起耳感的声波。其频率通常在2×10~5×10Hz范围之间。它具有与声波一样的传播速度,因为超声波的频率高,波长短,所以它具有很多特性:由于它在液体和固体中的衰减比在空气中衰减小,因而穿透力大,超声波的定向性强,一般声波的波长大,在其传播过程中,极易发生衍射现象。而超声波的波长很短,就不易发生衍射现象,会像光波一样沿直线传播。当超声波遇到杂质时会产生反射,若遇到界面时,则将产生折射现象;超声波的功率很大,能量容易集中,对物质能产生强大作用。可用来焊接、切削、钻孔、清洗机件等;在工业上被用来探伤、测厚、测定弹性模量等无损检测,以及研究物质的微观结构等;在医学上可用作临床探测,如用“B超”测肝、胆、脾、肾等病症,或用来杀菌、治疗、诊断等;在航海、渔业方面,可用来导航、探测鱼群、测量海深等,超声波在各个领域都有广泛的应用。
波的反射:波由一种媒质达到与另一种媒质的分界面时,返回原媒质的现象。例如声波遇障碍物时的反射,它遵从反射定律。在同类媒质中由于媒质不均匀亦会使波返回到原来密度的介质中,即产生反射。
波的折射:波在传播过程中,由一种媒质进入另一种媒质时,传播方向发生偏折的现象,称波的折射。在同类媒质中,由于媒质本身不均匀,亦会使波的传播方向改变。此种现象也叫波的折射。它也遵从波的折射定律。
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20、弹性形变(elastic deformation)
固体受外力作用而使各点间相对位置发生改变,当外力撤销后,固体又恢复原状称之为“弹性形变”。若撤去外力后,不能恢复原状,则称为“塑性形变”。因物体受力情况不同,在弹性限度内,弹性形变有4种基本类型:即拉伸和压缩形变;切变;弯曲形变和扭转形变。弹性形变是指外力去除后能够完全恢复的那爆发变形,可从原子间结合的角度来了解它的物理本质。
21、低摩阻(low friction)
研究者发现,在高度真空状态及暴露在高能量粒子发射下,摩擦力会下降趋近于零。当关掉发射时,摩擦力会逐渐地增加。当发射再一次被打开的时候,摩擦力又消失了。这个现象一直困扰着科学家们,直至找到了一种解释才结束。
这个解释是:放射能量引起了固体表面的分子更自由的运动,从而减少了摩擦力。此解释引起了另一个既不需要放射也不需要真空而减少摩擦力的方案,这就是研究如何改变物体表面的成分以减少摩擦力。
22、电场(electric field)
存在于电荷周围,能传递电荷与电荷之间相互作用的物理场叫做电场。在电荷周围总有电场存在;同时电场对场中其他电荷发生力的作用。观察者相当于电荷静止时所观察到的场称为静电场。如果电荷相当于观察者运动时,则除静电场外,同时还有磁场出现。除了电荷可以引起电场外,变化的磁场也可以引起电场,前者为静电场,后者叫做涡旋场或感应电场。变化的磁场引起电场。所以运动电荷或电流之间的作用要通过电磁场来传递。
23、电磁场(electromagnetic field)
任何随时间而变化的电场,都要在邻近空间激发磁场,因而变化的电场总是和磁场的存在相联系。当电荷发生加速运动时,在其周围除了磁场之外,还有随时间而变化的电场。一般说来,随时间变化的电场也是时间的函数,因而它所激发的磁场也随时间变化。故充满变化电场的空间,同时也充满变化的磁场。二者互为因果,形成磁场。这说明,电场与磁场并不是2个可分离的实体,而是由它们形成了一个统一的物理实体。所以电与磁的交互作用不能说是分开的过程,仅能说是电磁交互作用的2种形态。在电场和磁场之间存在着最紧密的联系。不仅磁场的任何变化伴随着电场的出现,而且电场的任何变化也伴随着磁场的出现。所以在电磁场内,电场可以不因为电荷而存在,而由于磁场的变化而产生,磁场也可以不是由于电流的存在而存在,而是由于电场变化而产生。
24、电磁感应(electromagnetic induction)
