Как работает СНЧ-металлодетектор?
Принцип действия металлодетектора основан на физическом явлении регистрации вторичного электромагнитного поля, создаваемого любым металлическим предметом, помещенным в первичное электромагнитное поле.
Внутри поисковой рамки металлодетектора находится намотанный провод, называемый передающей катушкой. Электрический ток, протекая по ней, создает электромагнитное поле. Направление тока меняется несколько тысяч раз в секунду на противоположное. Когда ток протекает в одном направлении, возникает магнитное поле, направленное на исследуемый объект, когда направление тока изменяется, то и направление магнитного поля будет направлено от объекта. В любом металлическом (и даже электропроводящем) объекте, оказавшемся поблизости, под действием такого изменяющегося магнитного поля возникнут электрические токи. Наведенный ток, в свою очередь, создаст собственное магнитное поле. Внутри рамки есть еще одна — приемная — катушка, расположенная таким образом, чтобы максимально нейтрализовать влияние передающей. А вот поле от металлического предмета, оказавшегося поблизости, будет наводить в приемной катушке ток, который можно усилить и обработать электроникой.
Вторичное электромагнитное поле различается как по напряженности поля, так и по другим параметрам. Эти параметры зависят от размера предмета и его проводимости (например, у золота и серебра проводимость гораздо лучше, чем у свинца) и, естественно, от расстояния между антенной детектора и самим предметом.
Чувствительность некоторых металлодетекторов настраивается. Её, например, уменьшают, если необходимо произвести досмотр только с целью обнаружения крупных металлических предметов. А небольшие предметы — ключи, оправы очков, ручки — сигнализацию детектора не вызовут. Сигнализация металлодетекторов может быть различной: световой, звуковой (причем по долготе сигнала можно делать вывод о размере предмета), вибрационной.
Вопросы и задания
1. Для чего, для каких целей используют металлодетекторы?
2. Как вы понимаете характеристику «рабочая частота» прибора? Велика ли она?
3. Какой закон физики лежит в основе действия описанного металлодетектора? Какими другими словами мы называем «наведенный ток»?
4. Каким образом с помощью металлодетектора можно обнаружить взрывное устройство в пластиковой оболочке?
Качественная задача
По графику процесса, осуществленного идеальным газом, постройте графики этого процесса в координатных осях p, V и V, T. Температура газа в начальном состоянии была равна 250 К.
Приложение к билету № 17
Текст по разделу «Квантовая физика и элементы астрофизики», содержащий описание использования законов квантовой, атомной или ядерной физики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства
«Квантовые ямы»
В микроэлектронике пленки толщиной около 0,01 мкм и менее называются квантовыми ямами, так как их толщина близка к размерам атома. Свойства таких пленок существенно зависят от их толщины (т.е. от одного из размеров).
Тонкие пленки напыляются на подложки в вакууме в специальных установках. Журналисты любят называть такие установки атомными фабриками.. Действительно, на подложку здесь осаждаются отдельные атомы (молекулы) вещества!
Ж.И.Алферов нашел множество применений «квантовым ямам». В жизни мы каждый день сталкиваемся с ними. В качестве примера можно привести миниатюрный полупроводниковый лазер, с помощью которого считывается информация с компакт-диска. Схематично структура полупроводникового лазера изображена на рис 1.
| Metal Si02 p*GaAs 3 pm pAl025Ga075As3pm pGaAs 0.5 pm рА10 25Ga0 75 As 3 pm nGaAs Metal |
Она представляет собой «слоёный пирог» из перемежающихся слоев арсенида галлия-алюминия р-типа, сформированного на подложке из арсенида галлия n-типа. «Рабочим, телом» лазера является тонкая (0,5 мкм) пленка («квантовая яма») арсенида галлия р-типа. При подаче напряжения на металлические электроды, между которыми и заключена вся полупроводниковая структура, лазер возбуждается и генерирует излучение.
Высокочувствительные транзисторы, в которых используется эффект «квантовой ямы», стоят в каждом мобильном телефоне. Именно благодаря им мобильные телефоны поддерживают устойчивую связь в условиях чрезвычайно слабого сигнала.
Вопросы и задания
1. Почему описание свойств тонких пленок возможно только на основе квантовой механики?
2. Почему тончайшие пленки не могут существовать без подложки? Почему их напыляют в вакуумной камере?
3. Почему подложка должна быть из другого материала?
4. Как вы думаете, благодаря чему мобильные телефоны поддерживают связь даже в условиях слабого сигнала?
Качественная задача
Газ переводится из состояния 1 в состояние 2. Рассчитайте работу, совершенную газом (см. рис.)
Приложение к билету № 18