устройство для увеличения интенсивности звука (См. Интенсивность звука). Известны фокусирующие и волноводные К. а.

Фокусирующие К. а. выполняются обычно либо в виде зеркальных систем, либо в виде так называемых фокусирующих ультразвуковых излучателей сферической или цилиндрической формы. Последние изготовляются чаще всего из пьезоэлектрической керамики и колеблются на основной резонансной частоте по толщине. Применяются также цилиндрические магнитострикционные излучатели. Фокусирующие К. а. применяются как в лабораторной практике, так и в промышленности, главным образом в установках технологического применения Ультразвука: ультразвуковой очистки, диспергирования, получения аэрозолей и др. В фокальном пятне фокусирующих К. а. собирается до 90\% всей излучаемой звуковой энергии. Т. к. для хорошего фокусирования необходимо, чтобы размеры К. а. были велики по сравнению с длиной волны, то этот тип К. а. применяется главным образом в области высоких ультразвуковых (10⁵ гц и выше) частот. С их помощью получают интенсивности 10³- 10⁴ вт/см².

Волноводный К. а. (иногда называют механическим трансформатором) представляет собой отрезок неоднородного (сужающегося) волновода (см. Волновод акустический), концентрация энергии в котором происходит в результате уменьшения сечения. Широкое распространение получили резонансные волноводные К. а. в виде металлических стержней полуволновой длины с сечением, изменяющимся плавно по определённому закону или скачками. Такие К. а. могут давать усиление по амплитуде в 10-15 раз и позволяют получить в области частот Концентратор акустический 10⁴ гц амплитуды колебаний до 50 мкм. Применяются в ультразвуковых станках для механической обработки, в установках ультразвуковой сварки, ультразвуковых хирургических инструментах и т. д.

Лит.: Ультразвуковое резание, М., 1962, гл. 3; Розенберг Л. Д., Фокусирующие излучатели ультразвука, в кн.: Источники мощного ультразвука, М., 1967 (Физика и техника мощного ультразвука, [кн. 1]); Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962, гл. 5.

Под ред. И. П. Голяминой.

Рис. 1. Схема фокусирующего сферического излучателя из пьезокерамики, колеблющегося по толщине.

Рис. 2. Волноводные резонансные акустические концентраторы: 1 - конический, 2 - экспоненциальный, 3 - ступенчатый, ξ - распределение амплитуды колебаний.

телеграфный, коммутационное устройство для уменьшения числа телеграфных аппаратов на телеграфной станции по сравнению с числом линий связи, подведённых к ней. Различают К. ручного обслуживания и автоматические. Они применяются на малозагруженных линиях, по которым обмен не превышает 30-80 телеграмм в сутки (см. Обмен телеграфный). Основным элементом простейшего К. является ключ, ручка которого может принимать 3 положения: горизонтальное - положение покоя, верхнее - подключение 1-го телеграфного аппарата, и нижнее - подключение 2-го телеграфного аппарата к линии связи. Число ключей в К. равно числу линий связи. С одной стороны к каждому ключу подводится своя линия связи, с другой (ко всем ключам К.) - два телеграфных аппарата для приёма и передачи телеграмм по подведённым линиям. Заметив сигнал вызова с городского отделения связи, телеграфист центрального телеграфа переводит ручку ключа, находящегося под загоревшейся вызывной лампой, например, в верхнее положение (включение 1-го телеграфного аппарата). При поступлении вызова с другого городского отделения связи во время работы 1-го аппарата телеграфист переводит ручку соответствующего ключа в нижнее положение (включение 2-го телеграфного аппарата). По окончании передачи или приёма телеграмм ключи К. переводят в горизонтальное положение покоя.

В. В. Новиков.

Схема телеграфного концентратора: ЛР - линейное реле; КО - компенсационная обмотка реле; РО - рабочая обмотка реле; ЛБ - линейная батарея; МБ - местная батарея; Пер. - передатчик; ЭМ - электромагнит; К - ключ; ВР - вызывное реле; ВЛ - сигнальная вызывная лампа; ЛЗ - сигнальная лампа занятости; вp₁ - контакт в цепи BP; вр₂ - контакт в цепи В_л; R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R_к, R_л - резисторы, ограничивающие токи в соответствующих цепях; Гор. - горизонтальное (среднее) положение ручки ключа К.

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.