因磁通量变化产生感应电动势的现象。1820年H.C.奥斯特发现电流磁效应后,许多物理学家便试图寻找它的逆效应,提出了磁能否产生电,磁能否对电作用的问题,1822年D.F.J.阿喇戈和A.von洪堡在测量地磁强度时,偶然发现金属对附近磁针的振荡有阻尼作用。1824年,阿喇戈根据这个现象做了铜盘实验,发现转动的铜盘会带动上方自由悬挂的磁针旋转,但磁针的旋转与铜盘不同步,稍滞后。电磁阻尼和电磁驱动是最早发现的电磁感应现象,但由于没有直接表现为感应电流,当时未能予以说明。
1831年8月,M.法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈,其一为闭合回路,在导线下端附近平行放置一磁针,另一与电池组相连,接开关,形成有电源的闭合回路。实验发现,合上开关,磁针偏转;切断开关,磁针反向偏转,这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。法拉第立即意识到,这是一种非恒定的暂态效应。紧接着他做了几十个实验,把产生感应电流的情况概括为5类:变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁摩阻磁场中运动的导体,并把这些现象正式定名为电磁感应。进而,法拉第发现,在相同条件下,不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比,他由此认识到感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的,即使没有回路没有感应电流,感应电动势依然存在。
后来,给出了确定感应电流方向的楞次定律以及描述电磁感应定量规律的法拉第电磁感应定律。并按产生原因的不同,把感应电动势分为动生电动势和感生电动势2种,前者起源于洛仑兹力,后者起源于变化磁场产生的涡旋电场。
电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,它显示了电、磁现象之间的相互联系和转化,对其本质的深入研究所揭示的电、磁场之间的联系,对麦克斯韦电磁场理论的建立具有重大意义。电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。
25、电弧(electric arc)
电弧是一种气体放电现象,即在电压的作用下,电流以点击穿产生等离子体的方式,通过空气等绝缘介质所产生的瞬间火花。
弧光放电:产生高温的气体放电现象,它能发射出耀眼的白光。提出是在常压下发生,并不需要很高的电压,而有很强的电流。例如把2根碳棒或金属棒接于电压为数十伏的电路上,先使2棒的顶端相互接触,通过强大的电流,然后使2棒分开保持不大的距离,这时电流仍能通过空隙,而使两端间维持弧形白光,称之为“电弧”。维持电弧中强大电流所需的大量离子,主要是由电极上蒸发出来的。电弧可作为强光源(如弧光灯)、紫外线源(太阳灯)或强热源(电弧炉、电焊机等)。在高压开关电器中,由于触头分开而引起电弧,有烧毁触头的危害作用,必须采取措施,使之迅速熄灭。在加速器的离子源中,也有用弧光放电源。这种弧光放电机制是:电子从加热到白炽的阴极发射出来,在起弧电源的电场加速下,获得一定能量后与气体原子碰撞,产生激发与电离而引起的放电也称为“弧放电”。
26、电介质(dielectric)
电介质:不导电的物质称为“电介质”,又叫“绝缘体”。组成电介质的原子或分子中的正负电荷束缚得很紧,在一般条件下不能相互分离,因此在电介质内部能作自由运动的电荷(电子)极少,电导率均在10~8西门子/米以下。当外电场超过某极限值时,电介质被击穿而失去介电性能。电介质在电气工程上大量用作电气绝缘材料、电容器的介质及特殊电介质器件(如压电晶体)等。
绝缘体的种类很多,固体的如塑料、橡胶、玻璃、陶瓷等;液体的如各种天然矿物油、硅油、三氯联苯等;气体的如空气、二氧化碳、六氟化硫等。
绝缘体在某些外界条件,如加热、加高压等影响下,会被“击穿”,而转化为导体。在未被击穿之前,绝缘体也不是绝对不导电的物体。如果在绝缘材料两端加电压,材料中将会出现微弱的电流。
绝缘材料中通常只有微量的自由电子,在未被击穿前参加导电的带电粒子主要是由热运动而离解出来的本征离子和杂质粒子。绝缘体的电学性质反映在电导、极化、损耗和击穿等工程中。
介质常数:又称“电容率”或“相对电容率”。在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为真空时电容的比值称为该物质的“介电常数”介电常数通常随温度和介质中传播的电磁波的频率而变。电容器用的电介质要求具有较大的介电常数,以便减小电容器的体积和重量。
27、古登-波尔和Dashen效应(Gudden-Pohl and Dashen effects)
实验证实,一个恒定的或交流的强电场,会影响到在紫外线激发下的发光物质(磷光体)的特性,这一种现象也可在随着紫外线移开后的一段衰减期中观察。
用电场预激发晶体磷而生成闪光正是古登-波尔效应的结果,也可在使用电场从金属电极进行磷光体的分解中观察到这种现象。
28、电离(ionization)
一种是由带正电的原子核及其周围的带负电的电子所组成。由于原子核的正电荷数与电子的负电荷数相等,所以原子是中性的。原子最外层的电子称为价电子。所谓电离,就是原子受到外界的作用,如被加速的电子或离子与原子碰撞时使原子中的外层电子特别是价电子摆脱原子核的束缚而脱离,原子成为带一个(或几个)正电荷的离子,这就是正离子。如果在碰撞中原子得到了电子,则就成为离子。
29、电液压冲压,电水压震扰(electrohy draulic shock)
高压放电下液体的压力产生急剧升高的现象
30、电泳现象(phoresis)
1809年俄国物理学家рейсе首次发现电泳现象。他在湿粘土中插上带玻璃管的正负两个电极,加电压后,发现正极玻璃管中原有的水层变浑浊,即带负电荷的粘土颗粒向正极移动,这就是电泳现象。
影响电泳迁移的因素:
1)电场强度。 电场强度是指单位长度(m)的电位降,也称电势度。
2)溶液的pH值。 溶液的pH值决定被分离物质的解离程度和质点的带电性质及所带净电荷量。
3)溶液的离子强度。 电泳液中的离子浓度增加时会引起质点迁移率的降低。
4)电渗。 在电场作用下液体对于固体支持物的相对移动称为电渗(eldctroosmosis)
31、电晕放电(corona discharge)
带电体表面在气体或液体介质中局部放电的现象,常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内(例如高压导线的周围,带电体的尖端附近)。其特点为:出现与日晕相似的光层,发出嗤嗤的声音,产生臭氧、氧化氮等。电晕引起电能的损耗,并对通讯和广播发生干扰。例如,雷雨时尖端电晕放电,避雷针即用此法中和带电的云层而防止雷击。我们知道,电晕多发生在导体壳的曲率半径小的地方,因为这些地方,特别是尖端,其电荷密度很大。而在紧邻带电表面处,电场(E)与电荷密度(σ)成正比,故在导体的尖端处场强很强(即σ和E都极大)。所以在空气周围的导体电势升高时,这些尖端之处能产生电晕放电。通常均将空气视为非导体,但空气中含有少量由宇宙线照射而产生的离子,带正电的导体会吸引周围空气中的负离子而自行徐徐中和。若带电导体有尖端,该处附近空气中的电场强度(E)可变得很高。当离子被吸向导体时将获得很大的加速度,这些离子与空气碰撞时,将会产生大量的离子,使空气变得极易导电,同时借电晕放电而加速导体放电。因空气分子在碰撞时会发光,故电晕时在导体尖端处可见到亮光。
