канал, по которому передаётся акустическая энергия (звука). В. а. - это каналы с резкими границами в виде стенок, свойства которых резко отличаются от свойств внутренней и наружной сред (трубы водопровода, вентиляционные ходы и т.п.), или каналы, возникающие за счёт резкой разницы свойств самих внешней и внутренней сред (стержни, струны и т.п.); во всех этих случаях поток энергии во внешнюю среду, как правило, незначителен и им можно пренебречь.

В. а. возникают также в сплошных неоднородных средах, когда резких границ не существует, а имеет место плавный переход между свойствами среды внутри и вне канала. Такие В. а. наблюдаются в атмосфере и океане в виде слоёв, отличающихся внутри и снаружи по температуре. В этих случаях поток энергии через "стенки" заметен, но всё же мал, так что основная часть энергии распространяется вдоль В. а. (см. Гидроакустика).

Примером В. а. с резкими границами служат трубы с совершенно жёсткими стенками, через которые акустическая энергия вовсе не проникает. Если размеры сечения трубы малы по сравнению с длиной звуковой волны, распространяющейся в В. а. (переговорные трубы на судах), то распространение звука в трубе можно представить в виде одномерной плоской волны. Когда размеры сечения трубы сравнимы или значительно больше длины волны, явление более сложно. В случае податливых стенок (воздуховод в виде резиновой трубки или водовод), хотя и имеется сток энергии через границы, в общем характер распространения волн остаётся сходным с предыдущим. В В. а., представляющих упругую твёрдую среду, явления осложняются наличием двух видов волн: сжатия и сдвига. В атмосфере и океане большую роль играют В. а., в которых распространение звука во многом аналогично распространению электромагнитных волн в атмосферных радиоволноводах. Влияние поверхности и дна моря в ряде случаев приводит к тому, что море можно рассматривать как В. а. В океане и атмосфере из-за изменения температуры и плотности воды (в океане и море с глубиной) и воздуха (в атмосфере с высотой) образуются естественные В. а. Звуковые колебания могут распространяться в таких каналах на расстояния порядка сотен и тысяч км. В частности, наличием глубоководного канала объясняется сверхдальнее распространение звука в океане.

Лит.: Бреховских Л. М., Волны в слоистых средах, М., 1957, гл. 5, 6; его же, Распространение звуковых и инфразвуковых волн в природных волноводах на большие расстояния, "Успехи физических наук", 1960, т. 70, в. 2, с. 351-60.

Л. М. Лямшев.

квант колебательного движения атомов кристалла. Колебания атомов кристалла благодаря взаимодействию между ними распространяются по кристаллу в виде волн, каждую из которых можно охарактеризовать квазиволновым вектором k и частотой ω, зависящей от k: ω = ω_ν(k), где индекс ν = 1,2,..., 3 r (r - число атомов в элементарной ячейке кристалла) обозначает тип колебания (см. Колебания кристаллической решётки). Согласно законам квантовой механики, колебательная энергия атомов кристалла может принимать значения, равные, где E₀ - энергия основного состояния, η - Планка постоянная. Каждой волне можно поставить в соответствие квазичастицу (См. Квазичастицы) - Ф. Энергия Ф. равна: , квазиимпульс р = ηk. Число n_кν следует трактовать как число Ф. Различают акустический и оптический Ф.; для акустического Ф. при р → 0 E = sp, где s - скорость звука; для оптического Ф. при р → 0 E_min ≠ 0 (у простых кристаллов с r = 1 оптического Ф. нет).

Ф. взаимодействуют друг с другом, с др. квазичастицами (электронами проводимости (См. Электрон проводимости), Магнонами и др.) и со статическими дефектами кристалла (с Вакансиями, дислокациями (См. Дислокации), с границами кристаллитов, поверхностью образца, с чужеродными включениями). При столкновениях Ф. выполняются законы сохранения энергии и квазиимпульса. Последний является более общим, чем закон сохранения импульса (см. Сохранения законы), т.к. суммарный квазиимпульс сталкивающихся квазичастиц, в частности Ф., может изменяться на величину 2πηb, где b - вектор обратной решётки. Такие столкновения называются процессами переброса, в отличие от нормальных столкновений (b = 0). Возможность процесса переброса - следствие периодичности в расположении атомов кристалла.

Среднее число Ф. определяется формулой Планка:

где T - температура, k - Больцмана постоянная. Эта формула совпадает с распределением частиц газа, подчиняющихся статистике Бозе - Эйнштейна, когда Химический потенциал равен нулю (см. Статистическая физика). Равенство нулю химического потенциала означает, что число N_ф > Ф. в кристалле не сохраняется, а зависит от температуры. Для всех твёрдых тел (См. Твёрдое тело) N_ф Фонон T³ при Т → 0 и N_ф Фонон Т при Т >> Θ_д (Θ_д - Дебая температура). Понятие Ф. позволяет описать тепловые и др. свойства кристаллов, используя методы кинетической теории газов (См. Газы). Ф. в большинстве случаев представляют собой главный тепловой резервуар твёрдого тела. Теплоёмкость кристаллического твёрдого тела практически совпадает с теплоёмкостью газа Ф. Теплопроводность кристалла можно описать как теплопроводность газа Ф., теплосопротивление которого обеспечивается процессами переброса.

Рассеяние электронов проводимости при взаимодействии с Ф. - основной механизм электросопротивления металлов (См. Металлы) и полупроводников (См. Полупроводники). Способность электронов проводимости излучать и поглощать Ф. приводит к притяжению электронов друг к другу, что при низких температурах является причиной перехода ряда металлов в сверхпроводящее состояние (см. Сверхпроводимость, Купера эффект). Излучение Ф. возбуждёнными атомами и молекулами тел обеспечивает возможность безызлучательных электронных переходов (см. Релаксация). В релаксационных процессах в твёрдых телах Ф. обычно служат стоком для энергии, запасённой др. степенями свободы кристалла, например электронными.

Среднюю энергию газа Ф. (как и др. квазичастиц) можно характеризовать величиной, подобной температуре обычного газа. Однако благодаря сравнительно слабой связи Ф. с др. квазичастицами фононная (или решёточная) температура может отличаться от температуры др. квазичастиц (электронов проводимости, магнонов, экситонов). В аморфных (стеклообразных) телах понятие Ф. удаётся ввести только для длинноволновых акустических колебаний, мало чувствительных к взаимному расположению атомов.

Ф. называются также элементарные возбуждения в сверхтекучем гелии (См. Гелий), описывающие колебательное движение квантовой жидкости (см. Сверхтекучесть).

Лит.: Займан Дж., Электроны и фононы, пер. с англ., М., 1962; Косевич А. М., Основы механики кристаллической решетки, М., 1972; Рейсленд Дж., Физика фононов, пер. с англ., М., 1975.

М. И. Каганов.