Примеры самоорганизующихся систем в физике. Конвективные ячейки Бенара. Лазеры

В живой природе явления самоорганизации очевидны почти везде(подсолнух растёт)

В неживой природе тоже очевидно(снежинки все различны)

1.Эффект Бенара

Возникновение ячеистой структуры в горизонтальном тонком слое жидкости с вертикальным градиентом температуры

В 1900 году вышла статья Бенара с фотографией структуры, напоминающей пчелиные сотки. Такая структура возникает в горизонтальном тонком слое жидкости с вертикальным градиентом температуры.

Подогреваем снизу сосуд, возникает дельта температур. Перенос от верхней к нижней граниàявление теплопроводности.

При некотором критич. значении система становится неустойчивой.V жидкости приходит в движение. Нагреваемые области расширяются, они становятся легче и всплывают; их место занимают более лёгкие области(явление конвенции).

Перенос тепла при этом увеличивается, происходит строго упорядоченным образом

Объём жидкости разделяется на небольшие вертикальные шестигранные призмы-ячейки Бенара.

Особенности эффекта Бенара:

1)упорядоченная структура образуется в результате коллективного поведения молекул

2)системы становятся очень чувствительными к факторам, не влияющими на их поведение вблизи равновесия (здесь гравитация)

3)изменение энтропии ΔS=Q/T₂-Q/T₁ <0

4)пороговый характер процесса

5)детерминизм и случайность

2.Лазерное излучение.

Рабочее тело лазера может быть твёрдым телом, газом, жидкостью. В любом случае оно состоит из атомов. Атомы, составляющие рабочую среду лазера, либо находятся, либо стремятся перейти на уровень с линии.

При переходе с Е2 на E1 образуется квант света. Пусть атом находится в возбуждённом состоянии Е2 и пусть на такой атом падает фотон(с энергией hν). Этот фотон атом возбуждать не может, но может вызвать высцвечивание, в результате возникают 2 фотона, каждый с энергией hν, которые вылетают из атома в фазе и одновременно движутся в одном направлении. Эти фотоны абсолютно идентичны и усиливают друг друга. Такой процесс называется индуцированным или вынужденным излучением, а само излучение называется когерентным(согласованным)

Если в возбуждённом состоянии не один, а несколько атомов, тогда один единственный фотон вызывает перемещение атомов, возникнет лавина фотонов. Устройство для получения индуцированного светового излучения называется лазером.

Date: 2015-09-22; view: 530; Нарушение авторских прав