电晕放电在工程技术领域中有多种影响。电力系统中的高压及超高压输电线路导线上发
生电晕,会引起电晕功率损失、无线电干扰、电视干扰以及噪声干扰。进行线路设计时,应选择足够的导线截面积,或采用分裂导线降低导线表面电场的方式,以避免发生电晕。对于高低压电气设备,发生电晕放电会逐渐破坏设备绝缘性能。电晕放电的空间电荷在一定条件下又有提高间隙击穿强度的作用。当线路出现雷电或操作过电压时,因电晕损失而能削弱过电压幅值。利用电晕放电可以进行静电除尘、污水处理、空气净化等。地面上的树木等尖端物体在大地电场作用下的电晕放电是参与大气电平衡的重要环节。海洋表面溅射水滴上出现的电晕放电可促进海洋中有机物的生成,还可能是地球远古大气中生物前合成氨基酸的有效放电形式之一。针对不同应用目的的研究,电晕放电是具有重要意义的技术课题。
32、电子力(electrical)
电子力:按照电场强度的定义,电场中任一点的场强(E)等于单位正电荷在该点所受的电场力。那么,点电荷(q)在电场中某点所受的电场力(F)=Qe。电场力(F)的大小为F?qE,方向取决于电荷的正、负。不难判断,正电荷(q>0)所受的电场力,其方向与场强方向一致;负电荷(q<)所受的电场力,其方向与场强方向相反。
磁场对运动电荷的作用力、运动电荷在磁场中所受的洛仑兹力都属于电子力。
电矩:电介质中每个分子都是一个复杂的带电系统,有正、负电荷。它们分布在一个限度为10-10m的区域内,而不是集中在一点。可以认为正电荷集中于一点叫正电荷的“重心”,而负电荷也集中于另一点,这一点叫负电荷的“重心”。对于中性分子,其正、负电荷的电量总是相等的。所以一个分子可以等效为一个电偶极子,称其为分子的等效电偶极子,它的电偶极矩称为分子电矩(p)。
33、电阻(electrical resistance)
电阻:描述导体制约电流性能的物理量。根据欧姆定律,导体两端的电压(U)和通过导体的电流强度(I)成正比。由U和I的比值定义的R=U/I称为导体的电阻,其单位为欧姆,建成欧(Ω)。电阻的倒数G=I/U称为电导,单位是西门子(S)。
电阻率:表征物质导电性能的物理量。也称“体积电阻率”。电阻率越小导电本领越强。用某种材料制成的长1厘米、横截面积为1平方厘米的导体电阻,在数值上等于这种材料的电阻率。也有取长1米截面积1平方毫米的导电体在一定温度下的电阻定义电阻率的。此2种定义法定义的电阻率在数值上相差4个数量级。如第1种定义,铜在20℃时的电阻率为
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1.7×10欧姆·厘米。而第二种定义的电阻率为0.017欧姆·毫米2/米。电阻率的倒数称为电导率。电阻率()不仅和导体的材料有关,还和导体的温度有关。在温度变化不大的范围内,几乎所有金属的电阻率随温度作线性变化,即ρ=ρ0(1+αt)。式中t是摄氏温度,ρ0是0℃时的电阻率,α是电阻率温度系数。由于电阻率随温度的改变而改变,所以对某些电器的电阻,必须说明它们所处的物理状态。如220伏、100瓦电灯的灯丝电阻,通电时是484欧姆,未通电时是40欧姆。另外要注意的是:电阻率和电阻是2个不同的概念。电阻率是反映物质对电流阻碍作用的属性,电阻是反映物体对电流阻碍作用的属性。
电阻器:电路中用于限制电流、消耗能量和产生热量的电器元件。 磁电阻材料:具有显著磁电阻效应的磁性物质。强磁性材料在受到外加磁场作用时引起的电阻变化,称为磁电阻效应。不论磁场与电流方向平行还是垂直,都将产生磁电阻效应。前者(平行)称为纵磁场效应;后者(垂直)称为横磁场效应。一般强磁性材料的磁电阻率(磁场引起的电阻变化与未加磁场时电阻之比)在室温下小于8%,在低温下可增加到10%以上。已实用的磁电阻材料主要有镍铁系和镍钴系磁性合金。室温下镍铁系坡莫合金的磁电阻率约1%~3%,若合金中加入铜、铬或锰元素,可使电阻率增加;镍钴系合金的电阻率较高,可达6%。与利用其它磁效应相比,利用磁电阻效应制成的换能器和传感器,其装置简单,对速度和频率不敏感。磁电阻材料已用于制造磁记录磁头、磁泡检测器和磁膜存储器
