Параллельное и последовательное соединение проводников.

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 35 из 43Следующая ⇒

23.2(продолжение)

Пусть есть ак­тив­ная среда, в ко­то­рой воз­буж­да­ют­ся атомы. Она на­хо­дит­ся между двумя зер­ка­ла­ми, одно из ко­то­рых яв­ля­ет­ся глу­хим (аб­со­лют­но не про­зрач­ным), а вто­рое зер­ка­ло – по­лу­про­зрач­ным, т. е. при­мер­но 2% из­лу­че­ния могут прой­ти через это зер­ка­ло. Но чтобы эти 2% со­ста­ви­ли боль­шую энер­гию, необ­хо­ди­мо, чтобы в ак­тив­ную среду по­сту­па­ла энер­гия лю­бо­го вида (элек­три­че­ский раз­ряд, теп­ло­вая энер­гия и т. д.). Любой вид энер­гии может при­ве­сти к пе­ре­хо­ду атома в воз­буж­ден­ное со­сто­я­ние.

При этом, если ка­кой-ни­будь фотон встре­ча­ет атом, в ко­то­ром при пе­ре­хо­де из воз­буж­ден­но­го со­сто­я­ния может быть из­лу­че­ние той же самой ча­сто­ты, то фотон пре­вра­ща­ет­ся в два фо­то­на. Два таких фо­то­на могут тоже по­пасть в два таких атома, ко­то­рые на­хо­дят­ся тоже в воз­буж­ден­ном со­сто­я­нии, тогда их по­лу­чит­ся 4, и т. д. Между зер­ка­ла­ми со­зда­ет­ся такая среда, что эти фо­то­ны от­ра­жа­ют­ся то от од­но­го зер­ка­ла, то от дру­го­го, и между двумя зер­ка­ла­ми пе­ре­ме­ща­ет­ся мно­же­ство фо­то­нов. По­это­му между зер­ка­ла­ми по­яв­ля­ет­ся много ато­мов, ко­то­рые на­хо­дят­ся в ме­та­ста­биль­ном со­сто­я­нии. В любой мо­мент вре­ме­ни ме­та­ста­биль­ность можно пре­рвать, тогда из ла­зе­ра вы­хо­дит ко­ге­рент­ное из­лу­че­ние, об­ла­да­ю­щее боль­шой мощ­но­стью. Ко­ге­рент­ные фо­то­ны идут рядом друг с дру­гом.

В 1940 году Фаб­ри­кант пред­ло­жил идею на­кач­ки ла­зе­ра боль­шим ко­ли­че­ством воз­буж­ден­ных ато­мов. Но толь­ко в 1954 году Басов с Про­хо­ро­вым и неза­ви­си­мо от них Чаунс со­зда­ли пер­вые ла­зе­ры (тогда они на­зы­ва­лись ма­зе­ры). Диа­па­зон волн у этих ма­зе­ров был ра­дио­тех­ни­че­ский, т. е. они из­лу­ча­ли ко­ге­рент­ное из­лу­че­ние ра­дио­волн, с дли­ной волны 1,27 см.

В 1960 году была со­зда­на си­сте­ма, ко­то­рая на­по­ми­на­ет ны­неш­ний лазер – лазер на ру­бине.

Рис. 1. Рис. 2.

Такой лазер имеет трех­уров­не­вую си­сте­му (Рис. 1-2). Так как в со­став ру­би­на вхо­дят атомы хрома, они имеют трех­сту­пен­ча­тую кар­тин­ку: ос­нов­ное со­сто­я­ние, со­сто­я­ние с энер­ги­ей Е₂ и со­сто­я­ние с энер­ги­ей Е₃. Со­сто­я­ние Е₂ яв­ля­ет­ся неустой­чи­вым, и атом может с него спу­стить­ся до со­сто­я­ния Е₃. Время су­ще­ство­ва­ния атома при этом уве­ли­чит­ся на пять по­ряд­ков. В таком слу­чае, си­сте­мой на­кач­ки можно со­здать такую си­ту­а­цию, что почти все атомы хрома на­хо­дят­ся в воз­буж­ден­ном со­сто­я­нии и ждут сиг­на­ла для пе­ре­хо­да в ста­ци­о­нар­ное со­сто­я­ние. Вслед­ствие этого по­лу­ча­ет­ся мощ­ный ла­зер­ный луч.

Га­зо­вые ла­зе­ры на ос­но­ве гелий + неон (Не – бу­фер­ная среда, Ne дает из­лу­че­ние). Дан­ный лазер дает яр­ко-крас­ное из­лу­че­ние:

От­ли­ча­ют­ся ма­лень­ким раз­бро­сом ча­стот. Такие ла­зе­ры об­ла­да­ют вы­со­кой ко­ге­рент­но­стью.

l_k – длина ко­ге­рент­но­сти ла­зер­но­го луча

Га­зо­вые ла­зе­ры на ос­но­ве уг­ле­кис­ло­го газа ра­бо­та­ют в ин­фра­крас­ной об­ла­сти.

