СВЕТОДИОД (светоизлучающий диод)

Пром-сть выпускает дискрет­ные и интегральные (многоэлемеитные) С. Дискретные С. ви­димого излучения используют в ка­честве сигнальных индикаторов; ин­тегральные С.— цифро-знаковые ин­дикаторы, многоцветные панели -применяют в разл. системах отобра­жения информации. С. ИК излучения находят применение в устройствах оптической локации, оптической связи, в с ветодальномерах и т. д. В ряде областей применения С. конкурирует с родственным ему прибором — инжекционным лазером (см. По­лупроводниковый лазер), к-рый в от­личие от С. генерирует когерентное излучение.

• Б е р г А., Д и н П., Светодиоды, пер. с англ., М., 1979.

П. Г. Елисеев.

СВЕТОЛОКАЦИЯ, см. Оптическая локация.

СВЕТОПРОВОД, то же, что световод.

СВЕТОСИЛА, величина, позволяющая сравнивать освещённости в плоскостях изображений разл. оптич. систем. Без учёта потерь световой энергии на поглощение и отражение в оптич. системе т. н. геометрическая С. есть квадрат относительного от­верстия системы, т. е. (D/f)², где D -диаметр входного зрачка си­стемы (см. Диафрагма в оптике), f — её фокусное расстояние. Умножение геом. С. на коэфф, , характеризу­ющий потери, даёт физическую (или эффективную) С. Её повышают, уменьшая потери света с помощью просветления оптики. В плоскости изображения осесимметричной оптич.

системы освещённость Е есть отно­шение светового потока, прошедшего систему, к площади изображения и выражается формулой: Е=Bsin²u', где В — яркость объекта, u' — угло­вая апертура пространства изобра­жении. Для достаточно (практически бесконечно) удалённых объектов пло­скость их изображений совпадает с фокальной плоскостью (см. Фокус в оптике). В этом случае si'=D/2f, и для расчёта освещённости и, следо­вательно, С. получают соотношение

Е=(/4)B(D/f)².

Л. Н. Капорский.

СВЕТОФИЛЬТР, устройство, меняю­щее спектральный состав и энергию падающего на него оптического излу­чения. Осн. хар-ка С.— спектральная зависимость его пропускания коэф­фициента  (или оптич. плотности D =-Ig) от частоты (длины волны ) излучения. Селективные С. предназначены для отрезания (погло­щения) или выделения к.-л. участка спектра. В сочетании с приёмниками оптического излучения эти С. изменяют спектральную чувствительность

приёмников. Нейтральные С. равномерно ослабляют поток излу­чения в определённой области спект­ра. Действие С. может быть основано на любом оптич. явлении, обладающем спектральной избирательностью,— на поглощении света (абсорбционные С.), интерференции света (интерференци­онные С.), отражении света (отража­тельные С.), дисперсии света (диспер­сионные С.) и пр.

Наиболее распространены стек­лянные абсорбционные С., к-рые отличаются постоянством спектральных хар-к, устойчивостью к воздействию света и темп-ры, высо­кой оптич. однородностью. Пром-стью выпускается более 100 марок цветных стёкол для С. На рис. 1 приведены спектральные кривые пропускания нек-рых из них. Используя одно, два, а иногда и три стекла и меняя их толщину, можно получать С. с раз­нообразными спектральными св-вами. Абсорбционные С. из ок­рашенной желатины и др. органич. материалов применяются ре­же вследствие низких механич. проч­ности и термич. устойчивости, а так­же довольно быстрого выцветания. Положит. качества таких С.— боль­шое разнообразие спектральных хар-к и простота изготовления. Жидкост­ные абсорбционные С. ис­пользуют сравнительно редко. К их достоинствам относится возможность изготовления в лабораторных усло­виях и плавное изменение хар-к С. при изменении концентраций компо­нентов раствора. В нек-рых случаях, напр. для выделения УФ области спектра, применяют газовые аб­сорбционные С. Полупро­водниковые С. иногда исполь­зуют в ИФ области спектра, где они обладают резкими границами пропу­скания.

Интерференционные С. (рис. 2) состоят из двух полупрозрач­ных зеркал (напр., слоев серебра) и помещённого между ними слоя ди­электрика оптич. толщины /2, , 3/2 ( — длина волны в максимуме пропускания). В проходящем свете

интерферируют лучи, непосредственно прошедшие через С. и отражённые чёт­ное число раз от полупрозрачных слоев, в отражённом свете интерфе­рируют лучи, отражённые 1, 3, 5 и более раз. В результате в проходящем свете остаются лучи с длиной волны, равной удвоенной толщине слоя ди­электрика, а в отражённом свете эти лучи отсутствуют. Кривые пропуска­ния таких С. показаны на рис. 3. Интерференционные С. выделяют уз­кие области спектра (до 1,5—2 нм) с меньшими потерями света, чем аб­сорбционные. Их недостаток — нали­чие значительного фона вне полое пропускания и зависимость положе­ния этих полос от угла падения лучей света. Интерференционно-

670



Рис. 3. Кривые пропускания интерферен­ционных светофильтров: R — коэфф. отра­жения серебряных слоев.
поляризационные С., в к-рых используется явление интер­ференции поляризованных лучей, могут выделять сверхузкие спектральные об­ласти (до 10^-2 нм) при полном от­сутствии фона. Однако такие С. при­меняют редко (гл. обр. в астрофиз. исследованиях), т. к. они представ­ляют собой сложные оптич. системы, очень чувствительные к темп-ре и дру­гим внеш. влияниям.

В дисперсионных С. мак­симум пропускания (минимум отра­жения) приходится на ту длину волны ₀, для к-рой равны преломления показатели n₁ и n₂ двух сред. Чем больше спектральное удаление от ₀, тем больше отличаются n₁ от n₂ и тем меньше пропускание (см. Френеля формулы). Выделение спектрального интервала более эффективно, если в-во с n₂ (погружённое в среду с n₁) размельчить. Обычно дисперсионные С. изготовляют из порошков бесцвет­ных стёкол, залитых органич. жид­костями. Изменяя n₁, изменяют ₀. То же происходит при изменении темп-ры. Высокая температурная чув­ствительность приводит к необходи­мости термостатирования дисперсион­ных С., что ограничивает их исполь­зование.

С. служат для выделения или уст­ранения определённой спектральной области в науч. исследованиях, в фотометрии, спектрофотометрии, ко­лориметрии; сочетаются почти со все­ми оптич. приборами и спектраль­ными приборами. В фотографич. и кинематографич. практике их приме­няют для уменьшения рассеяния дым­кой, улучшения цветопередачи и пере­дачи светотени, съёмки в ИК лучах. В светотехнике они употребляются для сигнализации, цветного освеще­ния и т. п. С. необходимы для предот­вращения нежелательного нагреват. действия ИК излучения, фотохим. и иных действий УФ излучения.

• Зайдель А. Н., Островская Г. В., Островский Ю. И., Техника и практика спектроскопии, М., 1972; Каталог цветного стекла, М., 1967; Оптические материалы для инфракрасной техники, М., 1965; Крылова Т.Н., Альбом спектральных кривых коэффициента отражения тонких непоглощающих слоев на поверхности стекла, Л., 1956.

СВЕЧА, старое название ед. силы света СИ, совр. название кандела.

СВИСТКИ, газоструйные излучатели, преобразующие кинетич. энергию струи в энергию акустич. колебаний. В отличие от сирен, в С. нет движу­щихся деталей, поэтому они более

просты по конструкции и удобны в эксплуатации. По типу рабочего тела и среды, для к-рой они предназна­чены, С. подразделяются на газовые и жидкостные.

Наиболее распространены три типа газовых С. — вихревые, Гальтона свистки и неск. разновидностей «губ­ных» С. (напр., свисток Левавассёра). Вихревой С. представляет собой ци­линдрич. камеру 2 (рис. 1), в к-рую газ подаётся через тангенциально распо­ложенную трубку 1. Образовавшийся в камере вихревой поток поступает в находящуюся на оси выходную труб­ку 3 меньшего диаметра, где интен­сивность вихря резко возрастает и благодаря этому давление в его ядре становится значительно ниже атмо­сферного; перепад давлений перио­дически выравнивается в результате



Рис. 1. Схема вих­ревого свистка.



Рис. 2. Схема губно­го свистка.
проскока газа из атмосферы в выход­ную трубку и нарушения структуры вихря. Мощность вихревых С. в УЗ диапазоне (до 30 кГц) обычно неск. Вт. Вихревые С. используются в га­зовых горелках для распыления топ­лива в форсунках или для обработки суспензий. Жидкостные вихревые С., выполненные по принципу газовых, применяются для получения эмуль­сий.

Губной С. (рис. 2) состоит из щеле­вого сопла 1 и резонансной камеры 2 (чаще всего цилиндрич. типа). Воз­дух, подаваемый в сопло, разбивается острым краем 3 резонатора на два потока: один выходит в окружающую среду, другой попадает в камеру, повышая в ней давление. Через оп­ределённые промежутки времени, за­висящие от размеров камеры, второй поток прерывает осн. струю, вслед­ствие чего возникают периодич. сжа­тия и разрежения воздуха, распрост­раняющиеся в виде акустич. волн. Обычно губные С. работают при дав­лениях воздуха, не превышающих 0,4 кг/см², с акустич. мощностью порядка 1 Вт. Существуют конструк­ции, позволяющие получить мощность до неск. кВт.

Из жидкостных С. наибольшее рас­пространение получили пластинчатый и стержневой типы (подробнее см. Гидродинамический излучатель).

• Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957; Ультразвук, М., 1979 (Маленькая энциклопедия).

СВИСТЯЩИЕ АТМОСФЕРИКИ, импульсные сигналы, генерируемые в земной атмосфере при разряде мол­ний. С. а. имеют широкий частотный спектр с максимумом в области частот ~1—10 кГц. Генерируемые у поверхности Земли радиоволны такой частоты распространяются вдоль си­ловых линий магн. поля Земли, про­никают через ионосферу и достигают снова поверхности Земли в магнитосопряжённой точке. Скорость рас­пространения радиоволн при этом пропорц.  (см. Дисперсия волн). Поэтому широкополосный приёмник, находящийся на большом расстоянии от источника сигналов, фиксирует сна­чала высокочастотные компоненты спектра сигнала, затем — более низ­кие. Наблюдатель воспринимает эти сигналы на слух как характерные «свисты» с постепенно понижающейся частотой.

СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ, одно из наз­ваний изохорно-изотермического тер­модинамич. потенциала или Гельмеольца энергии. С. э. (А или F) оп­ределяется как разность между внут­ренней энергией термодинамич. си­стемы (U) и произведением её энтропии (S) на темп-ру (Т): F=U-TS. Вели­чину TS, вычитаемую при нахож­дении С. э. из значения внутр. энер­гии, иногда наз. связанной энергией.

СВОБОДНАЯ ЭНТАЛЬПИЯ, см. Гиббса энергия.

СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ (собст­венные колебания), колебания в ме­ханич., электрич. или к.-л. др. си­стеме, совершающиеся при отсутст­вии внеш. воздействия за счёт перво­начально внесённой энергии (потен­циальной или кинетической, напр. в механич. системах через нач. сме­щения или нач. скорости). В реаль­ных системах вследствие рассеяния энергии С. к. всегда затухающие. В линейных системах С. к. представ­ляют собой суперпозицию нормаль­ных колебаний. Подробнее см. Коле­бания.

СВЯЗАННОЕ СОСТОЯНИЕ, состоя­ние системы ч-ц, при к-ром их отно­сит. движение происходит в ограни­ченной области пр-ва (явл. финит­ным) в течение длит. времени по срав­нению с характерными для данной си­стемы периодами. Природа изобилует С. с.: от звёздных скоплений и мак­роскопич. тел до микрообъектов — молекул, атомов, ат. ядер. Многие т. н. элем. ч-цы (адроны), по-види­мому, являются С. с. более фундам. ч-ц материи — кварков.

