拍頻效應光速的測量

光速是有限還是無限，到17世紀還有爭議，笛卡爾認為是無限的，伽利略認為是有限的。17世紀初，伽利略用測量聲速的方法來測量光速，他讓兩個人各提一盞有遮光板的燈，并分別站在相距約1．6千米的地方，令第一個人先打開他的燈，同時開始計時；第二個人見到第一個人的燈亮時，立刻打開自己的燈；當?shù)谝粋€人看見第二個人的燈亮時，停止計時，這樣測出光從第一個人到第二個人再返回所用的時間，再測出兩地的距離，就可以計算出光的速度。從原理上講，伽利略的方法是對的，但是實驗失敗了。這是因為光速很大，1/7秒能繞地球一周多，靠當時的條件在地球上用通常測聲速的方法測光速是難以實現(xiàn)的。于是，人們把測光速的場地移到太空。在伽利略去世后約30年，丹麥王文學家羅默在觀察木星的衛(wèi)星食中，于1676年指出光速是有限的。

木星是一個周期為12年的太陽行星，它有11個衛(wèi)星——木星的月亮，其中4個最亮的可用合適的望遠鏡看到，它們繞木星旋轉的軌道平面幾乎重合于地球和木星繞太陽旋轉的軌道面。因而木星的衛(wèi)星每繞木星一周將在進入木星影處發(fā)生一次蝕。最接近于木星的衛(wèi)星，其周期是42小時28分16秒（約為7/4天），它走過自己直徑那樣的距離約需3．5分鐘，因而用望遠鏡可以觀察到它剛發(fā)生蝕的瞬間，在這個系統(tǒng)里，木星的衛(wèi)星蝕，一方面作為一個信號供地球上人來觀察，同時，此衛(wèi)星蝕的周期過程又是一個準確的時鐘，如果地球相對于木星的距離不變，或者光速為無限大（信號由木星那里傳到地球不需要時間），則每隔42小時28分16秒自然就看到該衛(wèi)星的蝕一次。但是，眾所周知，光速不是無限大，并且地球每時都在改變著它與木星的距離，所以在地球上看到的木星的衛(wèi)星相鄰蝕之間的時間間隔是變化的。顯然這個變化與地球相對于木星的距離的變化和光速的大小有關。

羅默經(jīng)過長期細心的觀察，他發(fā)現(xiàn)：若地球在E1和木星在J1看到一次木星衛(wèi)星蝕，再用平均周期推算此后任一次蝕的時間，則后一次蝕一般地并不剛好發(fā)生在所推算的時間。例如當?shù)厍蛟诮?jīng)過E1之后約三個月行至E2處，實際看到蝕的時間較推算出的時間延遲了約10分鐘。這是因為當?shù)厍蛟谧髯訣1向E2而達E3的運動時，地球與木星的距離在逐漸增大，自木星來的任一信號都必須比前一信號多走一些距離才到達地球。經(jīng)過由E1到E2的三個月，所有相鄰蝕的時間延遲的總和約為10分鐘。當?shù)厍蚶^續(xù)由E2經(jīng)過E4而向E5運動時，地球與木星的距離在逐漸減小，自木星來的任一信號都比前一信號少走一些距離。羅默從他的測量得出，光走過與地球軌道半徑等長的距離所需的時間約為11分鐘。在羅默的時代只知道地球軌道半徑的近似值，當取此半徑為149．7×106千米時，算得光速c=215000千米/秒。

在地球上較短的距離內用實驗的方法測出光速是19世紀中葉的事了。1849年法國物理學家菲索用“齒輪法”測出光速。從光源S發(fā)出的光，射到半鍍銀的平面鏡A上，經(jīng)A反射后，從齒輪N的齒間空隙射到反射鏡M上，然后再反射回來，通過半鍍銀鏡射入觀察者眼中。如果使齒輪轉動，那么在光從齒間到達M再反射回齒間的時間Δt內，齒輪將轉過一個角度。如果這時齒a和a′間的空隙恰好被a所占據(jù)，則反射回來的光被遮斷，因而觀察者將看不到光。但如果這時齒輪恰好轉到下一個齒間空隙，由M反射回來的光從齒間空隙通過，觀察者就能重新看到光。齒輪的齒數(shù)已知，測出齒輪的轉速，可算出齒輪轉過一個齒的時間Δt，再測出M、N間的距離，就可以算出光速。菲索當時測得空氣中的光速：c=315300千米/秒。1851年，法國物理學家傅科用旋轉鏡法測得空氣中的光速：c=298×108米/秒。傅科還第一次測出了光在水中的傳播速度為2．23×108米/秒，相當空氣中光速的四分之三。

1924—1927年，美國科學家邁克爾孫綜合菲索和傅科測光速方法的優(yōu)點，用旋轉棱鏡法，在美國海拔5500米、相距35千米的威爾孫山和圣安東尼奧山進行實驗，精確地測得光速：c=299796±4千米/秒。非常接近1975年第15屆國際計量大會決議采用的光速值c=299792．458±0．001千米/秒。他就在這次測量過程中中風，于1931年去世。

在激光得以廣泛應用以后，開始利用激光測量光速。其方法是測出激光的頻率和波長，應用c=λν計算出光速c，這種方法測出的光速是最精確的。根據(jù)1975年第15屆國際計量大會決議，把真空中光速值定為c=299792458米/秒。在通常應用多取c=3×10^8米/秒。

LM2000A1光速測量儀（原LM2000A的增強型）(相位法)·對激光光束直接進行100MHz的高頻調制，移動反光鏡通過測量近程光與遠程光的相位差求得調制光的波長，依據(jù)C=f·λ計算出光的傳播速度，即“相位法”。

·選用示波器來測量相位值。并采用降頻測相電路，測相頻率為455KHz，大大降低了對示波器的要求。

LM2000B光速測量儀(振蕩法)·把光程作為“光-電振蕩”環(huán)路中的一個參量，用頻率計測量近程光與遠程光的頻率差，并轉換成時間差，依據(jù)C=△D/△T求得光速值。

采用高頻聲光器件，利用聲光頻移效應產(chǎn)生150MHz的拍頻波，移動反光鏡，用示波器測量近程光與遠程光的相位差求得拍頻波的波長，進而測得光的傳播速度，即“光拍法”。

壁效應是指各類化工設備器壁的影響。這種影響主要是指靠近器壁的空間結構與其他部分有很大差別，器壁處的流動狀況、傳質、傳熱狀況與主流體中也有很大差別。當采用實驗規(guī)模的小型設備研究傳質、傳熱、反應的規(guī)律時，器壁的影響遠比大型設備為大。

壁效應可根據(jù)對象分為：岸壁效應、斜壁效應、端壁效應、附壁效應等，其中岸壁效應最為常見。

磁效應主要有磁－力效應、磁聲效應、磁光效應、磁熱效應和磁電效應以及它們的逆效應。

電流的磁效應

1. 何謂電流的磁效應？

a. 電流的磁效應（動電會產(chǎn)生磁）：奧斯特發(fā)現(xiàn)：任何通有電流的導線，都可以在其周圍產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象，稱為電流的磁效應。

b. 非磁性金屬通以電流，卻可產(chǎn)生磁場，其效果與磁鐵建立的磁場相同。

2. 通有電流的長直導線周圍產(chǎn)生的磁場。

a. 在通電流的長直導線周圍，會有磁場產(chǎn)生，其磁力線的形狀為以導線為圓心一封閉的同心圓，且磁場的方向與電流的方向互相垂直。

b.安培定律：通有電流的長直導線周圍所建立的磁場強弱，和導線上的電流大小成正比，和導線間的距離成反比。

c. 磁場（或磁力線）的方向：可由右手螺旋定則來決定。

2. 電流方向：右手握住導線，大拇指指向電流的方向。

3. 磁場（或磁力線）方向：四指所指的方向。

4. 載流螺線管產(chǎn)生的磁場

a. 螺線形線圈相當于數(shù)十個圓盤形薄磁鐵之N極與S極頭尾相連所形成的磁場，就好像一個長圓柱形磁鐵所造成的磁場。

b. 通有電流的螺線形線圈繞得愈緊密，也就是說單位長度內的匝

數(shù)愈多，則軸心處的磁場愈強。

c. 螺線形線圈磁場方向的判定【右手螺旋定則變化】：以右手握住線圈，四指彎曲指向電流方向，大拇指所指的方向即為線圈N 極的一端，也就是線圈內磁力線的方向。

d. 在線圈內部，磁力線的方向是由S極指向N極，離開線圈後，磁力線的方向是由N極指向S極。

e. 圈內磁場較圈外強。

5. 電磁鐵的原理

a. 將鐵釘（或軟鐵）插入一螺線形線圈內部，則當線圈通有電流時，線圈內部的磁場將使鐵釘磁化，具有磁性。

b. 鐵釘磁化後所生成的磁場，加上原有線圈內的磁場，使得總磁場強度大為增強。

c. 當電流切斷時，線圈及鐵釘?shù)拇判噪S即消失，利用這種方式得到的磁鐵，稱為電磁鐵。

d. 增強螺線管線圈磁場方法【1】增加單位圈數(shù)【2】增強線圈電流【3】放入軟磁鐵

6. 電磁鐵的特性

a. 可藉增大電流及增加線圈數(shù)，使其磁力遠大于天然磁鐵?？梢缘踹\巨大的鋼板或廢棄汽車。安培計、伏特計中也有電磁鐵。

b. 通電產(chǎn)生磁性，電流停止則磁性消失，可隨意改變大小和方向，用起來比永久磁鐵方便。

磁效應構造

1.線圈（電樞）和鐵芯：以細漆包線在鐵芯外部纏繞成線圈，以線圈連接轉軸可以自由轉動。此為電磁鐵。

2.場磁鐵：為永久磁鐵，置于線圈外圍。

3.集電環(huán)（半圓形金屬環(huán)）：漆包線兩端引線各連接在兩個緊貼轉軸的半圓形金屬環(huán)上。

4.電刷：與集電環(huán)微微接觸，電源提供的電流由電刷輸入或自線圈輸出。

磁效應原理

1.直流電源流入電磁鐵的線圈中，電磁鐵產(chǎn)生磁場，并與場磁鐵的磁場產(chǎn)生排斥。

2.每轉180度，因半圓形金屬環(huán)跳至另一個電刷，電流方向改變，線圈極性隨之改變，使電磁鐵與外圍磁場始終保持，排斥狀態(tài)，才能讓線圈持續(xù)轉動。 在磁場中受力作用轉動。

震磁效應是由于某些物質有壓磁效應或磁致伸縮現(xiàn)象，從而，認為不僅大地震發(fā)生后會在局部地區(qū)出現(xiàn)地磁場的變化，而且在大地震發(fā)生前，由于物質遭受不同的擠壓或不同的溫度影響，也會使物質的磁性發(fā)生變化并反映為局部地磁場異常變化。

因此，利用這種變化有可能預測大地震。還有人認為地震的孕育、發(fā)生和發(fā)展與局部地磁場的變化是有聯(lián)系的，并將這種聯(lián)系統(tǒng)稱為震磁效應。為了利用震磁效應必須消除外空電流體系變化對地磁場的影響，大多利用兩個或兩個以上地磁臺（按不同的磁經(jīng)或磁緯選?。┵Y料相減的辦法，來提取震磁效應的“信息” ，進行分析預報地震。