't ibang device (umiikot prisma, Mga cell ng Kerr atbp.) upang mabilis na i-off at i-on ang feedback at sa gayon ay bawasan ang panahon ng mga pulso, posible na lumikha ng mga kondisyon para sa pagbuo ng radiation ng napakataas na kapangyarihan (ang tinatawag na higanteng pulso). Ang mode na ito ng operasyon ng laser ay tinatawag na modulated mode. salik ng kalidad.

Ang radiation na nabuo ng laser ay monochromatic (isa o isang discrete set mga wavelength), dahil ang posibilidad ng paglabas ng isang photon ng isang tiyak na haba ng daluyong ay mas malaki kaysa sa isang malapit na matatagpuan, na nauugnay sa pagpapalawak ng spectral na linya, at, nang naaayon, ang posibilidad ng sapilitan na mga paglipat sa dalas na ito ay mayroon ding maximum. Samakatuwid, unti-unti sa panahon ng proseso ng pagbuo, ang mga photon ng isang naibigay na wavelength ay mangingibabaw sa lahat ng iba pang mga photon. Bilang karagdagan, dahil sa espesyal na pag-aayos ng mga salamin, tanging ang mga photon na nagpapalaganap sa isang direksyon na parallel sa optical axis ng resonator sa isang maikling distansya mula dito ay nananatili sa laser beam; Kaya, ang laser beam ay may napakaliit na anggulo ng divergence ] . Sa wakas, ang laser beam ay may mahigpit na tinukoy na polariseysyon. Upang gawin ito, ang iba't ibang mga polaroid ay ipinakilala sa resonator, halimbawa, maaari silang magsilbi bilang mga flat glass plate na naka-install sa isang anggulo ng Brewster sa direksyon ng pagpapalaganap ng laser beam.

Ang pinakamababang antas ng enerhiya ng isang atom ay tumutugma sa isang orbit ng pinakamaliit na radius. Sa normal nitong estado, ang elektron ay nasa orbit na ito. Kapag ang isang bahagi ng enerhiya ay naibigay, ang elektron ay gumagalaw sa isa pang antas ng enerhiya, i.e. "tumalon" sa isa sa mga panlabas na orbit. Sa tinatawag na excited state na ito, ang atom ay hindi matatag. Pagkaraan ng ilang oras, ang elektron ay gumagalaw sa isang mas mababang antas, i.e. sa isang orbit ng mas maliit na radius. Ang paglipat ng isang electron mula sa isang malayong orbit patungo sa isang malapit ay sinamahan ng paglabas ng isang light quantum. Ang liwanag ay isang stream ng mga espesyal na particle na ibinubuga ng mga atomo - mga photon, o quanta ng electromagnetic radiation. Dapat silang isipin bilang mga segment ng isang alon, at hindi bilang mga particle ng bagay. Ang bawat photon ay nagdadala ng isang mahigpit na tinukoy na bahagi ng enerhiya na "inilabas" ng atom.

Sa ground state, ang mga atomo ay nasa 1st energy level na may pinakamababang enerhiya. Upang ilipat ang isang atom sa antas 2, kailangan itong bigyan ng enerhiya hν=∆E=E2-E1. O sinasabi nila na kinakailangan para sa isang atom na makipag-ugnayan sa isang quantum ng enerhiya. Ang reverse transition ng 2 electron ay maaaring mangyari nang kusang-loob, sa isang direksyon lamang. Kasama ng mga transisyon na ito, posible rin ang mga sapilitang paglipat sa ilalim ng impluwensya ng panlabas na radiation. Laging napipilitan ang Transition 1à2. Ang isang atom na matatagpuan ang sarili sa estado 2 ay naninirahan dito sa loob ng 10 (s.-8) s, pagkatapos nito ang atom ay kusang bumalik sa orihinal nitong estado. Kasama ang kusang 2à1 na paglipat, posible ang sapilitang paglipat, kung saan ang dami ng enerhiya na naging sanhi ng paglipat na ito ay ibinubuga. Ang karagdagang radiation na ito ay tinatawag na sapilitang o sapilitan. yun. Sa ilalim ng impluwensya ng panlabas na radiation, 2 transition ang posible: stimulated emission at stimulated absorption, at ang parehong mga proseso ay pantay na posibleng mangyari. Ang karagdagang quantum na ibinubuga sa panahon ng stimulated emission ay humahantong sa amplification ng liwanag. Ang induced radiation ay may mga sumusunod na katangian: 1) ang pag-init ng induced quantum ay tumutugma sa boltahe ng inducing quantum, 2) ang phase, polarization, frequency ng inducing radiation ay tumutugma sa phase, polariseysyon at dalas ng inducing radiation, i.e. Ang induced at inducing radiation ay lubos na magkakaugnay, 3) sa bawat sapilitan na paglipat ay mayroong pakinabang na 1 dami ng enerhiya, i.e. light amplification. j

TICKET 8

Subjective na mga katangian ng sound perception, ang kanilang kaugnayan sa mga layunin na katangian ng tunog.

