к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Диэлектрические измерения

Диэлектрические измерения - измерения статич. и динамич. диэлектрич. проницаемости веществ 1119935-608.jpg и связанных с нею величин, напр. тангенса угла диэлектрических потерь 1119935-609.jpg(см. Диэлектрики ).Диапазон значений 1119935-610.jpg, доступных для определения: 103-105 для 1119935-611.jpg и 10-5- 105 для 1119935-612.jpg. Типичные точности измерений ~1% для 1119935-613.jpgи ~10% для 1119935-614.jpg. Д. и. основаны на явлениях взаимодействия эл--магн. поля с электрич. дипольными моментами частиц вещества и являются одним из важнейших методов исследования атомного строения твёрдых тел, жидкостей и газов.

Методы Д. и. многообразны: они зависят от агрегатного состояния вещества, от абс. величин и симметрийных свойств 1119935-615.jpg, от частоты 1119935-616.jpg и интенсивности эл--магн. поля. Д. и. охватывают широкий диапазон частот от инфранизких (10-5 Гц) до 1119935-617.jpg~1015 Гц (рис. 1), где они смыкаются с оптич. измерениями. Начиная с 1119935-618.jpg1011 Гц наравне с комплексной 1119935-619.jpg оперируют комплексным показателем преломления n=n'+ik (k - показатель поглощения). Между 1119935-620.jpg и п для немагн. материалов существует однозначная связь:

1119935-621.jpg

В основе большинства методов Д. и. при 1119935-622.jpg108 Гц лежит процесс зарядки и разрядки измерит. конденсатора, заполненного исследуемым веществом. Измеряя ёмкость С и проводимость 1/R конденсатора, рассчитывают 1119935-623.jpg и 1119935-624.jpg:

1119935-625.jpg

Здесь d - расстояние между обкладками конденсатора, S - площадь каждой из них. На инфранизких частотах

С определяют, измеряя разрядный ток I конденсатора, выдержанного под напряжением U:

1119935-626.jpg

a 1/R рассчитывают по скорости спадания I. На частотах до1119935-627.jpg~107 Гц С и 1/R измеряют с помощью мостовых схем (рис. 2). Начиная с v~105 Гц и вплоть до 108 Гц для определения С используют колебат. контуры, настраивая контур в резонанс с частотой поля.


1119935-628.jpg

Рис. 1. Методы диэлектрических измерений. 1 - разряд конденсатора, 2 - мостовые схемы, 3-LC-контуры, 4 - полноводные линии, 5- ИК-спектроскопия.

1119935-629.jpg

Рис. 2. Мост Шеринга; при условии баланса: 1119935-630.jpg ;1119935-631.jpg1119935-632.jpg , где C0 - ёмкость пустого конденсатора.

В диапазоне метровых и сантиметровых волн (1119935-633.jpg~ ~108-1011 Гц) применяют волноводные методы. Исследуемый образец помещают в разрыв центрального проводника коаксиального кабеля или внутрь волновода и регистрируют зондом связанное с этим изменение структуры поля в линии. Обычно образец располагают на задней стенке закороченного отрезка линии (рис. 3); измеряя коэф. бегущей волны KБ и расстояние х от передней грани образца до первого узла стоячей волны, определяют 1119935-634.jpg и 1119935-635.jpg из соотношений:

1119935-636.jpg

Здесь 1119935-637.jpg- длина волны в свободном пространстве, d - толщина образца, 1119935-638.jpg - длина волны в волноводе, 1119935-639.jpg - граничная длина волны волновода.

Начиная с1119935-640.jpg~1011 Гц Д. и. проводят в свободном пространстве; измеряют коэф. пропускания T эл--магн. волн плоскопараллельной пластинкой вещества (рис. 4) или коэф. отражения R от бесконечного слоя, а также соответствующие им фазовые сдвиги волны в образце 1119935-641.jpg . По Френеля формулам рассчитывают n и k:


1119935-642.jpg

1119935-643.jpg

Рис. 3. Волноводная измерительная линия. 1- исследуемый образец, 2 - измерительный зонд, 3, 4 - эпюры стоячей волны без образца и с образцом.

1119935-645.jpg

Рис. 4. Простейшая квазиоптическая схема "на пропускание" для частот 1011 - 1012 Гц.

1119935-649.jpg

Рис. 5. Схема куметра; 1119935-650.jpg, где Q0, Q1 - добротности пустого и нагруженного контура, C0, С1 - емкости пустого и нагруженного конденсатора.