的读出器等。
34、对流(convection)
流体(液体和气体)热传递的主要方式。热对流指的是液体或气体由于本身的宏观运动而使较热部分和较冷部分之间通过循环流动的方式相互掺和,以达到温度趋于均匀的过程。
对流可分自然对流和强迫对流2种:自然对流是由于流体温度不均匀引起流体内部密度或压强变化而形成的自然流动。例如,气压的变化,空气的流动,风的形成,地面空气受热上升,上下层空气产生循环对流等;而强制对流是因外力作用或与高温物体接触,受迫而流动的,叫强制对流。例如,由于人工的搅拌,或机械力的作用(如鼓风机、水泵等)完全受外界因素的促使而形成的对流。
35、多相系统分离(separation of polyphase systems)
多相系统的分离是以混合成分的聚合状态的不同为基础的,最常使用连续相的聚合状态来进行判定。
成分间具有不同分散的多相固态系统通过沉积作用或筛分分离法来进行分解,具有连续液体或气体相位的系统通过沉积作用、过滤或离心分离机来进行分离。通过烘干将固态相中的易沸液体进行排除。
36、二级相变(phase transition )
在发生相变时,体积不变化的情况下,也不伴随热量的吸收和释放,只是热容量、热膨胀系数和等温压缩系统等的物理量发生变化,这一类变化称为二级相变。正常液态氦(氦I)与超流氦(氦)之间的转变,正常导体与超导体之间的转变,顺磁体与铁磁体之间的转变,合金的有序与无序态之间的转变等都是典型的二级相变的例子。
37、发光(luminescence)
自发光:是一种“冷光”,可以在正常温度和低温下发出这种光。在自发光中,一些能量促使一个原子中的电子从“基态”(低能量状态)跃进到“激发态”。在这种状态之下,它会回复到“基态”并以光这种能量形式释放出来。
光学促进的自发光:指的是可见光或红光促发的磷光。在这其中,红光或红外光仅是先前储备能量释放的促发剂。
白热光:是指光从热能中来。当一个物体加热到足够高的温度是时候,它就开始发出光辉。如炼炉中的金属或灯泡中发出的光。太阳和星星发出的就是这种光。
荧光和光致发光:它们的能量是由电磁辐射提供的。一般光致发光是指任何由电磁辐射引起的发光;而荧光通常是指由紫外线引起的,有时也用于其他类型的光致发光。
磷光:是滞后的发光。当一个电子被推到一个高能态时,有时会被捕获(就如你举起了那块石头,然后把它放在一张桌子上)、在一些时候,电子及时的逃脱了捕获,有时则一直被捕获直到有别的起因使它们逃脱(如石头一直在桌子上,直到有东西冲击它)。
化学发光:由于吸收化学能,使分子产生电子激发而发光的现象。化学反应放出的热量(即化学能)可转化为反应产物分子的电子激发能,当这种产物分子产生辐射跃迁或将能量转移給其他发光的分子,使分子再发生辐射跃迁时,便产生发光现象。但是多数的反应所发出的光则是很微弱的,而且多在红外线范围,不容易被观测。化学发光条件:产生化学发光的反应通常应满足以下条件:必须是放热反应,所放出的化学能足够使反应产物分子变成激发态分子;具备化学能转变为电子激发能的合适化学机制,这是化学发光最关键的一步;处于电子激发态的产物分子本身会发光或者将能量传递給其他会发光的分子。
阴极发光:物质表面在高能电子束的轰击下发光的现象称为阴极发光。不同种类的宝石或相同种类、不同成因的宝石矿物在电子束的轰击下会发出不同颜色及不同强度的光,并且排列式样有差别,由此可以研究宝石矿物的杂质特点、结构缺陷、生长环境及过程。阴极发光仪是检测和记录阴极发光现象的一种光学仪器,主要由电子枪、真空系统、控制系统、真