Subjective na katangian ng tunog

Sa kamalayan ng tao, sa ilalim ng impluwensya ng mga nerve impulses na nagmumula sa organ na tumatanggap ng tunog, ang mga pandinig na sensasyon ay nabuo, na maaaring makilala ng paksa sa isang tiyak na paraan.

Mayroong tatlong mga subjective na katangian ng tunog batay sa mga sensasyon na ibinubunga ng isang naibigay na tunog sa paksa: pitch, timbre, at loudness.

Sa konsepto ng taas, sinusuri ng paksa ang mga tunog ng iba't ibang mga frequency: mas mataas ang dalas ng tunog, mas mataas ang ibinigay na tunog na tinatawag. Gayunpaman, walang isa-sa-isang pagsusulatan sa pagitan ng dalas ng isang tunog at ng pitch nito. Ang perception ng pitch ng isang tunog ay naiimpluwensyahan ng intensity nito. Sa dalawang tunog ng parehong dalas, ang tunog na may mas mataas na intensity ay itinuturing na mas mababa.

Ang timbre ng isang tunog ay isang kalidad na katangian ng tunog (isang uri ng "pangkulay" ng tunog) na nauugnay sa spectral na komposisyon nito. Magkaiba ang boses ng iba't ibang tao. Ang pagkakaibang ito ay natutukoy ng iba't ibang spectral na komposisyon ng mga tunog na ginawa ng iba't ibang tao. May mga espesyal na pangalan para sa mga boses ng iba't ibang timbre: bass, tenor, soprano, atbp. Para sa parehong dahilan, ang mga tao ay nakikilala ang parehong mga nota na tinutugtog sa iba't ibang mga instrumentong pangmusika: ang iba't ibang mga instrumento ay may iba't ibang mga spectral na komposisyon ng mga tunog.

Ang loudness ay isang subjective na katangian ng tunog na tumutukoy sa antas ng auditory sensation: mas mataas ang antas ng auditory sensation na nararanasan ng isang paksa, mas malakas ang tawag ng subject sa tunog.

Ang magnitude ng auditory sensation (loudness) ay depende sa intensity ng tunog at sa sensitivity ng hearing system ng subject. Kung mas mataas ang intensity ng tunog, mas mataas ang magnitude ng auditory sensation (loudness), lahat ng iba pang mga bagay ay pantay.

Ang sistema ng pandinig ng tao ay may kakayahang makita ang mga tunog na ang intensity ay nag-iiba sa isang napakalawak na hanay. Para magkaroon ng auditory sensation, dapat lumampas ang intensity ng tunog sa isang tiyak na value / 0. Ang pinakamababang halaga ng sound intensity / 0 na nakikita ng hearing aid ng subject ay tinatawag na threshold intensity, o threshold ng audibility. Ang threshold ng pandinig ay may iba't ibang halaga para sa iba't ibang tao at nagbabago habang nagbabago ang dalas ng tunog. Sa karaniwan, para sa mga taong may normal na pandinig sa mga frequency na 1-3 kHz, ang threshold ng pandinig na Io ay itinuturing na 10" 12 W/m".

Sa kabilang banda, kapag ang intensity ng tunog ay lumampas sa isang tiyak na limitasyon sa organ ng pandinig, sa halip na isang pandinig na sensasyon, isang sensasyon ng sakit ang nangyayari.

Ang pinakamataas na halaga ng intensity ng tunog I Maxi na nakikita pa rin ng paksa bilang isang sound sensation ay tinatawag na pain threshold. Ang halaga ng threshold ng sakit ay humigit-kumulang 10 W/m." Ang threshold ng pandinig na 1 0 at ang threshold ng sakit na 1 max ay tumutukoy sa hanay ng intensity ng mga tunog na lumilikha ng auditory sensation sa paksa.

Block diagram ng isang electronic diagnostic device. Thermal sensor, aparato at prinsipyo ng pagpapatakbo. Ang sensitivity ng thermal sensor.

Spectroscope. Optical na disenyo at prinsipyo ng pagpapatakbo ng spectroscope.

TICKET 9

Batas ng Weber-Fechner. Dami ng mga tunog, mga yunit ng lakas.

Ang sensitivity ng sistema ng pandinig ng tao, sa turn, ay depende sa intensity ng tunog at dalas nito. Ang pag-asa ng sensitivity sa intensity ay isang karaniwang pag-aari ng lahat ng sense organ at tinatawag na adaptation. Ang sensitivity ng mga pandama sa isang panlabas na stimulus ay awtomatikong bumababa sa pagtaas ng intensity ng stimulus. Ang dami ng ugnayan sa pagitan ng sensitivity ng isang organ at ang intensity ng stimulus ay ipinahayag ng empirical Weber-Fechner law: kapag inihambing ang dalawang stimuli, ang pagtaas ng lakas ng sensasyon ay proporsyonal sa logarithm ng ratio ng intensity ng pampasigla.

Sa matematika, ang relasyong ito ay ipinahayag ng kaugnayan

∆E = E 2 -E 1 , = k*lgI 2 /I 1

kung saan ang I 2 at I 1 ay ang intensity ng stimuli,

E 2 at E 1 - ang kaukulang lakas ng mga sensasyon,

k ay isang koepisyent na nakasalalay sa pagpili ng mga yunit para sa pagsukat ng mga intensidad at lakas ng mga sensasyon.

Alinsunod sa batas ng Weber-Fechner, habang tumataas ang intensity ng tunog, tumataas din ang magnitude ng auditory sensation (loudness); gayunpaman, dahil sa pagbaba ng sensitivity, ang magnitude ng auditory sensation ay tumataas sa mas mababang lawak kaysa sa intensity ng tunog. Ang magnitude ng auditory sensation ay tumataas sa pagtaas ng sound intensity sa proporsyon sa logarithm ng intensity.

Gamit ang Weber-Fechner law at ang konsepto ng threshold intensity, maaaring magpakilala ng quantitative estimate ng loudness. Ilagay natin sa formula (4) ang intensity ng unang stimulus (tunog) na katumbas ng threshold (I 1 =I 0), kung gayon ang E 1 ay magiging katumbas ng zero. Inaalis ang index na "2", makuha namin ang E = k*lgI/I 0

Ang magnitude ng auditory sensation (loudness) E ay proporsyonal sa logarithm ng ratio ng intensity ng tunog na lumikha ng magnitude ng sensation na ito sa threshold intensity I 0. Ang pagtatakda ng proportionality coefficient sa katumbas ng isa, nakuha namin ang magnitude ng auditory sensation E sa mga yunit na tinatawag na "bel".

Kaya, ang magnitude ng auditory sensation (loudness) ay tinutukoy ng formula

E = logI/I 0 [B].

Kasama ng mga bels, isang yunit na 10 beses na mas maliit, na tinatawag na "decibel," ay ginagamit. Ang dami ng tunog sa decibel ay tinutukoy ng formula

E = 10lgI/I 0 [DB].

Block diagram ng isang electronic diagnostic device. Layunin at pangunahing katangian ng amplifier. Mga uri ng pagbaluktot. Amplifier gain, ang pagtitiwala nito sa mga parameter ng circuit.

Transmittance at optical density ng mga solusyon, ang kanilang pagtitiwala sa konsentrasyon.

Ang mga lasers o optical quantum generators ay mga modernong magkakaugnay na pinagmumulan ng radiation na may ilang natatanging katangian. Ang paglikha ng mga laser ay isa sa mga pinakakahanga-hangang tagumpay ng pisika sa ikalawang kalahati ng ika-20 siglo, na humantong sa mga rebolusyonaryong pagbabago sa maraming larangan ng agham at teknolohiya. Sa ngayon, ang isang malaking bilang ng mga laser na may iba't ibang mga katangian ay nilikha - gas, solid-state, semiconductor, nagpapalabas ng liwanag sa iba't ibang mga optical range.

Ang mga laser ay maaaring gumana sa pulsed at tuloy-tuloy na mga mode. Ang lakas ng radiation ng mga laser ay maaaring mag-iba mula sa mga fraction ng isang milliwatt hanggang 10 12 –10 13 W (sa pulsed mode). Ang mga laser ay malawakang ginagamit sa mga kagamitang militar, sa teknolohiya sa pagproseso ng mga materyales, sa medisina, sa optical navigation, komunikasyon at mga sistema ng lokasyon, sa mga eksperimento sa precision interference, sa kimika, sa pang-araw-araw na buhay, atbp. Kahit na ang unang laser ay itinayo kamakailan lamang (1960). g.), hindi na posible na isipin ang modernong buhay nang walang mga laser.

Ang isa sa pinakamahalagang katangian ng laser radiation ay ang napakataas na antas ng monochromaticity nito, na hindi matamo sa radiation ng mga di-laser na pinagmumulan. Ito at lahat ng iba pang natatanging katangian ng laser radiation ay lumitaw bilang isang resulta ng coordinated, cooperative na paglabas ng light quanta ng maraming mga atom ng gumaganang substance.