Для образования С. с. необходимо наличие сил притяжения, по крайней мере между частью ч-ц системы на нек-рых расстояниях между ними. Для стабильных С. с. масса системы меньше суммы масс состав­ляющих её ч-ц; разность m между ними определяет энергию связи си­стемы: ξ_св=mc².

В класс и ческой механи­ке С. с. описываются финитными ре-

671

шениями ур-ний движения системы, когда траектории всех её ч-ц сосре­доточены в ограниченной области пр-ва. Пример — задача Кеплера о движении ч-цы (или планеты) в поле тяготения. В классич. механике си­стема из двух притягивающихся ч-ц всегда может образовать С. с. Если область расстояний, на к-рых ч-цы

В квантовой механике, в отличие от классической, для обра­зования С. с. ч-ц необходимо, чтобы потенц. энергия притяжения и радиус действия сил были достаточно велики (см. Потенциальная яма, Нулевая энергия). Кроме того, в потенц. яме типа изображённой на рис. из-за возможности вылета ч-ц из области притяжения вследствие туннельного эффекта не образуется стабильных С. с., если энергия ч-цы больше по­тенц. энергии на бесконечности. Од­нако если вероятность туннельного перехода мала (в классич. пределе она равна нулю), то ч-ца в такой потенц. яме может находиться достаточно длит. время (по сравнению с перио­дами движения в яме). Поэтому на­ряду со стабильными С. с. сущест­вуют нестабильные (мета- или квази­стабильные) С. с., к-рые с течением времени распадаются. Напр., неста­бильными С.с. по отношению к -распаду или (и) делению явл. ядра нек-рых тяжёлых элементов.

В крайне релятив. случае, когда энергия связи системы сравнима с энергией покоя её ч-ц, решение про­блемы С. с. требует привлечения квант. теории поля (КТП). Точного решения такой задачи в совр. КТП не существует; нек-рые из развива­емых приближённых методов позво­ляют одинаковым образом рассматривать как стабильные, так и неста­бильные адроны, включая резонансы.

В. Я. Файнберг.

СВЯЗАННЫЕ КОЛЕБАНИЯ, сво­бодные колебания связанных систем, состоящих из взаимодействующих оди­ночных (парциальных) колебат. си­стем. С. к. имеют сложный вид вслед­ствие того, что колебания в одной парциальной системе влияют через связь (в общем случае диссипативную и нелинейную) на колебания в дру­гой. В линейных системах С. к. могут быть представлены в виде суперпози­ции нормальных колебаний, число к-рых равно числу парциальных си­стем, но частоты не совпадают с соб­ственными частотами уединённых пар­циальных систем. С. к., являющиеся суперпозицией двух или неск. нор­мальных колебаний с близкими ча­стотами, воспринимаются как биения.

• Горелик Г. ,С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Крауфорд Ф., Волны, пер. с англ.,М., 1974 (Берклеевский курс физики, т. 3).

СВЯЗАННЫЕ СИСТЕМЫ колебатель­ные, колебат. системы с двумя и более степенями свободы, рассматриваемые как совокупность систем с одной степенью свободы каждая (парциаль­ных систем), взаимодействующих меж­ду собой. Пример С. с.— два или неск. колебательных контуров (рис.), у к-рых колебания в одном контуре из-за наличия связи вызывают колебания в других. В С. с. происходит переход энергии из одного контура в другой.

Схемы простейших колебат. систем: а — индуктивная связь; б — ёмкостная связь; С — ёмкости; L — индуктивности.

Наличие связи изменяет характер резонансных явлений в С. с. по срав­нению с одиночным контуром. В С. с. резонанс наступает всякий раз, когда частота внеш. воздействия совпадает с одной из частот собственных коле­баний всей системы, отличающихся от парциальных частот отдельных контуров. Напр., в С. с., состоящей из двух контуров, резонанс наступает на двух разл. частотах.

