中文名 | 色散力 | 外文名 | dispersion force |
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所屬學(xué)科 | 化學(xué) | 別????名 | 倫敦力 |
緣????由 | 分子中電子和原子核不停地運(yùn)動(dòng) | 性????質(zhì) | 鹵素分子物理很容易分子間力定性 |
色散力存在于一切分子之間。色散力與分子的變形性有關(guān),變形性越強(qiáng)越易被極化,色散力也越強(qiáng)。稀有氣體分子間并不生成化學(xué)鍵,但當(dāng)它們相互接近時(shí),可以液化并放出能量,就是色散力存在的證明。
量子力學(xué)計(jì)算表明,色散力與分子變形性有關(guān),變形性越大,色散力越強(qiáng)。由于各種分子均有瞬間偶極,所以色散力存在于極性分子和極性分子、極性分子和非極性分子以及非極性分子和非極性分子之間。而且在一般情況下,色散力是主要的分子間力。只有極性相當(dāng)強(qiáng)的分子,取向力才顯得重要。
色散力、誘導(dǎo)力和取向力統(tǒng)稱為范德華力(分子間作用力)。它是在人們研究實(shí)際氣體對(duì)理想氣體的偏離時(shí)提出來(lái)的。由于隨著分子間距離的增大而迅速減小,所以它是一種近程力,表現(xiàn)為分子間近距離的吸引力,作用范圍只有幾個(gè)皮米。其作用能的大小從幾到幾十焦耳每摩爾,比化學(xué)鍵的鍵能小1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。與共價(jià)鍵不同,分子間力沒(méi)有方向性和飽和性。分子間力包括三種作用力,由于相互作用的分子不同,這三種力所占的比例也不同,但色散力通常是最主要的。
分子間力有以下特點(diǎn):①分子間力的大小與分子間距離的6次方成反比。因此分子稍遠(yuǎn)離時(shí),分子間力驟然減弱。它們的作用距離大約在300~500pm范圍內(nèi)。分子間既保持一定接觸距離又“無(wú)”電子云的重疊時(shí),相鄰兩分子中相互接觸的那兩個(gè)原子的核間距之半稱原子的范德華半徑。氯原子的范德華半徑為180pm,比其共價(jià)半徑99pm大得多。②分子間力沒(méi)有方向性和飽和性。③分子間力作用能一般在2~20KJ·mol-1,比化學(xué)鍵能(100~600kJ·mol-1)小約1~2數(shù)量級(jí)。
任何一個(gè)分子,由于電子的不斷運(yùn)動(dòng)和原子核的不斷振動(dòng),常發(fā)生電子云和原子核之間的瞬時(shí)相對(duì)位移,從而產(chǎn)生瞬時(shí)偶極。分子靠瞬時(shí)偶極而相互吸引,這種力稱為色散力。色散力主要與分子的變形性有關(guān),分子的變形性越大,色散力越強(qiáng)。它存在于一切分子之間。
波分傳輸為什么有的發(fā)端還需要色散補(bǔ)償?色散補(bǔ)償在此處的作用是啥?
在通訊系統(tǒng)中,我們希望得到更高的信號(hào)速率和更遠(yuǎn)的傳輸距離;但在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)會(huì)有非線性效應(yīng),這時(shí)候就需要加色散補(bǔ)償模塊(DCM),DCM在三個(gè)位置可以加:一.預(yù)補(bǔ)償,在信號(hào)進(jìn)入光纖前補(bǔ)償 二....
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由于分子中電子和原子核不停地運(yùn)動(dòng),分子的電子云的分布呈現(xiàn)有漲有落的狀態(tài),從而使它與原子核之間出現(xiàn)瞬時(shí)相對(duì)位移,產(chǎn)生了瞬時(shí)偶極,分子也因而發(fā)生變形。分子中電子數(shù)愈多、原子數(shù)愈多、原子半徑愈大,分子愈易變形。瞬時(shí)偶極可使其相鄰的另一分子產(chǎn)生瞬時(shí)誘導(dǎo)偶極,且兩個(gè)瞬時(shí)偶極總采取異極相鄰狀態(tài),這種隨時(shí)產(chǎn)生的分子瞬時(shí)偶極間的作用力為色散力(因其作用能表達(dá)式與光的色散公式相似而得名)。雖然瞬時(shí)偶極存在暫短,但異極相鄰狀態(tài)卻此起彼伏,不斷重復(fù),因此分子間始終存在著色散力。無(wú)疑,色散力不僅存在于非極性分子間,也存在于極性分子間以及極性與非極性分子間。
鹵素分子物理性質(zhì)很容易用分子間力作定性地說(shuō)明:F2、Cl2、Br2、I2都是非極性分子。順序分子量增大,原子半徑增大,電子增多,因此色散力增加,分子變形性增加,分子間力增加。所以鹵素分子順序熔、沸點(diǎn)迅速增高,常溫下F2、Cl2是氣體,Br2是液體,而I2則是固體。不過(guò),HF、H2O、NH2三種氫化物的分子量與相應(yīng)同族氫化物比較明顯地小,但它們的熔、沸點(diǎn)則反常地高,其原因在于這些分子間存在氫鍵。 2100433B
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光纖色散 在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)(脈沖)的不同頻率成份或不同的模式分量以不同的速度傳播,到達(dá)一定距離后必 然產(chǎn)生信號(hào)失真(脈沖展寬),這種現(xiàn)象稱為光纖的色散或彌散。 光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)具有一定的頻譜寬度,也就是說(shuō)光信號(hào)具有許多不同的頻率成分。同時(shí),在多模光纖 中,光信號(hào)還可能由若干個(gè)模式疊加而成,也就是說(shuō)上述每一個(gè)頻率成份還可能由若干個(gè)模式分量來(lái)構(gòu)成。 光纖的色散主要有材料色散、波導(dǎo)色散、偏振模色散和模間色散四種。其中,模間色散是多模光纖所特有 的。 這四種色散作用還相互影響,由于材料折射率 n是波長(zhǎng) λ(或頻率 w)的非線性函數(shù), d2n/d2λ≠0,于是不 同頻率的光波傳輸?shù)娜核俣炔煌鶎?dǎo)致的色散成為材料色散。 由于導(dǎo)引模的傳播常數(shù) β是波長(zhǎng) λ(或頻率 w)的非線性函數(shù), 使得該導(dǎo)引模的群速度隨著光波長(zhǎng)的變化而變 化,所產(chǎn)生的色散成為波導(dǎo)色散(或結(jié)構(gòu)色散)。 偏振模色散指光纖中偏振色
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根據(jù)試探方程法的一種解法,獲得了一個(gè)非線性的形變色散耗散方程的精確解,并給出實(shí)際參數(shù)得到相應(yīng)解的具體構(gòu)造。
由于光纖中所傳信號(hào)的不同頻率成分,或信號(hào)能量的各種模式成分,在傳輸過(guò)程中,因群速度不同互相散開(kāi),引起傳輸信號(hào)波形失真,脈沖展寬的物理現(xiàn)象稱為色散。光纖色散的存在使傳輸?shù)男盘?hào)脈沖畸變,從而限制了光纖的傳輸容量和傳輸帶寬。從機(jī)理上說(shuō),光纖色散分為材料色散,波導(dǎo)色散和模式色散。前兩種色散由于信號(hào)不是單一頻率所引起,后一種色散由于信號(hào)不是單一模式所引起。
材料的折射率隨入射光頻率的減小(或波長(zhǎng)的增大)而減小的性質(zhì),稱為"色散"。
色散可通過(guò)棱鏡或光柵等作為"色散系統(tǒng)"的儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如一細(xì)束陽(yáng)光可被棱鏡分為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七色光。這是由于復(fù)色光中的各種色光的折射率不相同。當(dāng)它們通過(guò)棱鏡時(shí),傳播方向有不同程度的偏折,因而在離開(kāi)棱鏡則便各自分散成了單色光。
光纖的色散主要有材料色散、波導(dǎo)色散、偏振模色散和模間色散四種。其中,模間色散是多模光纖所特有的。
多模傳輸時(shí),光纖各模式在同一波長(zhǎng)下,因傳輸常數(shù)的切線分量不同,群速不同所引起的色散。多模光纖中,以不同角度射入光纖的射線在光纖中形成不同的模式。光纖基本結(jié)構(gòu)中的圖畫出了三條不同角度的子午射線。其中沿軸心傳輸?shù)纳渚€為最低次模,其切線方向的傳輸速度(即群速)最快,首先到達(dá)終端。沿剛好產(chǎn)生全反射角度傳輸?shù)纳渚€為最高次模,其切線方向的傳輸速度最慢,最晚到達(dá)終端。它們到達(dá)終端的時(shí)間就有差異,模式間的這種時(shí)間差或時(shí)延差就叫做模式色散,或稱模間色散。
多模光纖的色散用光纖帶寬(MHzkm)表示,帶寬是從頻域特性表示光纖色散大小的。
信號(hào)不是單一模式會(huì)引起模式色散。多模光纖中,模式色散在三種色散中是主要的。
是光纖材料的折射率隨頻率(波長(zhǎng))而變,可使信號(hào)的各頻率(波長(zhǎng))群速度不同引起色散。
某個(gè)模式本身,由于傳輸?shù)氖怯幸欢▽挾阮l帶,不同頻率下傳輸常數(shù)的切線分量不同,群速不同所引起的色散。
材料色散和波導(dǎo)色散在實(shí)際情況下很難截然分開(kāi),所以在許多情況下將這二種色散統(tǒng)稱為模內(nèi)色散。
這四種色散作用還相互影響,由于材料折射率n是波長(zhǎng)λ(或頻率w)的非線性函數(shù),d2n/d2λ≠0,于是不同頻率的光波傳輸?shù)娜核俣炔煌?,所?dǎo)致的色散成為材料色散。
由于導(dǎo)引模的傳播常數(shù)β是波長(zhǎng)λ(或頻率w)的非線性函數(shù),使得該導(dǎo)引模的群速度隨著光波長(zhǎng)的變化而變化,所產(chǎn)生的色散成為波導(dǎo)色散(或結(jié)構(gòu)色散)。
偏振模色散指光纖中偏振色散,簡(jiǎn)稱 PMD(polarization modedispersion),它是由于實(shí)際的光纖中基模含有兩個(gè)相互垂直的偏振模,沿光纖傳播過(guò)程中,由于光纖難免受到外部的作用,如溫度和壓力等因素變化或擾動(dòng),使得兩模式發(fā)生耦合,并且它們的傳播速度也不盡相同,從而導(dǎo)致光脈沖展寬,引起信號(hào)失真。
不同的導(dǎo)引模的群速度不同引起的色散成為模間色散,模間色散只存在與多模光纖中。
色散限制了光纖的帶寬-距離乘積值。色散越大,光纖中的帶寬-距離乘積越小,在傳輸距離一定(距離由光纖衰減確定)時(shí),帶寬就越小,帶寬的大小決定傳輸信息容量的大小。