Upang maunawaan ang prinsipyo ng operasyon ng laser, isaalang-alang natin ang mga proseso ng pagsipsip at paglabas ng light quanta ng mga atomo. Ang isang atom ay maaaring nasa iba't ibang estado ng enerhiya na may mga energies E 1, E 2, atbp. Sa teorya ni Bohr, ang mga estadong ito ay tinatawag na stable. Sa katunayan, ang tanging matatag na estado kung saan ang isang atom ay maaaring manatili nang walang katiyakan sa kawalan ng mga panlabas na kaguluhan ay ang estado na may pinakamababang enerhiya. Ang kundisyong ito ay tinatawag na basic. Ang lahat ng iba pang mga estado ay hindi matatag. Ang isang nasasabik na atom ay maaaring manatili sa mga estadong ito sa loob lamang ng napakaikling panahon, mga 10-8 s, pagkatapos nito ay kusang napupunta sa isa sa mga mas mababang estado, na naglalabas ng isang dami ng liwanag, ang dalas nito ay maaaring matukoy mula sa pangalawang postulate ni Bohr. . Ang radiation na ibinubuga sa panahon ng kusang paglipat ng isang atom mula sa isang estado patungo sa isa pa ay tinatawag na spontaneous. Ang isang atom ay maaaring manatili sa ilang antas ng enerhiya sa mas mahabang panahon, sa pagkakasunud-sunod ng 10-3 s. Ang ganitong mga antas ay tinatawag na metastable.

Ang paglipat ng isang atom sa isang mas mataas na estado ng enerhiya ay maaaring mangyari sa pamamagitan ng resonant absorption ng isang photon, ang enerhiya nito ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga energies ng atom sa pangwakas at paunang estado.

Ang mga paglipat sa pagitan ng mga antas ng atomic na enerhiya ay hindi kinakailangang kasangkot sa pagsipsip o paglabas ng mga photon. Ang isang atom ay maaaring makakuha o magbigay ng ilan sa kanyang enerhiya at lumipat sa isa pang quantum state bilang resulta ng pakikipag-ugnayan sa ibang mga atomo o banggaan sa mga electron. Ang ganitong mga paglipat ay tinatawag na non-radiative.

Noong 1916, hinulaan ni A. Einstein na ang paglipat ng isang elektron sa isang atom mula sa isang itaas na antas ng enerhiya patungo sa isang mas mababang isa ay maaaring mangyari sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na electromagnetic field, ang dalas nito ay katumbas ng natural na dalas ng paglipat. Ang resultang radiation ay tinatawag na sapilitang o sapilitan. Malaki ang pagkakaiba ng stimulated emission sa spontaneous emission. Bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng isang nasasabik na atom sa isang photon, ang atom ay naglalabas ng isa pang photon ng parehong dalas, na nagpapalaganap sa parehong direksyon. Sa wika ng wave theory, nangangahulugan ito na ang atom ay naglalabas ng electromagnetic wave na ang frequency, phase, polarization at direksyon ng propagation ay eksaktong kapareho ng sa orihinal na wave. Bilang resulta ng stimulated emission ng mga photon, ang amplitude ng wave na nagpapalaganap sa medium ay tumataas. Mula sa punto ng view ng quantum theory, bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng isang nasasabik na atom na may isang photon, ang dalas ng kung saan ay katumbas ng dalas ng paglipat, dalawang ganap na magkaparehong kambal na photon ang lilitaw. Ito ay stimulated radiation na siyang pisikal na batayan para sa pagpapatakbo ng mga laser. Ang Figure 80 ay nagpapakita ng eskematiko ng mga posibleng mekanismo ng paglipat sa pagitan ng dalawang estado ng enerhiya ng isang atom na may pagsipsip (a), kusang paglabas ng isang quantum (b) at sapilitan na paglabas ng isang quantum (c). Isaalang-alang natin ang isang layer ng transparent na bagay, ang mga atomo nito ay maaaring nasa mga estado na may mga energies E 1 at E 2 > E 1 . Hayaang lumaganap ang radiation ng resonant transition frequency sa layer na ito ν = ΔE/h. Ayon sa pamamahagi ng Boltzmann, sa thermodynamic equilibrium, mas maraming atom ng isang substance ang nasa mababang estado ng enerhiya. Ang ilan sa mga atomo ay nasa mas mataas na estado ng enerhiya, na tumatanggap ng kinakailangang enerhiya sa mga banggaan sa ibang mga atomo. Tukuyin natin ang mga populasyon ng mas mababa at mas mataas na antas, ayon sa pagkakabanggit, sa pamamagitan ng n 1 at n 2< n 1 . При распространении резонансного излучения в такой среде будут происходить все три процесса, изображенные на рисунке 80. Эйнштейн показал, что процесс (a) поглощения фотона