Су­ще­ству­ют также жид­кост­ные ла­зе­ры с раз­ны­ми кра­си­те­ля­ми, т. е. можно по­лу­чать из­лу­че­ния раз­ных цве­тов.

Самые де­ше­вые – по­лу­про­вод­ни­ко­вые ла­зе­ры. Они могут ре­гу­ли­ро­вать свою ча­сто­ту из­лу­че­ния и, со­от­вет­ствен­но, длину волны.

Ла­зер­ное из­лу­че­ние по­кры­ва­ет огром­ный диа­па­зон:

Ла­зе­ры при­ме­ня­ют­ся в тех­ни­ке, в ме­ди­цине и т. д. На­при­мер, за­пись ин­фор­ма­ции про­во­дит­ся на ла­зер­ных дис­ках, лазер ис­поль­зу­ют в мик­ро­хи­рур­гии глаза, при свар­ке ме­тал­ла и т. д.

Для по­лу­че­ния нуж­ной нам силы тока го­раз­до удоб­нее под­би­рать необ­хо­ди­мое со­про­тив­ле­ние при по­сто­ян­ном на­пря­же­нии, чем под­би­рать нуж­ный ис­точ­ник пи­та­ния. И ино­гда ре­зи­стор нуж­но­го со­про­тив­ле­ния нель­зя до­стать, в таком слу­чае необ­хо­ди­мо со­еди­нить опре­де­лен­ным об­ра­зом несколь­ко дру­гих ре­зи­сто­ров (как и в слу­чае с кон­ден­са­то­ра­ми из про­шлой темы). Прин­ци­пи­аль­но раз­ных со­еди­не­ний су­ще­ству­ет два: по­сле­до­ва­тель­ное и па­рал­лель­ное. По­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ние осу­ществ­ля­ет­ся под­клю­че­ни­ем ре­зи­сто­ров друг за дру­гом без раз­ветв­ле­ния про­вод­ни­ка (рис. 1):

Рис. 1. При­мер по­сле­до­ва­тель­но­го со­еди­не­ния

Ос­нов­ная за­да­ча – это по­нять, как свя­за­ны па­ра­мет­ры каж­до­го ре­зи­сто­ра в со­еди­не­нии с па­ра­мет­ра­ми эк­ви­ва­лент­но­го ре­зи­сто­ра (как будто весь блок по­сле­до­ва­тель­ных ре­зи­сто­ров мы за­ме­ни­ли одним ре­зи­сто­ром )

В первую оче­редь такое со­еди­не­ние не дает ни­ка­кой воз­мож­но­сти за­ря­дам в раз­ном ко­ли­че­стве про­хо­дить через раз­ные ре­зи­сто­ры в цепи, по­это­му:

На­пря­же­ние же, на­про­тив, будет раз­ным. Так как ра­бо­та элек­три­че­ско­го поля по пе­ре­но­су за­ря­да через весь блок – это сумма работ по пе­ре­но­су за­ря­да через каж­дый ре­зи­стор:

Вос­поль­зо­вав­шись за­ко­ном Ома в по­след­нем ра­вен­стве:

мы по­лу­чим вы­ра­же­ние для со­про­тив­ле­ний:

Глав­ная про­бле­ма по­сле­до­ва­тель­но­го со­еди­не­ния – это то, что в слу­чае раз­ры­ва цепи в ка­ком-то одном месте ток пе­ре­ста­ет идти во всей цепи. Ярким при­ме­ром по­сле­до­ва­тель­но­го со­еди­не­ния яв­ля­ют­ся гир­лян­ды

Па­рал­лель­ным на­зы­ва­ет­ся со­еди­не­ние, при ко­то­ром концы всех ре­зи­сто­ров имеют общую точку – «узел» (рис. 2):

Рис. 2. Па­рал­лель­ное со­про­тив­ле­ние

В дан­ном со­еди­не­нии эк­ви­ва­лент­ные на­пря­же­ние, сила тока и со­про­тив­ле­ния ищут­ся по-дру­го­му.

Во-пер­вых, так как концы всего блока сов­па­да­ют с кон­ца­ми каж­до­го ре­зи­сто­ра, все на­пря­же­ния равны между собой и равны эк­ви­ва­лент­но­му:

Заряд же, про­шед­ший за еди­ни­цу вре­ме­ни через весь блок, равен сумме за­ря­дов, про­шед­ших через каж­дый от­дель­ный ре­зи­стор в со­еди­не­нии. По­это­му:

Те­перь, под­ста­вив в по­след­нее ра­вен­ство закон Ома:

мы по­лу­чим вы­ра­же­ние для эк­ви­ва­лент­но­го со­про­тив­ле­ния:

Стоит от­ме­тить, что в боль­шин­стве цепей при­ме­ня­ют­ся сме­шан­ные со­еди­не­ния.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману