Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Пирс Дж. -> "Квантовая электроника" -> 13

Квантовая электроника - Пирс Дж.

Пирс Дж. Квантовая электроника — М.: Мир, 1967. — 138 c.
Скачать (прямая ссылка): kvantovayaelektronika1967.djvu
Предыдущая << 1 .. 7 8 9 10 11 12 < 13 > 14 15 16 17 18 19 .. 46 >> Следующая


38 буждением заряженных частиц, находящихся вблизи поверхности.

Поскольку в природе не существует идеально прозрачных или идеально отражающих предметов, всегда бывает так, что некоторая доля излучения, покидающего и прозрачные и отражающие тела, обусловлена тепловым возбуждением заряженных частиц внутри тела. И, конечно, определенная доля излучения, падающего на неидеально прозрачный или неидеально отражающий предмет, тоже всегда поглощается, передавая свою энергию тепловому движению его молекул. А в силу того, что энергия тела должна все время оставаться одной и той же, излучение и поглощение непременно обязаны взаимо-согласовываться так, чтобы баланс энергии не нарушался. Например, если тело при данной температуре поглощает точно одну десятую часть электромагнитной энергии, падающей на его поверхность, то оно должно при этой температуре излучать точно одну десятую часть энергии, которую на его месте излучало бы идеально, то есть полностью, поглощающее тело. Остальная часть излучения, покидающего поверхность тела,— это просто прошедшее сквозь него или отраженное излучение.

Обычно нам не приходится иметь дело с системами тел, в которых установилось тепловое равновесие. Мы наблюдаем предметы в окружении других тел с разными температурами. Среди них мы легко узнаем прозрачные, отражающие (блестящие) предметы, предметы, которые поглощают (и излучают) излучение почти полностью. Совершенно поглощающие излучение предметы представляются нам абсолютно черными1.

Допустим, что у нас есть сверхвысокочастотный приемник необыкновенной чувствительности, способный измерять интенсивность радиоволн, излучаемых телами при обычной температуре. Куда бы ни была направлена его антенна, она будет принимать тепловое излучение, то есть джонсоно'вский шум, от различных предметов, причем это совсем не обязательно должны быть именно

1 Можно довести эту классификацию до логического предела и прийти к широко используемому в физике представлению об абсолютно черном теле, то есть о таком теле, которое действительно полностью поглощает все падающие на него лучи. Эта идеализация очень полезна в теоретическом анализе явлений поглощения и испускания света. — Прим. ред.

39 те предметы, на которые направлена антенна. Например, если она оказалась направленной на зеркало, то принимаемый сигнал будет исходить от всего, что отражается в зеркале. И, следовательно, тепловой шум, который поступит в приемник, будет определяться главным образом температурой тех предметов, отражение которых мы видим в зеркале, а не температурой зеркала. Правда, благодаря тому, что оно отражает не идеально, некоторая часть излучения все же будет поступать и от самого зеркала. А если против антенны поместить кусок стекла, то шум будет поступать к антенне в основном от предметов, видимых сквозь стекло, и определяться их температурой. Так что обычно излучение, которое мы измеряем, имеет частью прямое, а частью косвенное происхождение и создается различными предметами с различной температурой.

Некоторые материалы, например пористый диэлектрик пенопласт с небольшой добавкой электропроводящего вещества вроде угля, а также некоторые сильно расчлененные предметы, такие, как деревья или кустарники, почти полностью поглощают радиоизлучение сверхвысоких частот: они оказываются «черными», пока речь идет о радиоволнах этого диапазона. Направляя нашу антенну на такие объекты, мы будем принимать СВЧ-из-лучение или шум, интенсивность которого зависит только от температуры самих этих объектов, но не от их окружения. Мощность принятого излучения будет просто равна мощности джонсоновского теплового шума

где T — температура «черного» предмета, на который направлена антенна.

Тепловой шум—совершенно универсальное явление природы. Им обусловлена не только энергия, принимаемая антенной в полости, заполненной излучением, или от поглощающих предметов, но и, например, тепловая энергия, выделяющаяся в том или ином нагретом электрическом сопротивлении. Тепловой шум был открыт Дж. Б. Джонсоном в 1939 году именно при исследованиях флуктуаций напряжения на электрических сопротивлениях и зависимости их величины от температуры.

40 На радиочастотах СВЧ-диапазона и на более низких частотах при всех температурах, кроме наименьших из искусственно получаемых в лабораториях, с очень высокой точностью выполняется следующее приближенное выражение для мощности теплового шума:

P = kTB.

Этим выражением, которое впервые было выведено Рэлеем и Джинсом, радиоинженеры пользуются повседневно.

Величина мощности теплового шума

Насколько велика мощность теплового шума?

Чтобы ответить на этот вопрос, стоит рассмотреть один-два характерных примера. Предположим, что у нас есть СВЧ-приемник, антенна которого обладает очень высокой направленностью, так что ее можно нацеливать на любой отдельный объект, будь это наземный предмет или космическое тело. Пусть полоса пропускания нашего приемника составляет, скажем, 20 Мгц, то есть 2- IO7 колебаний в секунду (примерно такую полосу имеют многие радиолокационные приемники и СВЧ-системы, используемые для ретрансляции телевизионных программ). Если направить антенну в зенит, измерение показало бы, что тепловой шум соответствует температуре ниже IO0K, то есть его мощность составляет менее 2,73 • 10~15 вт. Направив антенну на группу деревьев, находящихся при температуре 293°К (20°С), мы получили бы мощность теплового шума около 8 «Ю-13 вт.
Предыдущая << 1 .. 7 8 9 10 11 12 < 13 > 14 15 16 17 18 19 .. 46 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed