Текст книги "Энциклопедия «Техника» (с иллюстрациями)"

КАНÁЛ, искусственное русло (водовод) с безнапорным движением воды, обычно устраиваемое в грунте. Различают каналы: судоходные – искусственные водные пути (напр., Беломорско-Балтийский, Суэцкий, Панамский), энергетические (напр., на Севанском каскаде), оросительные, обводнительные, осушительные, водопроводные (напр., Иртыш – Караганда), лесосплавные, рыбоводные и комплексного использования (напр., Волго-Донской канал). Судоходные каналы разделяются на: соединительные между судоходными реками, озёрами и морями, напр. Волго-Донской судоходный канал, канал имени Москвы; обходные (обводные) каналы, устраиваемые в целях улучшения условий судоходства в обход порожистых участков рек, больших озёр и морей; спрямляющие каналы – для уменьшения извилистости судового хода и сокращения длины водного пути; подходные каналы – для обеспечения подхода со стороны моря, озера или реки к крупным городам, внутренним портам, промышленным предприятиям. Судоходные каналы бывают открытые и шлюзованные. Открытые каналы устраивают при соединении водоёмов с практически одинаковыми уровнями воды, шлюзованные каналы – при разных уровнях. Шлюзованные каналы состоят из нескольких участков, располагаемых на разных уровнях, между которыми устраивают шлюзы. Обходные и подходные каналы, как правило, строятся открытыми, соединительные – шлюзованными. Вода в судоходные (шлюзованные) каналы подаётся самотёком (самотёчные каналы) или накачивается насосными станциями (машинные каналы).

Коринфский канал

Энергетические (деривационные) каналы подводят воду из реки, водохранилища, озера к гидроэлектрической станции или отводят от неё воду, прошедшую через турбины. Оросительные (ирригационные) каналы, предназначенные для подачи воды к орошаемым земельным массивам, обычно образуют систему каналов: магистральных, распределительных, собственно оросительных (оросителей) и водосбросных. В оросительные каналы вода поступает самотёком или подаётся насосами. Обводнительные каналы подают воду для нужд сельского хозяйства (гл. обр. животноводства) в безводные и засушливые районы. Осушительные каналы собирают воду, поступающую из осушительной или дренажной сети (на заболоченной или излишне увлажнённой территории), и отводят её в близлежащий водоём (реку, озеро, море) самотёком или с помощью насосных станций. Водопроводные каналы служат для подачи воды от источника водоснабжения к месту её потребления – промышленному району, городу, посёлку и т. п. Лесосплавные каналы устраиваются для сплава леса плотами обычно от мест его заготовки до лесосплавной реки или лесопильного завода. Лесосплавные каналы сооружаются также в районах гидроузлов для направления лесосплава в обход гидротехнических сооружений. Рыбоводные каналы служат для подачи воды на искусственные нерестилища, для соединения с рекой отдельных изолированных водоёмов (озёр), в которых водится рыба, для опреснения лиманов и т. п. Комплексные каналы сооружают для решения одновременно нескольких водохозяйственных задач.

КАНÁЛ СВЯ́ЗИ, совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала между двумя пунктами системы связи. Каналы осуществляют связь непрерывно или в определённые промежутки времени, как, напр., каналы местной телефонной линии связи. Общие требования к параметрам канала определяются передаваемыми сигналами (телефония, звуковое вещание, телевидение, передача данных), видом передаваемых сигналов определяются и допустимые значения вносимых искажений и помех. На качество передачи влияют как частотные и временные характеристики канала в целом, так и нелинейные характеристики отдельных его элементов.

КАНАЛИЗÁЦИЯ, комплекс инженерных сооружений, оборудования и санитарных мероприятий, обеспечивающих сбор и отведение за пределы населённых пунктов загрязнённых сточных вод, а также их очистку и обеззараживание. Применяются общесплавная и раздельная канализационная системы. При общесплавной системе все сточные воды (бытовые, производственные, дождевые) отводятся за пределы населённого пункта по одной общей сети труб и каналов. При раздельной системе слабо загрязнённые воды (дождевые и частично производственные) удаляют по одной системе труб и сбрасывают в водоёмы без дополнительной очистки, а бытовые и сильно загрязнённые производственные воды по другой канализационной сети подаются к очистным сооружениям.

Отведение сточных вод по трубам применялось с древних времён. За 2.5 тыс. лет до н. э. в Египте уже существовали канализационные каналы, отводившие сточные воды за пределы дворцов. В 6 в. до н. э. в Риме был построен канал «клоака мaксима», частично используемый в современной канализационной системе Рима. В Средние века плотность населения росла, а санитарная обстановка ухудшалась. Гигиенические условия в городах были ужасающими. Городские улицы были загромождены высокими кучами мусора. Жители богатого немецкого города Аугсбурга, выходя на улицу, надевали поверх башмаков деревянные калоши. Передвигаться по городам в тёмное время суток было небезопасно: жители выливали из окон на улицу содержимое своих горшков. В некоторых городах муниципалитет пытался упорядочить эту процедуру. В Севилье (Испания) выливать горшки можно было только в 5 часов утра, а в Париже предписывалось, чтобы, перед тем как опорожнить горшок, выплёскивающий трижды крикнул: «Берегись!» Учащающиеся эпидемии, развивающаяся промышленность и соответственно увеличение объёма сточных вод обусловили необходимость развития канализации. Однако интенсивное строительство канализационных сетей в Европе началось лишь в 19 в. Первые канализационные системы были преимущественно общесплавными, при этом сброс происходил в водоёмы и реки, где шёл спонтанный процесс очищения. С годами количество сточных вод неизмеримо выросло. Теперь каждый большой город окружён системой очистных сооружений. И всё-таки недостаточно очищенные, отравленные промышленными отходами воды, сбрасываемые в естественные водоёмы и убивающие в них всё живое, – это бич нашего времени.

КАНÁТНАЯ ДОРÓГА, установка для перевозки грузов в подвесных вагонетках, а также пассажиров в подвесных вагонах и креслах по натянутому между станциями (опорами) стальному канату. Канатные дороги строят в горной, пересечённой и труднопроходимой местности, а также в городах и посёлках для создания наиболее экономичных, кратчайших транспортных связей между различными объектами. По назначению различают грузовые, пассажирские и грузопассажирские канатные дороги; по устройству – двухканатные (один из канатов несущий, другой – тяговый) и одноканатные. Канатные дороги бывают с кольцевым движением, при котором вагоны перемещаются по двум параллельным канатам всегда в одном направлении, и с маятниковым – на каждом канате подвешено по одному вагону, совершающему возвратно-поступательное движение между конечными станциями.

Вагон канатной дороги

Первая грузовая канатная дорога (длиной 2 км) в России была построена в 1922 г. на Волховстрое. Грузовые канатные дороги в основном строятся двухканатными с кольцевым движением вагонеток по двум параллельным несущим канатам. Длина грузовых канатных дорог практически не ограничена (т. к. их могут образовывать последовательно соединённые самостоятельные секции длиной 10 км и более). Напр., канатная дорога «Кристенберг – Булиден» (Швеция), служащая для транспортирования руды, имеет протяжённость 96 км. Производительность грузовых канатных дорог достигает 650 т в час (иногда более). На строительстве различных объектов используются лёгкие стационарные и переносные, одноканатные и двухканатные дороги (длиной не более 2 км), с кольцевым и маятниковым движением вагонеток грузоподъёмностью до 500 кг.

Первая пассажирская канатная дорога в России построена в 1963 г. Пассажирские канатные дороги строят двухканатными с кольцевым или маятниковым движением (одного или двух вагонов), а также одноканатными кресельными, гл. обр. на горнолыжных курортах и спортивных комплексах. Протяжённость таких дорог – до 12 км, подъём возможен на высоту до 3 км, скорость движения вагонов – 1.5—11 м/с. Для обеспечения безопасности дороги оборудуют ловительными устройствами, применяют два тяговых каната, используют гасители колебаний (для предотвращения боковых столкновений). Кроме подвесных канатных дорог, сооружают наземные канатные подъёмники, с помощью которых можно перемещать вверх по горному склону гружёные автомобили.

КАНÓЭ, безуключинное спортивное судно без палубы для 1—10 человек, управляющих гребковыми вёслами стоя на одном колене. См. Гребные суда.

КАРАВÉЛЛА, однопалубное трёх-, четырёхмачтовое судно 13–17 вв. с высокими надстройками на носу и корме, водоизмещением 20—400 т. См.Парусные суда.

КАРБЮРÁТОР, прибор, создающий и дозирующий горючую смесь из распылённого жидкого топлива и воздуха для питания бензинового двигателя внутреннего сгорания. Работа простейшего карбюратора аналогична действию аэрозольного баллончика или пульверизатора. Во время такта впуска, когда в цилиндре возникает разрежение, атмосферный воздух засасывается через карбюратор, и в его смесительной камере создаётся интенсивный поток очищенного воздуха. Струя топлива поступает в смесительную камеру через распылитель и дробится в этом потоке на мельчайшие капли. Количество подаваемой смеси и, следовательно, развиваемая двигателем мощность регулируются поворотом дроссельной заслонки, которой управляет водитель, нажимая на педаль «газа». Топливо в распылитель поступает из небольшого резервуара – поплавковой камеры, куда оно закачивается топливным насосом из бака. Постоянство количества топлива в поплавковой камере обеспечивается автоматически с помощью поплавка и запорного клапана (иглы): при повышении уровня топлива поплавок всплывает и клапан закрывается. Ограничение расхода топлива, поступающего в смесительную камеру, обеспечивается жиклёром – втулкой с калиброванным проходным отверстием, через которое может протечь строго определённое количество топлива. Техническое состояние карбюратора существенно влияет на работу двигателя. Нарушение его регулировок приводит к ухудшению экономичности и динамических качеств автомобиля, а также к увеличению токсичности отработавших газов.

Схема устройства простейшего карбюратора:

1 – топливный бак; 2 – топливная камера; 3 – поплавок; 4 – запорная игла; 5 – дроссельная заслонка; 6 – жиклёр; 7 – смесительная камера; 8 – воздушная заслонка

КАРДÁННЫЙ МЕХАНИ́ЗМ (кардан),[5]5
  по имени итальянского математика и врача Дж. Кардано (G. Cardano; 1501–1576)


[Закрыть] шарнирный механизм, обеспечивающий вращение двух валов, расположенных под переменным углом относительно друг друга. Передача вращения обеспечивается жёстким карданом, в который входят два подвижных звена, или упругим карданом благодаря упругим свойствам специальных элементов. Последовательное соединение двух карданных механизмов называется карданной передачей. Карданные механизмы широко применяются в трансмиссиях автомобилей, тракторов и других транспортных машин для передачи движения от коробки скоростей или раздаточной коробки дифференциалу ведущего моста.

Карданный шарнир:

1 – вилка; 2 – опора для цапфы крестовины; 3 – крышка; 4 – крестовина

КАРТ, спортивный микроавтомобиль для участия в соревнованиях, носящих название картинг. Конструкция карта предельно проста: стальная рама, на которой установлен двигатель, обычно мотоциклетный, сиденье пилота (водителя), органы управления, передняя и задняя оси с маленькими колёсами. Подвеска отсутствует, трансмиссия – цепная передача, иногда имеется коробка передач. Тормоза действуют только на задние колёса. В зависимости от двигателей карты подразделяются на группы: «Карты международных формул», «Карты международных классов», «Карты национальных классов», «Карты любительских классов». Технические требования к каждой из групп и порядок проведения соревнований устанавливаются Международной федерацией и национальными федерациями картинга. Трассы картинга отличаются сложной конфигурацией с большим числом поворотов. Длина трассы от 400 до 1200 м, ширина от 6 до 10 м, длина прямых участков не более 100 м. Большое распространение картинг получил как молодёжные соревнования. Многие ведущие пилоты гоночных автомобилей мирового класса начинали свою карьеру именно в картинге.

Карт

КÁРТЕР, неподвижная корпусная часть машин или механизмов (двигателей, редукторов, насосов и др.). Обычно имеет коробчатую форму. Служит опорой для рабочих деталей и защищает их от загрязнений. Напр., картер поршневого двигателя внутреннего сгорания служит опорой для коленчатого вала, рабочих цилиндров и других деталей. Нижняя часть картера (поддон) используется как резервуар для смазочного масла.

КАРТÓН, материал, являющийся разновидностью бумаги и отличающийся от неё большей бумажной массой на единицу площади. Картон изготавливают на картоноделательных машинах. Технология получения картона аналогична выработке бумаги и включает в себя следующие основные операции: размол древесной массы, целлюлозы и макулатуры; отлив; прессование и сушка. Вырабатывают однослойные и многослойные картоны из размолотой волокнистой массы. Для внутренних слоёв обычно используют более дешёвые композиции, содержащие волокнистые материалы, макулатуру и немного целлюлозы; для внешних слоёв идёт сульфатная целлюлоза. По назначению различают картон упаковочный (для картонажного производства), полиграфический, обувной, строительный, электроизоляционный и др. К полиграфическим относятся картоны, используемые для изготовления книжных переплётов, билетов, паспарту, адресов, матриц для отлива стереотипов и т. п. Свойства картона оцениваются следующими общими техническими показателями: масса 1 мІ, толщина, влажность, а также специальными требованиями, необходимыми в том производстве, в котором его применяют. Напр., для полиграфического картона особенно важными являются впитывающая способность, смачиваемость, склеиваемость с другими материалами (фольгой, полимерными плёнками и др.). Картон, применяемый в электротехнических устройствах, должен обладать электроизоляционными свойствами; строительные картоны – иметь высокую прочность, поверхностную отделку, необходимую толщину, обеспечивающую шумоизоляцию, и т. д. Ряд специальных технических картонов должен удовлетворять таким требованиям, как, напр., термостойкость, влагонепроницаемость или, наоборот, фильтрующая способность.

КÁРТРИДЖ, сменный функциональный элемент (узел, блок) какого-либо устройства. Напр., фильтрующая вставка в водоочистительных фильтрах, селеновый валик в ксерографическом аппарате, сменная красящая лента или баллон с чернилами на принтерах.

КАРЬÉР, горное предприятие, добывающее полезные ископаемые открытым способом (с поверхности земли); по отношению к предприятию, добывающему уголь, применяют термин «разрез». Карьер представляет собой систему уступов. Верхние уступы обычно вскрышные и породные, а нижние – добычные: на них ведётся разработка полезных ископаемых, располагаются вывозные пути, организуется движение машин, перемещение буровых станков для образования взрывных скважин и т. п. При разработке пород применяются рыхлители, роторные и шагающие экскаваторы, погрузчики, дробильные агрегаты. Транспортирование полезных ископаемых и горной массы осуществляется автосамосвалами, железнодорожными составами, конвейерными системами, отвалообразователями и др. Открытый способ добычи полезных ископаемых известен с эпохи палеолита: в карьерах добывали мрамор, камень, песок и другие строительные материалы. В Древнем Египте первые карьеры были разработаны в связи со строительством пирамид. В кон. 20 в. этим способом добывалось до 95 % строительных горных пород, до 70 % руд, 20 % каменных углей, 90 % бурых углей. Масштабы добычи в карьерах достигают десятков миллионов тонн в год. Крупнейшие угольные и рудные карьеры с объёмом годовой добычи 20–50 и более миллионов тонн находятся в России, Канаде, Германии.

Карьер

КАРЬÉРНЫЙ ТРÁНСПОРТ, предназначен для перемещения и(или) транспортирования раздробленной горной массы в угольных и рудных карьерах, на разработках строительных материалов, при вскрытии месторождений полезных ископаемых. Выбор транспортных средств определяется гл. обр. характеристикой груза, расстоянием транспортировки, масштабом разработок и перспективой их развития. Первыми транспортными средствами на карьерных разработках были ручные тачки и конные колымаги. В кон. 19 в. была освоена вывозка полезных ископаемых в железнодорожных вагонах и на платформах, которые перемещал паровоз; в 1-й пол. 20 в. наряду с паровозами на карьерах для вывозки горной массы на небольшие расстояния использовались электровозы с вагонами-самосвалами. С 50-х гг. 20 в. для работы в карьерах стали применять большегрузные автосамосвалы и дизель-троллейвозы. Начиная с 60-х гг. на карьерах используют специальный железнодорожный транспорт – тяговые агрегаты, состоящие из электровоза с собственной дизель-генераторной установкой и моторных вагонов с электроприводом, питающимся от этой установки. Кроме того, широко применяются роторные экскаваторы, канатные дороги, скреперы, конвейеры и другие транспортные средства, объединяемые в комплексы непрерывного действия с автоматизированным дистанционным управлением. Перспективно использование комбинированных способов транспортирования (автомобильно-конвейерный), применение контейнерных поездов, гидротранспорта и т. д.

Вывоз горной массы тяговым агрегатом из карьера

КАТАПУЛЬТИ́РОВАНИЕ, принудительное покидание лётчиком (экипажем) самолёта, вертолёта или космического корабля. Применяется гл. обр. в военной авиации при аварийных ситуациях на летательном аппарате, а также использовалось в практике первых космических полётов при спуске космонавтов на Землю с помощью парашюта. При катапультировании лётчик покидает летательный аппарат вместе со своим креслом (оно имеет особую конструкцию и называется катапультным). Выброс кресла с лётчиком происходит в результате подрыва пиропатрона в стреляющем механизме. При этом автоматически сбрасывается фонарь с кабины (либо открывается специальный люк), кресло по направляющим рельсам выстреливается вверх (или вниз) и вбок под углом 15–30° к направлению полёта летательного аппарата и с помощью ракетного двигателя удаляется от него на безопасное расстояние. После этого выпускается парашют, лётчик отделяется от кресла и на парашюте спускается на землю.

Схема катапультирования

При выбросе кресла из кабины лётчик испытывает огромные перегрузки, нарастающие практически мгновенно (до 0.04 с) от взрыва пиропатрона и напора воздуха при больших скоростях полёта. Во избежание травм тело лётчика фиксируется в кресле в положении, при котором легче всего переносятся перегрузки. Кроме того, лётчики военных самолётов используют для полётов особое высотное снаряжение, защищающее их от резкого перепада давления и воздействия низких температур при катапультировании на большой высоте или при внезапной разгерметизации кабины. Впервые катапультирование в спасательных целях было использовано немецкими лётчиками во время 2-й мировой войны. Ныне оно является наиболее эффективным, а нередко и единственно возможным способом спасения лётчиков военных самолётов.

Катапультное кресло

КАТÓД, 1) электрод электровакуумного прибора или газоразрядного ионного прибора, служащий источником электронов, обеспечивающих проводимость междуэлектродного пространства в вакууме либо поддерживающих стационарность прохождения электрического тока в газе. В зависимости от механизма испускания (эмиссии) электронов различают термоэлектронные катоды, фотоэлектронные катоды (фотокатоды), холодные катоды и др. Термоэлектронные катоды эмитируют электроны при нагревании, а холодные катоды (напр., фотокатоды) не имеют специального подогрева. Основными характеристиками катодов являются эмиссионная способность (плотность тока эмиссии), эффективность (для термоэлектронных катодов – отношение тока эмиссии к мощности, затрачиваемой на нагрев), долговечность или срок службы (время работы катода, в течение которого он сохраняет свои параметры в пределах норм).

2) Отрицательно заряженный электрод (полюс) источника тока (гальванического элемента, аккумулятора и др.).

3) Электрод электролитической ванны, электрической дуги и некоторых других подобных устройств, присоединяемый к отрицательному полюсу источника тока. Движение электронов во внешней цепи направлено от анода к катоду.

КАТÓК ДОРÓЖНЫЙ, прицепная или самоходная машина для уплотнения укатыванием грунтов, дорожных оснований, покрытий и т. д. В старину эта работа выполнялась вручную специальным приспособлением – трамбовкой. Современные катки делятся на катки статического действия и виброкатки. Рабочими органами катков статического действия являются цилиндрические вальцы (гладкие, кулачковые или решётчатые) или колёса с пневматическими шинами. Этот тип катков воздействует на уплотняемый материал статическим давлением, создаваемым собственным весом катка. Вибрационные катки воздействуют не только собственным весом, но и динамическим вибровоздействием. В результате вибрации частицы грунта приходят в движение и стремятся занять минимальный объём.

Самоходный дорожный каток

КАТУ́ШКА ИНДУКТИ́ВНОСТИ, катушка из одножильного (реже многожильного) изолированного провода, намотанного обычно на каркас из диэлектрика цилиндрической, тороидальной или прямоугольной формы; обладает значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Индуктивность катушки определяется её линейными размерами, числом витков обмотки и магнитной проницаемостью окружающей среды и проводников; изменяется от десятых долей микрогенри до десятков генри. Для увеличения индуктивности применяют магнитопроводы в виде сердечников из ферромагнитных материалов – электротехнической стали, пермаллоя, карбонильного железа, ферритов. В бескаркасных катушках индуктивности провод наматывают непосредственно на магнитный сердечник. В катушках индуктивности с сердечником значение индуктивности можно в небольших пределах изменять, вдвигая сердечник в катушку или выдвигая из неё. Катушка индуктивности, обмотка которой расположена на цилиндрической поверхности, называется соленоидом. Соленоид с железным сердечником во внутренней полости представляет собой электромагнит. Катушки индуктивности предназначены для разделения или ограничения электрических сигналов различной частоты, генерации магнитных полей, накопления магнитной энергии и используются в качестве одного из основных элементов в электрических фильтрах, колебательных контурах, трансформаторах, дросселях, реле, электромагнитах и др. Для получения сильных магнитных полей используются сверхпроводящие соленоиды, обмотка которых (выполненная из сверхпроводящего материала) охлаждается до криогенных температур.

Катушка переменной индуктивности:

1 – каркас; 2 – обмотка; 3 – выдвижной сердечник

КÁФЕЛЬ, КÁФЛИ, то же, что изразцы.

КАЯ́К, 1) гоночная байдарка, используемая для соревнований по водному слалому и сплаву по горным рекам.

2) Одноместная промысловая лодка, распространённая у народов Севера. Набор корпуса делается из дерева или кости, обшивка – из шкур тюленя, моржа, морского льва, пропитана салом. В палубной части обшивки имеется отверстие для гребца, закрытое фартуком, который завязывается на его груди. Управляется каяк двухлопастным, реже однолопастным веслом.

КВÁНТОВАЯ ЭЛЕКТРÓНИКА, область физики, занимающаяся изучением и разработкой методов и средств усиления и генерации электромагнитных колебаний на основе эффекта вынужденного излучения атомов, молекул и твёрдых тел. К квантовой электронике относятся все квантовые электронные приборы и устройства – молекулярные генераторы, квантовые усилители, оптические квантовые генераторы (лазеры) и другие, в которых используется вынужденное излучение. К квантовой электронике относится взаимодействие мощного лазерного излучения с веществом и применение его в устройствах преобразования частоты лазерного излучения. Важнейшей частью квантовой электроники является лазерная техника – совокупность технических средств генерации, преобразования, передачи, приёма и использования лазерного излучения. Практический интерес к квантовым генераторам света (лазерам) обусловлен тем, что они, в отличие от других источников света, излучают световые волны с очень высокой направленностью и высокой монохроматичностью (излучением волн одной частоты). Квантовые генераторы радиоволн отличаются от других радиоустройств высокой стабильностью частоты генерируемых колебаний, а квантовые усилители радиоволн – предельно низким уровнем шумов.

В соответствии с законами квантовой механики электроны в атоме и, следовательно, атомная система могут находиться только в определённых энергетических состояниях, называемых энергетическими уровнями. Изменение внутренней энергии атомной системы сопровождается квантовым переходом с одного энергетического уровня на другой. При этом система излучает или поглощает порцию электромагнитной энергии – квант. Излучение квантов (соответствующее переходам электронов с верхних энергетических уровней на нижние) может происходить как самопроизвольно – в отсутствие внешнего поля (спонтанное излучение), так и вынужденно – в присутствии поля (вынужденное излучение). Поглощение же квантов (соответствующее переходам с нижних уровней на верхние) всегда является вынужденным. В результате вынужденных излучательных переходов первичная электромагнитная волна усиливается за счёт энергии квантов, тождественных этой первичной волне по частоте, фазе, направлению распространения и по характеру поляризации. Эта особенность вынужденного излучения позволяет использовать его для усиления и генерации электромагнитных волн. Когерентное (согласованное) усиление электромагнитной волны возможно только в случае, если число возбуждённых электронов (более высоких энергетических уровней) превышает число невозбуждённых (более низких энергетических уровней).

Первый прибор квантовой электроники – молекулярный генератор на аммиаке был создан в 1955 г. одновременно в СССР Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым и в США Ч. Таунсом. В 1960 г. в США был создан первый лазер (оптического диапазона) на рубиновом кристалле и первый газовый лазер, а в 1962—63 гг. в России (Н. Г. Басов с сотрудниками) и в США – полупроводниковые лазеры. На основе лазеров возникли новые области науки и техники: нелинейная оптика, лазерная химия, лазерная технология, голография, лазерная медицина. Мощный направленный лазерный пучок, сфокусированный на поверхности любого вещества, способен расплавить и испарить его. Это явление лежит в основе многочисленных технологических применений лазеров. На основе лазеров развиваются оптоэлектроника, бесконтактные системы записи и считывания информации.

КВÁНТОВЫЕ ЧАСЫ́ (атомные часы, молекулярные часы), устройство для точного измерения времени, содержащее кварцевый генератор, управляемый квантовым стандартом частоты. Роль маятника в квантовых часах играют атомы. Частота излучения атомов при переходе их с одного уровня энергии на другой регулирует ход квантовых часов. Эта частота настолько стабильна (погрешность 10—11 —10—13, или 1 секунда за несколько тысяч лет), что квантовые часы позволяют измерять время точнее, чем астрономические методы. Сигналы квантовых стандартов частоты имеют очень малую мощность и непосредственно не могут использоваться для приведения в действие часового механизма. Поэтому квантовые часы, кроме квантового стандарта частоты, содержат специальные усилители, обеспечивающие действие отсчётного устройства (вращение стрелок или смену цифр на табло) и выдачу сигналов точного времени.

КВÁНТОВЫЙ ГЕНЕРÁТОР, устройство для генерирования когерентного электромагнитного излучения. Когерентность – это согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющееся при их сложении, напр. при интерференции. Излучение квантового генератора, кроме монохроматичности (электромагнитного излучения одной частоты) и когерентности, обладает узкой направленностью и значительной мощностью. Квантовый генератор состоит из квантового усилителя и положительной обратной связи (резонатора). Активный элемент (рабочее вещество) помещается внутри резонатора. В качестве рабочего вещества в квантовых генераторах используют жидкости, газы, твёрдые диэлектрики и полупроводниковые кристаллы. Возбуждение рабочего вещества, т. е. подача энергии, необходимой для работы квантового генератора, осуществляется сильным электрическим полем, светом от внешнего источника, электронными пучками. Существуют квантовые генераторы для всех диапазонов длин электромагнитных волн. Квантовые генераторы радиодиапазона называются мазерами, квантовые генераторы оптического диапазона – лазерами. Первый мазер был создан в 1955 г. одновременно российскими учёными Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым и американцем Ч. Таунсом. Первый лазер создан в США в 1960 г. Т. Мейманом.

КВÁНТОВЫЙ СТАНДÁРТ ЧАСТОТЫ́, устройство для точного измерения частоты колебаний или для генерирования колебаний с весьма стабильной частотой. Действие квантовых стандартов частоты основано на использовании квантовых переходов атомов, ионов или молекул из одного энергетического состояния в другое. Позволяет измерять частоту колебаний, а следовательно, их период с наибольшей по сравнению с другими устройствами точностью, что обеспечило его широкое применение в метрологии. Основой квантового стандарта частоты является устройство, позволяющее наблюдать избранную спектральную линию – квантовый репер. Квантовые стандарты частоты делятся на активные и пассивные. Активные стандарты частоты являются квантовыми генераторами, а пассивные стандарты частоты требуют применения внешнего источника излучения. Известны активные квантовые стандарты частоты с использованием молекул аммиака (молекулярный генератор), атомов водорода (водородный генератор), пассивные квантовые стандарты частоты с использованием атомов цезия (цезиевая атомно-лучевая трубка), активные и пассивные квантовые стандарты частоты с оптической накачкой паров цезия или рубидия. Стабильность частоты атомно-лучевого квантового стандарта частоты достигает 10—14. Квантовые стандарты частоты используются в навигации и службе времени в качестве эталонов частоты (времени).

КВÁРЦЕВЫЙ ГЕНЕРÁТОР, маломощный генератор электрических колебаний высокой частоты, в котором колебательной системой служит кварцевый пьезоэлектрический резонатор или пьезоэлемент. Это пластинка, кольцо или брусок, вырезанные из кристалла кварца. При деформации кварцевой пластинки на её поверхностях появляются электрические заряды, величина и знак которых зависят от величины и направления деформации. Появление же на поверхности пластины электрических зарядов вызывает её механическую деформацию. Если частота приложенного к электродам напряжения совпадает с собственной механической частотой пластины, то возникает резонанс, который стабилизирует частоту генератора. Частота колебаний кварцевого генератора (от нескольких килогерц до нескольких десятков мегагерц) зависит от размеров кварцевого резонатора, упругости и пьезоэлектрической постоянной кварца, а также от того, как вырезан резонатор из кристалла. По сравнению с обычным электронным генератором кварцевый генератор обладает значительно более высокой стабильностью частоты генерируемых колебаний. В зависимости от возможности изменения частоты колебаний кварцевые генераторы делятся на простые (с неизменяемой частотой колебаний) и управляемые (с возможностью изменения частоты внешним воздействием), термокомпенсируемые и термостатированные (помещённые в термостат). Кварцевые генераторы с последующим преобразованием частоты колебаний (делением или умножением частоты) широко используются, напр., в цифровых наручных, настольных и настенных часах, персональных компьютерах и другой аппаратуре, где требуется высокая стабильность частоты электрических колебаний.