Vaihtelu

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 23. maaliskuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta .

Fluktuaatio ( lat. fluctuatio - fluktuaatio) - mikä tahansa satunnainen poikkeama mistä tahansa arvosta. Kvanttimekaniikassa poikkeama satunnaismuuttujan keskiarvosta, joka luonnehtii suuren määrän kaoottisesti vuorovaikutuksessa olevien hiukkasten järjestelmää; tällaiset taipumat johtuvat hiukkasten lämpöliikkeestä tai kvanttimekaanisista vaikutuksista .

Esimerkki vaihteluista ovat aineen tiheyden vaihtelut kriittisten pisteiden läheisyydessä , mikä johtaa erityisesti voimakkaaseen valonsirontaan ja läpinäkyvyyden menettämiseen ( opalisenssi ).

Kvanttimekaanisten vaikutusten aiheuttamia vaihteluita esiintyy jopa absoluuttisessa nollalämpötilassa . Ne ovat pohjimmiltaan poistamattomia. Esimerkki kvanttimekaanisten fluktuaatioiden ilmenemisestä on Casimir-ilmiö sekä van der Waalsin voima . Kvanttimekaaniset heilahtelut havaitaan suoraan varaukselle, joka on kulkenut kvanttipistekontaktin läpi - kvanttilaukauskohina .

Sähkövaihtelut

Sähköheilahtelut ovat kaoottisia muutoksia potentiaalissa, virroissa ja varauksissa sähköpiireissä ja siirtolinjoissa, jotka aiheutuvat varauksenkuljettajien lämpöliikkeestä ja muista aineessa olevista fyysisistä prosesseista sähkön diskreetin luonteen vuoksi (luonnolliset sähkövaihtelut), sekä satunnaisia muutoksia ja piirin ominaisuuksien epävakaus (tekniset sähkövaihtelut). Sähköisiä heilahteluja esiintyy johtimissa, elektronisissa ja ionisissa laitteissa sekä ilmakehässä, jossa radioaallot leviävät . Sähköheilahtelut johtavat väärien signaalien ilmestymiseen - kohinaa sähköisten signaalivahvistimien lähdössä, rajoittavat niiden herkkyyttä ja häiriönkestävyyttä, heikentävät generaattoreiden vakautta, automaattisten ohjausjärjestelmien vakautta jne.

Johtimissa varauksenkuljettajien lämpöliikkeen seurauksena syntyy vaihteleva potentiaaliero ( lämpökohina ). Metalleissa johtavuuselektronien suuresta pitoisuudesta ja niiden vapaan polun lyhyestä pituudesta johtuen elektronien lämpönopeudet ovat monta kertaa suuremmat kuin sähkökentässä suuntautuvan liikkeen (drift) nopeus . Siksi metallien sähköiset vaihtelut ovat lämpötilariippuvaisia, mutta riippumattomia käytetystä jännitteestä ( Nyquistin kaava ). Huoneenlämmössä sähköisten lämpövaihtelujen intensiteetti pysyy vakiona taajuuksille Hz . Vaikka lämpösähköisiä heilahteluja esiintyy vain aktiivisissa vastuksissa, reaktiivisten elementtien ( kondensaattorien ja induktorien ) läsnäolo piirissä voi muuttaa sähköisten vaihteluiden taajuusspektriä. $\sim 10^{12}$

Ei-metallisissa johtimissa sähkövaihtelut lisääntyvät johtuen johdinrakenteen hitaasta satunnaisesta uudelleenjärjestelystä virran vaikutuksesta. Nämä sähkövaihtelut ovat useita suuruusluokkia suurempia kuin lämpövaihtelut. Sähkötyhjiö- ja ionilaitteissa tapahtuvat sähköheilahtelut liittyvät pääasiassa katodista tulevan elektronisäteilyn satunnaiseen luonteeseen ( laukauskohina ). Sähköisten heilahtelujen intensiteetti on käytännössä vakio alle Hz:n taajuuksilla. Se riippuu jäännösionien läsnäolosta ja tilavarauksen suuruudesta. Muita sähköheilahtelujen lähteitä näissä laitteissa ovat sekundäärinen elektronien emissio elektroniputkien anodista ja verkkoista , valomonistindynodeista jne . sekä virran satunnainen uudelleenjako elektrodien välillä. Katodilla on myös hitaita sähköisiä vaihteluita, jotka liittyvät erilaisiin prosesseihin. Matalapaineisissa kaasupurkauslaitteissa sähköheilahtelut syntyvät elektronien lämpöliikkeen vuoksi. $10^{8}$

Puolijohdelaitteessa sähköiset heilahtelut johtuvat elektronien ja reikien muodostumis- ja rekombinaatioprosessien (generaatio-rekombinaatiokohina) ja varauksenkuljettajien diffuusion (diffuusiokohina) satunnaisesta luonteesta. Molemmat prosessit edistävät sekä lämpö- että laukauskohinaa puolijohdelaitteessa. Näiden sähköisten heilahtelujen taajuusspektri määräytyy kantoaaltojen eliniän ja ryömintäajan mukaan. Matalilla taajuuksilla olevissa puolijohdelaitteissa havaitaan myös sähköisiä heilahteluja, jotka johtuvat elektronien ja reikien "sulkeutumisesta" kidehilan vikojen (modulaatiokohina) vuoksi.

Kvanttielektroniikkalaitteissa sähköheilahtelut ovat mitättömiä ja johtuvat spontaanista emissiosta ( kvanttivahvistimesta ).

Ns. tekniset sähköheilahtelut liittyvät piirien parametrien lämpötilan muutoksiin ja niiden "ikääntymiseen", virtalähteiden epävakauteen, teollisuuslaitosten aiheuttamiin häiriöihin, tärinään ja iskuihin, sähkökosketushäiriöihin jne.

Sähkömagneettisten värähtelyjen generaattoreiden sähköiset heilahtelut aiheuttavat värähtelyjen amplitudin ja taajuuden modulaatiota (moduloituja värähtelyjä), mikä johtaa jatkuvan värähtelyn taajuusspektrin ilmaantumiseen ja syntyneiden värähtelyjen spektriviivan levenemiseen, joka on yhtä suuri kantoaaltotaajuuden arvoon . $10^{-7}-10^{-12}$

Ilmiön fysiikka

Sähköjohtimissa vakaimmat heilahtelut ovat heilahtelut, jotka johtavat seisovien aaltojen ilmaantumiseen . Seisovien sähkömagneettisten aaltojen määrä taajuuksilla välillä - pituusjohtimessa polarisaatio huomioon ottaen on , tässä on valon nopeus . Oletetaan, että jokaisella seisovalla aallolla on harmonisen oskillaattorin energiaa vastaava energia. Tässä on Boltzmannin vakio , absoluuttinen lämpötila . Silloin seisovien aaltojen energia taajuuksilla alkaen - on . Teho ketjun pituusyksikköä kohti on . Kaikki vaihteluvirtojen energia muuttuu taas lämmöksi vastuksessa. Joule-Lenzin lain mukaisen resistanssin johtimen tehohäviö pituusyksikköä kohti on , jossa on taajuuksisten aaltojen vaihtelun EMF:n keskineliö . Saamme Nyquistin kaavan [1] . $\nu$ $\nu +d\nu$ $L$ $dn(\nu )=2\cdot {\frac {2Ld\nu }{c}}$ $c$ $kT$ $k$ $T$ $\nu$ $\nu +d\nu$ $dE(\nu )=4\cdot {\frac {L}{c}}d\nu kT$ $dW={\frac {dE(\nu )}{\frac {L}{c))}=4kTd\nu$ $R$ ${\frac {dW(\nu )}{d\nu }}={\frac {{\overline {E^{2}}}(\nu )}{R}}$ ${\displaystyle {\overline {E^{2))))$ $\nu$ ${\overline {E^{2}}}=4kTR(\nu )$

Taideteosten vaihtelut

A. ja B. Strugatskin fantastisessa tarinassa "Koeajajat" fluktuaatio määritellään poikkeamaksi todennäköisimmästä tilasta, ja tämän poikkeaman todennäköisyys on mitätön. Tarinan hahmo Zhilin kuvaa tapaamistaan miehen kanssa, joka kutsuu itseään "Giant Fluctuationiksi". Tämä mies kutsui itseään sellaiseksi, koska hänelle tapahtuneet tapahtumat eivät olleet todennäköisyysteorian alaisia. Uskomattomia tapahtumia tapahtui hänelle niin usein, että se rikkoi koko teorian.

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Nozdrev V.F. , Senkevich A.A. Tilastollisen fysiikan kurssi. - M., High School, 1969. - s. 189

Kirjallisuus

Bonch-Bruevich A.M. Radio electronics in experimental physics, M., 1966;
Malakhov AH Fluctuations in self-oscillatory systems, M., 1968;
Van der Zyl A. Melu [elektroniikkalaitteissa], käänn. Englannista, M., 1973;
Sukhodoev I. V. Sähköpiirien äänet, M., 1975;
Rytov S. M. Johdatus tilastolliseen radiofysiikkaan, osa 1, M., 1976;
Robinson F. HX Kohina ja heilahtelut elektronisissa piireissä ja piireissä, trans. Englannista, M., 1980.
McDonald D. Johdatus kohinan ja fluktuaatioiden fysiikkaan, M., Mir, 1964
Zhigalsky G.P. Fluktuaatiot ja äänet elektronisissa solid-state-laitteissa, M. FIZMATLIT, 2012.
Lukyanchikova N. B. Fluktuaatioilmiöt puolijohteissa ja puolijohdelaitteissa, M. Radio ja viestintä, 1990.