СВЯЗИ МЕХАНИЧЕСКИЕ, ограни­чения, налагаемые на положение или движения механич. системы. Обычно С. м. осуществляются с помощью к.-н. тел. Примеры таких С. м.— поверхность, по к-рой скользит или катится тело; нить, на к-рой подвешен груз; шарниры, соединяющие звенья механизмов, и т. п. Если положения точек механич. системы по отношению к данной системе отсчёта определять их декартовыми координатами х_k,y_k, z_k (k=1, 2, . . ., n, где n — число точек системы), то ограничения, на­лагаемые С. м., могут быть выражены в виде равенств (или неравенств), связывающих координаты x_k, y_k, z_k, их первые производные по времени

С. м., налагающие ограничения толь­ко на положения (координаты) точек системы и выражающиеся ур-ниями вида

f(...,x_k, y_k, z_k, t)=0, (1)

наз. геометрическими. Если же С. м. налагают ограничения ещё и на скорости точек системы, то они наз. кинематическими, а их ур-ния имеют вид:

Когда ур-ние (2) может быть про­интегрировано по времени, соответ­ствующая кинематич. связь наз. ин­тегрируемой и эквивалентна геом. связи. Геом. и интегрируемые кинема­тич. связи носят общее назв. г о л о н о м н ы х С. м. (см. Голономные системы). Кинематич. неинтегриру­емые С. м. наз. н е г о л о н о м н ы м и (см. Нееолономные системы).

Методы решения задач механики существенно зависят от характера С. м., налагаемых на систему. Эффект действия С. м. можно учитывать введе­нием соответствующих сил, наз. ре­акциями связей; при этом для оп­ределения реакций (или для их ис­ключения) к ур-ниям равновесия или движения системы должны присоеди­няться ур-ния связей вида (1) или (2). С. м., для к-рых сумма элементарных работ всех реакций на любом возмож­ном перемещении системы равна ну­лю, наз. идеальными (напр., лишённая трения поверхность или гибкая нить). Для механич. систем с идеальными С. м. можно сразу полу­чить ур-ния равновесия или движения, не содержащие реакций связей, ис­пользуя возможных перемещений прин­цип, Д'Аламбера — Лагранжа прин­цип или Лагранжа уравнения.

• См. лит. при ст. Механика и Динамика.

С. М. Тарг.

СГС СИСТЕМА ЕДИНИЦ, система единиц физ. величин с 3 осн. едини­цами: длины — сантиметр, массы — грамм, времени — секунда; принята 1-м Междунар. конгрессом электриков (Париж, 1881) в качестве системы единиц, охватывающей механику и

672

электродинамику. Для электродина­мики первоначально были приняты две СГС с. е.: эл.-магн. (СГСМ) и электростатическая (СГСЭ). В основу построения этих систем был положен Кулона закон вз-ствия электрич. за­рядов (СГСЭ) и магн. зарядов (СГСМ). В СГСМ с. е. магн. проницаемость вакуума (магнитная постоянная) ₀=1, а электрич. проницаемость ва­куума (электрическая постоянная) ₀=1/с² с²/см², где с — скорость света. Единицей СГСМ магнитного потока явл. максвелл (Мкс, Мх), магнитной индукции — гаусс (Гс, Gs), напряжён­ности магн. поля — эрстед (Э, Ое), магнитодвижущей силы — гильберт (Гб, Gb). Электрич. единицам в этой системе собств. наименований не при­своено. В СГСЭ с. е. ₀=1, ₀=l/c² с²/см². Электрич. единицы СГСЭ собств. наименований не имеют; размер их, как правило, неудобен для измере­ний; применяют их гл. обр. в теор. работах.

На основе СГС с. е. были созданы также система тепловых единиц СГС °С (см — г — с — °С), световых еди­ниц СГСЛ (см — г — с — люмен) и единиц радиоактивности и ионизу­ющих излучений СГСР (см — г — с — рентген). Применение СГС с. е. до­пускается в теор. работах по физике и астрономии.

Соотношения важнейших единиц трёх указанных выше систем СГС и соответственных единиц СИ приве­дены в таблице.

• Сена Л. А., Единицы физических величин и их размерности, 2 изд., М., 1977.