В учебном пособии рассмотрены вопросы механики, молекулярной физики, термодинамики, электричества и магнетизма. Особое внимание уделено законам сохранения в механике и ключевым положением молекулярной физики. Предназначено для обучающихся по направлению подготовки 35.03.07 Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции.
Учебно-методическое пособие, посвященное рассмотрению теоретических и экспериментальных проблем современной геометрической оптики, представлено двумя разделами, в которых раскрываются основные законы геометрической оптики, а также описывается экспериментальное выявление границ применимости законов геометрической оптики. Кроме этого, пособие включает дополнительные методические материалы: тестовые задания, физические задачи, глоссарий по вопросам геометрической оптики, тесно связанные с основным теоретическим материалом, являясь его практическим дополнением. Пособие соответствует требованиям современного Федерального государственного образовательного стандарта для различных направлений подготовки бакалавров и специалистов, призвано способствовать более глубокому усвоению теоретического материала по геометрической оптике для студентов технических, инженерных и других специальностей.
Фотоупругий эффект обсуждается в контексте демодуляции амплитудно-модулированного сигнала. Разработана физико-математическая интерпретация физических процессов формирования сигнала на выходе демодулятора. Доказано, что при согласовании параметров полезного сигнала с параметрами взаимодействующих оптической и упругой волн сигнал на выходе фотодетектора повторяет форму сообщения во входном амплитудно-модулированном сигнале. Это утверждение обсуждается в полосе частот ниже частоты среза, которая формируется диаметром считывающего светового пучка и скоростью распространения упругой волны в фотоупругой среде. Описаны теоретические и экспериментальные методы определения частоты среза акустооптического амплитудного демодулятора.
В учебном пособии представлены теоретический материал, задачи и вопросы по второй части курса физики, которые будут использованы при проведении практических занятий и для составления контрольных работ, зачетных работ и экзаменационных билетов. Изложение теории носит, в основном конспективный характер, чтобы не дублировать содержание стандартных учебников.
Учебное пособие адресовано студентам РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева всех специальностей для получения теоретических и практических навыков и углубления знаний по физике.
Рекомендовано к изданию учебно-методической комиссией Института меха-ники
и энергетики имени В.П. Горячкина РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, протокол №15 от 29 июня 2020 г.
Данное пособие содержит описания лабораторных работ для студентов, обучающихся по направлениям: биология, география, геология, гидрометеорология, картография и геоинформатика, лечебное дело, нефтегазовое дело, стоматология, экология и природопользование и др. (дисциплины 043756 «Физика», 000164 «Физика» и 013617 «Физика с основами геофизики»). Все работы предназначены для обучения с применением информационно-коммуникационных технологий, т. е. могут быть легко выполнены в домашних условиях без применения специального оборудования. Работы также могут выполняться учащимися средней школы. В пособии использованы оригинальные фотографии, выполненные студентами СПбГУ (У.К. Алёхина, М.С. Волокитин, Е.О. Голубева, В.В. Гриценко, Е.О. Иванченко, Е.А. Карабач, А.Д. Корсаков, Н.А. Кузнецова, В.А. Нартов).
Лазерный ионный источник является универсальным плазменным источником для получения широкого спектра многозарядных ионов. Для получения ионов газа применяются мишени, химический состав которых содержит атомы газа. В результате испарения мишени сфокусированным лазерным лучом происходит скачок давления в вакуумной камере. Давление атомов газа зависит от массы испаренного вещества, частоты повторения лазерных импульсов, химического состава мишеней, объема вакуумной камеры, скорости откачки насоса. Приведены оценки давлений в вакуумной камере в одиночном и в периодическом режимах работы лазера с частотой 1–10 Гц для плотности мощности 1011–1012 Вт/см2. При работе лазера с частотой 1 Гц давление в вакуумной камере находится на уровне остаточного давления в вакуумной камере 210-6 Па. С увеличением частоты происходит рост минимального давления, так как вакуумный насос не успевает производить откачивание атомов газа до следующего лазерного импульса. При частоте 10 Гц минимальное давление в вакуумной камере увеличивается на несколько порядков. Приведена схема вакуумной системы лазерного ионного источника на основе турбомолекулярных насосов со скоростью откачки 700 л/с.
Выполнен анализ правомерности использования упрощенной методики экспериментальной оценки статической температурно-частотной характеристики (ТЧХ) современных несканирующих тепловизионных приборов, работающих в контрастно-ограниченном режиме, в котором их эффективность лимитируется предельной контрастной чувствительностью зрительного аппарата оператора. Методика основана на обнаружении провала в изображении двух смежных полос стандартной четырехполосной тепловой миры, расположенной в оптимальной фазе относительно структуры матричного фотоприемника, когда глубина этого провала максимальна. Установлена взаимосвязь данной характеристики с динамической ТЧХ, наиболее точно определяющей возможности приборов при обнаружении и распознавании объектов, измеряемой при поперечном движении поля зрения прибора относительно миры. Сформулированы практические рекомендации по пересчету измеренной статической ТЧХ к динамической.
Выполнен анализ правомерности использования упрощенной методики экспериментальной оценки статической температурно-частотной характеристики (ТЧХ) современных несканирующих тепловизионных приборов, работающих в контрастно-ограниченном режиме, в котором их эффективность лимитируется предельной контрастной чувствительностью зрительного аппарата оператора. Методика основана на обнаружении провала в изображении двух смежных полос стандартной четырехполосной тепловой миры, расположенной в оптимальной фазе относительно структуры матричного фотоприемника, когда глубина этого провала максимальна. Установлена взаимосвязь данной характеристики с динамической ТЧХ, наиболее точно определяющей возможности приборов при обнаружении и распознавании объектов, измеряемой при поперечном движении поля зрения прибора относительно миры. Сформулированы практические рекомендации по пересчету измеренной статической ТЧХ к динамической.
Выполнен анализ правомерности использования упрощенной методики экспериментальной оценки статической температурно-частотной характеристики (ТЧХ) современных несканирующих тепловизионных приборов, работающих в контрастно-ограниченном режиме, в котором их эффективность лимитируется предельной контрастной чувствительностью зрительного аппарата оператора. Методика основана на обнаружении провала в изображении двух смежных полос стандартной четырехполосной тепловой миры, расположенной в оптимальной фазе относительно структуры матричного фотоприемника, когда глубина этого провала максимальна. Установлена взаимосвязь данной характеристики с динамической ТЧХ, наиболее точно определяющей возможности приборов при обнаружении и распознавании объектов, измеряемой при поперечном движении поля зрения прибора относительно миры. Сформулированы практические рекомендации по пересчету измеренной статической ТЧХ к динамической.
Представлен результат анализа, на основе литературного обзора: структуры, оптических и электронных свойств Mg2Si в объемном и низкоразмерном состояниях. Проведено сравнение свойств силицида магния в низкоразмерном состоянии со свойствами материалов, широко используемых в оптоэлектронике: GaAs, Si и Ge. Проанализированы современные методы формирования тонких пленок Mg2Si.
Из литературных данных установлено, что в условиях термодинамического равновесия объемный Mg2Si имеет гранецентрированную кубическую решетку, а низко-размерный – 2/3 -R30о. Благодаря своим оптическим и электронным свойствам тонкопленочный Mg2Si является перспективным материалом для оптоэлектронных устройств. Так, он обладает коэффициентом поглощения падающего света, максимальное значение которого по современным данным составляет 96 %. Диапазон фоточувствительности Mg2Si лежит в диапазоне от 200 до 2100 нм. Также из обзора было определено, что данный силицид является непрямозонным полупроводником: ширина запрещенной зоны которого находится в диапазоне от 0,6 до 0,8 эВ. В то же время наблюдаются прямые переходы, соответствующие энергии от 0,83 до 2,17 эВ. Подвижность электронов Mg2Si в низкоразмерном состоянии составляет от 400 до 550 см2В−1с−1, а дырок – от 65 до 70 см2В−1с−1. Из рассмотренных данных установлено, что эффективность фотоэлектрического преобразования, для соединений на основе кремния с магнием, с оптимальной толщиной и примесным легированием, может достигать 10–12 % для p–n и n–p (Si/Mg2Si) и 22 % для p–n–p (Si/Mg2Si/Si) структур. По таким параметрам, как диапазон фоточувствительности и ширина запрещенной зоны, значения которых приведены выше, Mg2Si в низко-размерном состоянии превосходит GaAs, Si и Ge, а поэтому может считаться перспективным материалом для оптоэлектроники.