В ИК-диапазоне (v>1011 Гц) измерения T, R,1119935-644.jpg проводят с помощью монохроматорных и фурье-спектрометров, причём часто ограничиваются лишь измерением зависимости R(v), получая затем 1119935-646.jpgиз Крамерса - Кронига соотношения:

1119935-647.jpg

В субмиллиметровом диапазоне (1119935-648.jpg~1011-1012 Гц) наиб. эффективны т. н. ЛОВ-спектрометры, в к-рых генераторами служат перестраиваемые по частоте монохроматич. генераторы - лампы, обратной волны (ЛОВ).

Наибольшей чувствительностью к 1119935-651.jpgи точностью определения 1119935-652.jpg обладают резонансные методы, где измеряются изменения добротности Q и собств. частоты v0 резонатора при помещении в него исследуемого образца. Резонаторами служат LC-контуры (v~l05-108 Гц, рис. 5), объёмные резонаторы (v~108-1011 Гц, рис. 6) и начиная с v~l011 Гц - оптические резонаторы. При больших 1119935-653.jpg и малых 1119935-654.jpg резонаторами могут служить сами образцы (метод диэлектрич. резонатора). Частотная зависимость коэф. пропускания T(v) плоскопараллельной диэлектрич. пластинки имеет максимумы в результате интерференции волн внутри образца. По расстоянию между максимумами, по их положению на шкале частот, по их величинам и полуширине рассчитывают 1119935-655.jpg и 1119935-656.jpg.

Особую группу составляют мультичастотные методы, основанные на изучении отклика исследуемого образца на сигнал с широким спектром (импульсные или шумовые зондирующие поля). Зависимости 1119935-657.jpg рассчитываются через фурье-преобразование временной зависимости отклика. Гл. достоинство - оперативность получения картины поведения 1119935-658.jpg в широком участке спектра. Напр., при использовании коаксиальной линии и импульсного сигнала с фронтом 50 нс одновременно получают информацию об 1119935-659.jpg на частотах от 105 до 109 Гц. Пример мультичастотного метода - Фурье спектроскопия ИК-диапазона.

1119935-661.jpg

Рис. 6. Коаксиальный резонатор с торцевым зазором: 1 - исследуемый образец в обкладках конденсатора, 2, 3 - петли связи, 4 - настроечный микрометрический

Для Д. и. жидкостей применяются также методы, основанные на создании слоя перем. толщины (в конденсаторе, волноводной линии, резонаторе), и т. н. метод эллипсоида: 1119935-660.jpg определяют по величине вращающего момента M, действующего со сторовинт;

1119935-662.jpg ;

1119935-663.jpg

где v0 и v1 - резонансные частоты пустого и заполненного конденсатора, В-коэффициент, определяемый геометрией резонатора.


Д. и. анизотропных сред сложнее. В низкосимметричных кристаллах, напр., необходимо учитывать тензорный характер 1119935-666.jpg(гл. оси диэлектрич. эллипсоидов 1119935-667.jpg могут не совпадать как между собой, так и с кристаллографич. осями, возможен поворот этих осей в зависимости от внеш. воздействий - температуры, давления, v).

Д. и. в сильных полях имеют целью исследование зависимости 1119935-668.jpg от напряжённости внеш. электрич. поля E. К образцу обычно либо прикладывают сильное смещающее поле совместно со слабым зондирующим сигналом, либо пользуются методом генерации гармоник (см. Нелинейная оптика).

Информацию об 1119935-669.jpg можно получить, исследуя спектр флуктуации поляризации вещества в измерит. конденсаторе. Найквиста формула связывает параметры конденсатора с флуктуационным током. Возможно определение 1119935-670.jpg и с помощью Черенкова - Вавилова, излучения. При этом 1119935-671.jpg рассчитывается по измеренным скорости движения заряж. частиц в исследуемом веществе и углу между направлениями их движения и распространения черенковского излучения.

Литература по диэлектрическим измерениям

  1. Брандт А. А., Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах, M., 1963;
  2. Длинноволновая инфракрасная спектроскопия. Сб. ст., пер. с англ., M., 1966;
  3. Эме Ф., Диэлектрические измерения, пер. с нем., M., 1967;
  4. Надь Ш. В., Диэлектрометрия, пер. с венг., M., 1976.

А. А. Волков, Г. В. Козлов

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution