Ugrás a tartalomhoz

Fizikai kislexikon

Patkós András (2007)

Typotex Elektronikus Kiadó Kft.

F

F

Fabry–Pérot interferométer

Egyfajta interferométer, amelyben a monokróm fénysugár párhuzamos helyzetű félig-ezüstözött üveglemezre vetül és körkörös interferenciagyűrűket hoz létre. Az egyik üveglemez mozgatható, s így a lemezek távolságát szabályozni lehet. A fény hullámhosszát abból lehet megállapítani, hogy az üveglemezek távolsága miként befolyásolja az interferenciagyűrűk távolságát. Az eszközt a spektroszkópiában használják.

fagyáspont

Az a hőmérséklet, amelyen normális légköri nyomás mellett a jég és a víz egyensúlyban van (a normális feltételek melletti fagyás-, illetve olvadáspont). Ez a Celsius-skála egyik alappontja (0 C). A Kelvin-skála és a hiteles nemzetközi hőmérsékletmérési skálák azonban már a víz hármaspontját tekintik alappontnak.

fagyáspontcsökkenés

Tiszta folyadék fagyáspontjának csökkenése annak hatására, hogy valamilyen más anyagot oldunk fel benne. Ez egy kolligatív sajátság – azaz a fagyáspontcsökkenés mértéke arányos az oldott részecskék (molekulák vagy ionok) számával, és nem függ azok anyagi minőségétől. A képlettel adható meg, ahol az oldott anyag moláris koncentrációja, pedig az oldószerre jellemző állandó (a krioszkópikus állandó). A fagyáspontcsökkenés mérésével meg lehet határozni ismeretlen anyagok relatív molekulatömegét.

fagyasztó szárítás

Élelmiszer, vérplazma, és más hőre érzékeny anyagok szárításására használt eljárás. A terméket mélyhűtik, majd a nyomást csökkentik, aminek következtében a benne található jég szublimál. Utána a vízgőzt eltávolítják, és visszamarad a sértetlen, száraz termék.

Fahrenheit, Gabriel Daniel

(1686–1736) német fizikus, aki Amszterdamban mérőeszközkészítő lett. 1714-ben elkészítette higanyos hőmérőjét és azzal együtt egy hőmérsékleti skálát is kigondolt (lásd Fahrenheit-skála).

Fahrenheit-skála

Olyan hőmérsékleti skála, amely a víz forráspontját 212 foknak veszi, a jég olvadáspontját pedig 32 foknak. 1714-ben G. D. Fahrenheit gondolta ki ezt a skálát, aki az általa ismert és laboratóriumi körülmények között megfigyelt legalacsonyabb hőmérsékletet (jég és só keverékének hőmérsékletét) tekintette skálája nullapontjának, saját testének hőmérsékletét pedig 96 foknak vette. Ezt a skálat a tudomány ma már nem használja. A Celsius-skála és a Fahrenheit-skála közötti kapcsolatot a összefüggés adja meg.

fájl

Számítógépen tárolt adathalmaz. Tartalmazhat programutasításokat, számszerű, szöveges vagy grafikus információkat. Általában hasonló vagy rokon elemű bejegyzésekből (rekordokból) áll.

fajlagos

1. Egységnyi tömegű anyagra megadott extenzív fizikai mennyiség jelzője (lásd extenzív állapothatározó). Például valamely anyag fajlagos latens hője az egységnyi tömegű anyag latens hője. Ha valamely extenzív fizikai mennyiségnek nagybetűs a jele (mondjuk, a latens hőé ), akkor a megfelelő fajlagos mennyiséget mindig a megfelelő kisbetűvel jelölik (ez esetben -lel). 2. Némelyik régebbi keletű fizikai mennyiség nevében más okból van jelen a „fajlagos” jelző (például a fajsúly és a fajlagos ellenállás megnevezésében). Ezek a mennyiségnevek ma már nem használatosak.

fajlagos ellenálás

Lásd ellenállás, fajlagos.

fajlagos hőkapacitás (fajhő)

Lásd hőkapacitás.

fajlagos intenzitás

Lásd Planck-féle sugárzási törvény.

fajlagos latens hő, fajlagos átalakulási hő

Lásd latens hő.

fajlagos térfogat (fajtérfogat)

Egységnyi tömegű anyag térfogata, értéke a sűrűség reciproka; mértékegysége m kg .

fajlagos töltés

Egy elemi részecske vagy más töltött test töltésének és tömegének a hányadosa.

faktoriális

Egy adott szám, és az összes nála kisebb pozitív egész szám szorzata. Szokásos jelölése , például 4 faktoriálisa . A 0 faktoriálisa – vagyis – definíció szerint 1.

farad

Jele . A kapacitás SI egysége, amely megfelel egy olyan kondenzátor kapacitásának, amelyet 1 coulomb töltéssel feltöltve a lemezek közötti potenciálkülönbség egy volt. . A farad maga az alkalmazások többségében túlságosan nagy, ezért a gyakorlati mértékegység a mikrofarad ( , ). A mértékegység Michael Faradayról kapta nevét.

Faraday, Michael

(1791–1867) Brit kémikus és fizikus. Nagyon csekély formális oktatásban részesült. Önállóan kezdett el elektromos kísérleteket végezni, 1812-ben Sir Humphry Davy előadásait látogatta a Royal Institution-bab (Királyi Intézetben). Egy évvel később Davy asszisztense lett. 1861-ig maradt ugyanott, az Intézetben. Faraday kémiai felfedezései közé tartoznak a klór (1823) és a benzol (1825) cseppfolyósítása csakúgy, mint az elektrolízis törvényeinek (lásd Faraday törvények) megfogalmazása. Valószínűleg leginkább a fizikán belül végzett munkájáról ismert, 1821-ben demonstrálta az elektromágneses forgatás jelenségét (az villanymotor alapelvét), 1831-ben felfedezte az elektromágneses indukciót (a dinamó működésének alapelvét). 1845-ben fedezte fel a Faraday effektust.

Faraday állandó

Jele F. Egy mól mennyiségű elektron vagy egyszeresen ionizált ion által hordozott töltés, azaz az Avogadro-állandó és az elektrontöltés szorzata (előjeltől eltekintve). Értéke coulomb/mól. Az ilyen mennyiségű töltést időnként az elektromos töltés egységének is tekintik, neve faraday.

Faraday-féle indukciós törvény

(1) Ha egy vezető körül a mágneses tér megváltozik, akkor a vezetőben elektromotoros erő indukálódik.

(2) Az elektromotoros erő nagysága arányos a mező változásának ütemével.

(3) Az indukált elektromotoros erő iránya függ a mező változásának irányától.

Faraday-féle korong

Lásd unipoláris generátor, dinamó.

Faraday-jelenség

Izotróp közegben terjedő elektromágneses sugárzás polarizációs síkjának elfordulása mágneses tér hatására. Az elfordulás szöge arányos -lel, ahol a mágneses térben megtett út hossza, a mágneses fluxussűrűség.

Faraday kalitka

Fémdrótból készült, sűrű szövésű földelt háló, amely teljesen körbevesz egy elektromos berendezést abból a célból, hogy leárnyékolja a külső elektromos teret.

Faraday törvények

Az elektrolízis két törvénye:

  1. Az elektrolízis közben bekövetkező kémiai változás arányos az átáramlott töltéssel.

  2. tömeg oldatba kerüléséhez vagy kiválásához szükséges töltés , ahol a Faraday állandó, az ion töltése és a relatív iontömeg.

Ezek már a törvények modern megfogalmazásai. Eredetileg Faraday más formában adta meg a törvényeket:

  1. A létrehozott kémiai változás arányos az átáramlott elektromosság mennyiségével.

  2. Rögzített mennyiségű elektromosság által különböző anyagokban létrehozott kémiai változás arányos az anyag elektrokémiai egyenértékével.

fázis

1. Egy heterogén rendszer homogén része, mely világosan felismerhető határréteggel különül el a rendszer többi részétől. A jég és víz keveréke kétfázisú rendszer. A sóoldat egyfázisú rendszer. 2. A periodikus mozgás állapotának leírására szolgáló fogalom, mely általában egy ugyanolyan frekvenciájú, hasonló mozgáshoz viszonyít. Két mennyiség fázisban van, ha maximális, illetve minimális értéküket ugyanabban az időpontban veszik fel; minden más esetben fáziskülönbség van közöttük. 3. Egy olyan elektromos rendszer vagy eszköz egyik áramköre, amelyben két vagy több egymáshoz képest fáziskülönbséggel rendelkező váltóáramú kör van. A háromfázisú rendszerben az egyes fázisok között egyharmad periódusnyi a rezgések különbsége. 4. Lásd holdfázisok.

fázisátalakulás

A rendszert alapvetően jellemző tulajdonságok egyikének megváltozása. Fázisátalakulásra példa a szilárd–folyékony átmenet, a folyadék–gáz átmenet és ezeknek megfelelő fordított folyamatok. Más jellegű példa a paramágnes átalakulása ferromágnessé (lásd mágnesesség), valamint a közönséges fémes vezetés átalakulása szupravezetéssé. Fázisátalakulást olyankor figyelhetünk meg, amikor a hőmérséklethez és a nyomáshoz hasonló állapotjelzők változnak.

A fázisátalakulásokat rendjük szerint lehet osztályozni. Ha az átalakulás során látens hő van jelen, akkor azt mondjuk, hogy az átalakulás elsőrendű. Ha a látens hő nagysága nulla, akkor másodrendű átalakulásról beszélünk.

Néhány fázisátalakulási modell, különösen kis dimenziószám mellett matematikailag pontosan megoldható. A fázisátmenetek megértésében hatékony módszer a renormálás, mivel az eltérő hosszúságskálákat tartalmazó problémákkal foglalkozik, az univerzalitás tulajdonságát is ideértve. Utóbbi szerint nagyon különböző fizikai rendszerek a fázisátalakulások közelében hasonlóan viselkednek. Lásd még renormálási csoport, átalakulási pont; sértett szimmetria; korai Világegyetem.

fázisdiagram

A szilárd, folyékony és a légnemű fázis egymáshoz viszonyított elhelyezkedését bizonyos feltételek (azaz nyomás és hőmérséklet) mellett mutató diagram.

fáziskontraszt-mikroszkóp

A mikroszkópok egyik fajtája, amit kiterjedten használnak például biológiai sejtek és szövetek vizsgálatára. Láthatóvá teszi azokat a fázisváltozásokat, amelyek akkor jönnek létre, ha nem egyenletesen átlátszó metszetet világítunk meg. Miközben a fény áthalad valamilyen tárgyon lelassul, és az eredeti sugárhoz képest megváltozik a fázisa. A struktúrával rendelkező, átlátszó metszeteken diffrakciót figyelhetünk meg, ami nagy mértékű fázisváltozást okoz a fénysugárban a minta középponti maximumához képest. A fáziskontraszt-mikroszkóp a fáziseltolt sugarat és a központi maximum fényét egy gyűrű alakú diafragma és egy fáziskontraszt-lemez segítségével egyesíti. Ez utóbbi kiegyenlítő fáziseltolódást okoz most már csupán a centrális maximum fényében. A kétféle fénysugár konstruktív interferenciájának köszönhetően a végleges kép kontrasztosabb lesz. Ez a fényes kontraszt; sötét kontraszt esetén más fáziskontraszt-lemezt használnak, ami ugyanazt a struktúrát sötétnek mutatja, mert ugyanazok a fénysugarak ez esetben destruktív interferenciát szenvednek. Lásd az ábrát.

fázismoduláció

Lásd moduláció.

fázissebesség

Jele . Egy tiszta szinuszos hullám terjedési sebessége. , ahol a hullámhossz és a frekvencia. A fázissebesség értéke függ a közegtől és függhet a terjedés módjától is. A vákuumban terjedő elektromágneses hullámok fázissebességét a összefüggés adja meg, ahol és a vákuum dielektromos állandója, illetve mágneses permeabilitása.

fázistér

Valamely szabadsági fokú rendszerre a koordinátákkal rendelkező dimenziós tér, ahol a rendszer szabadsági foka, pedig az adott szabadsági foknak megfelelő impulzus. A fázistér minden pontja a rendszer egy állapotát reprezentálja Az pontszerű részecskéből álló gázban minden egyes részecskének három térkoordinátája és három impulzuskoordinátája van, ezért a fázistér dimenziós. Ha a részecskék belső szabadsági fokkal is rendelkeznek, például a molekulák rezgése és forgása következtében, akkor a fázistérnek ezeket is tartalmaznia kell, következésképp a fázistér dimenziója nagyobb lesz, mint pontszerű részecskék esetében. Ha a rendszer időben változik, akkor a reprezentatív pontok a fázistérben egy trajektóriának nevezett görbét rajzolnak ki. Lásd még attraktor; statisztikus mechanika.

fázisváltás

Az anyag átalakulása egyik fizikai fázisából (szilárd, cseppfolyós, légnemű) egy másikba. A folyamat mindig hőfejlődéssel vagy hőfelvétellel jár annak ellenére, hogy esetleg állandó hőmérsékleten megy végbe (lásd látens hő).

fázisvektor

Egy szinuszosan változó mennyiséget reprezentáló, forgó vektor. Hossza a mennyiség amplitúdója, szögsebessége pedig a mennyiség körfrekvenciája. A mennyiség pillanatnyi értékét úgy kapjuk meg, hogy a fázisvektort egy rögzített tengelyre vetítjük. E fogalom segítségével jól megjeleníthető a két mennyiség közötti fáziseltérés vagy fázisszög: az a fázisvektoraik által közbezárt szöggel egyenlő.

fázisszabály

Tetszőleges egyensúlyi rendszerre igaz a összefüggés, ahol az eltérő fázisok száma, a komponensek száma, a rendszer szabadsági fokainak száma. A szabályt Josiah Willard Gibbs fedezte fel az 1870-es években.

fázisszög

Két szinuszosan változó mennyiség fázisának különbsége. Az első mennyiség helyzetét a időpontban az összefüggés adja meg, ahol a szögsebesség, az amplitúdó. Egy második hasonló hullámelmozdulás, amely a periódusidejét a periódus hányadával az első előtt éri el, az elsőnek vezetőhulláma és a vezetési idő . Ha hányaddal később teljesíti a periódusát, akkor az időelmaradása. Ekkor , ahol a fázisszög, amelynek nagysága .

fehér lyuk

A téridő egy speciális tartománya, amely egy fekete lyuk időtükrözöttje, ami azt jelentené, hogy anyag áramlana ki a fehér lyukból. Jóllehet egykor azért hívták életre a fehér lyukakat, hogy megmagyarázzanak a Világegyetemben néhány szélsőséges eseményt, megalapozott elméleti érvek azt sugallják, hogy mégsem létezhetnek.

fehér törpe

Kompakt csillagszerű objektum, amelynek a saját gravitációs tere alatti összeomlását az elektronok degenerációs nyomása akadályozza meg. Fehér törpék viszonylag kis tömegű (körülbelül naptömegű) csillagok életének végén alakulnak ki, nagytömegű csillagok végállapota neutroncsillag vagy fekete lyuk lehet (lásd csillagfejlődés). A fehér törpék hélium magból (nehezebb csillagok esetén szén és oxigén magból) és degenerált elektrongázból állnak. Egy tipikus fehér törpe sűrűsége , a fehér törpék tömege 0,7 naptömeg, sugara km körül van. A fehér törpék tömegére létezik egy felső korlát, a Chandrasekhar-határ, körülbelül 1,4 naptömeg, ha ennél nehezebb egy fehér törpe, akkor instabillá válik a gravitációs összehúzódással szemben.

fekete lyuk

Egy térbeli objektum, amely saját gravitációs tere hatására olyannyira összehúzódott, hogy a szökési sebesség megegyezik a fénysebességgel. A fizikusok azt gondolják, hogy fekete lyukak nagyon nagy csillagok életének a végén, azok gravitációs összeomlásával keletkeznek (lásd csillag halála, csillagfejlődés, szupernóva). Ha egy a csillagfejlődésben előrehaladott csillagmag tömege meghaladja a neutroncsillagok Chandrasekhar-határát, akkor a neutron-degenerációból származó nyomás nem képes meggátolni az összehúzódást, amely addig tart, amíg a gravitációs mező elegendően erős nem lesz ahhoz, hogy megakadályozza az elektromágneses sugárzás kiszökését. A fekete lyuk határa, amelyet eseményhorizontnak nevezünk, az a térbeli felület, ahol a gravitációs mező eléri ezt a kritikus értéket. Ezen a horizonton belül (azaz a fekete lyuk belsejében) történő események nem figyelhetők meg kívülről. A fekete lyukak elméleti tárgyalása maga után vonja az általános relativitáselmélet használatát. Megmutatták, hogy egy fekete lyukat mindössze három tulajdonsága egyértelműen jellemez: a tömege, az impulzusmomentuma (perdülete) és az elektromos töltése (az állítás nincs-haj tétel, angolul no-hair tétel, néven ismeretes). Több matematikailag precíz fekete lyuk megoldást vezettek le; ezek a Schwarzschild megoldás (töltetlen, nem forgó lyuk), a Reissner–Nordström megoldás (töltött, nem forgó lyuk), a Kerr megoldás (töltetlen, forgó lyuk) és a Kerr–Newman megoldás (töltött, forgó lyuk). Egy fekete lyuk eseményhorizontján belül levő anyag végső sorsát még nem ismerjük. Az általános relativitáselmélet jóslata szerint a fekete lyuk középpontjában egy szingularitás van, egy olyan pont, ahol a sűrűség végtelen lesz és a fizika ma ismert törvényei érvényüket vesztik. Ezt a problémát a kvantumgravitáció sikeres elmélete oldhatja meg. Ugyanakkor, mivel bármely szingularitás egy eseményhorizont mögött van elrejtve, nem lehet hatással a horizonton kívül levő Világegyetemre, így a fizika szokásos törvényeire sem, beleértve az általános relativitáselméletet is, ami a fekete lyukon kívüli folyamatok leírására használható. Fekete lyukaknak vélt objektumok megfigyelésének bizonyítékai a környező anyagra kifejtett hatásukból származnak. Ha például a fekete lyuk egy kettős rendszer része egy másik csillaggal együtt, akkor ebből a csillagból anyagot vonz magához vonzani és azt befogja. A csillagot elhagyó anyag először egy, a fekete lyuk körül forgó akkréciós korongot alkot, amelyben az anyag összenyomódik, és oly mértékben felmelegedik, hogy röntgensugárzást bocsát ki. A Hattyú (Cygnus) csillagképben található egy röntgenforrás, a Cygnus X-1, amelyben egy szuperóriás csillag kering egy kicsi láthatatlan kísérője körül. A kísérő tömege közel tízszerese a Nap tömegének, tehát jóval a Chandrasekar-határ felett van és azt gondolják, hogy ez egy fekete lyuk. Feltételezték még, hogy a fekete lyukak lehetnek a kvazárok energiaforrásai és gravitációs hullámokat is kelthetnek. A megfigyelések alapján úgy tűnik, hogy minden galaxis centrumában egy nagyon nagy fekete lyuk van.

Javasolták még, hogy a fekete lyukak képződése felelős a gamma-kitörésekért. Elméleti fizikusok továbbá feltételezték (körülbelül kilogramm tömegű és körülbelül méter sugarú) mini fekete lyukak létezését. Ezek nem sokkal a Világegyetemet létrehozó ősrobbanás után keletkezhettek. Mini fekete lyukak esetében a kvantummechanikai hatások fontosak, Hawking effektussal sugároznak (lásd Hawking sugárzás). Lásd még Schwarzschild sugár.

fekete test

Olyan hipotetikus test, amely minden ráeső sugárzást elnyel. Ily módon mind az abszorpciós együtthatója mind az emissziós együtthatója 1. Bár a fekete test csak egy képzelet szülte fogalom, legjobban úgy közelíthetjük, ha egy kis lyukként képzeljük el egy homogén hőmérsékletű tartomány határolófalán.

A feketetest-sugárzás a fekete test által kibocsátott sugárzás. A teljes hullámhossztartományt magában foglalja, energiaeloszlása jellegzetes, amelynek maximuma van egy meghatározott hullámhosszon. A maximum helye a hőmérséklet függvénye, a hőmérséklet emelkedésével a maximum a rövidebb hullámhosszak felé tolódik el. Lásd Stefan-törvény; Wien-féle eltolódási törvény.

fékezési sugárzás

Amikor egy gyorsan mozgó töltött részecske, főképp elektron hirtelen lelassul, például egy atommag elektromos erőterében, röntgensugárzást bocsát ki. A kibocsátott röntgensugárzás hullámhossza egy bizonyos tartományban folytonosan változhat, minimális értéke függ a beeső részecske energiájától. Fékezési sugárzás keletkezik, ha egy fémtárgyat elektronokkal bombázunk.

fékezőerő

Valamely anyagnak a rajta áthaladó részecske kinetikus energiáját csökkentő képességét jellemző mennyiség. A lineáris fékezőerő, a részecske útjának egységnyi hosszára eső energiavesztesége. A tömeg fékezőerő , a lineáris fékezőerő és az anyag sűrűségének hányadosa. Az atomi fékezőerő, a részecskének a közeg egy atomjára jutó, a részecske sebességére merőleges egységnyi felületre eső energiavesztesége, ahol az anyag egységnyi térfogatában lévő atomok száma, az Avogadro szám, pedig az anyag moláris atomtömege. A relatív fékezőerő az adott anyag fékezőerejének és egy standard anyag – szokásosan alumínium, oxigén vagy levegő fékezőerejének hányadosa.

fékezőrakéta

Egy kis rakétahajtómű, amely a rakéta fékezésére annak fő hajtóművével vagy hajtóműveivel ellentétes irányú tolóerőt fejt ki.

fékező segédrács

A pentóda elektroncsőben az árnyékoló segédrács és az anód közé abból a célból elhelyezett huzalrács, hogy az anódból másodlagos emisszió során létrejövő elektronok ne érhessék el az árnyékoló segédrácsot.

félárnyék

Lásd árnyék.

felbontás

Egy vektormennyiség felbontása két összetevőjére, amelyek általában merőlegesek egymásra. Például ha egy testre a függőleges síkban egy olyan erő hat, amely a vízszintessel szöget zár be, akkor ezt az erőt fel lehet bontani az vízszintes és az függőleges összetevőkre. A két komponens síkja tartalmazza az eredeti erőt.

felbontóképesség

Optikai eszköznek az a jellemzője, hogy egymáshoz mennyire közeli tárgypontokról képes különálló képet alkotni, illetve egymáshoz mennyire közeli hullámhosszakat képes külön érzékelni. Egy spektroszkópiai eszköz kromatikus felbontóképessége -val egyenlő, ahol két olyan azonos intenzitású spektrumvonal hullámhosszeltérése, amelyeket az eszköz még épp szeparálni képes, pedig e két vonal hullámhosszának az átlaga. A csillagokról képet alkotó távcső szögfelbontása az a legkisebb szögeltérés, amit a távcső még felismerni képes; a lineáris felbontóképesség a kép lineáris szeparációja a fókuszsíkban. Ha egy távcső két csillagról alkot egyszerre képet, a lencsenyíláson való diffrakció eredményeképpen két fényes központi foltot látunk, amelyeket világos és sötét gyűrűk vesznek körül. A felbontásra vonatkozó Rayleigh-kritérium szerint az egyik csillag központi gyűrűjének a másik csillag első sötét gyűrűjére kell esnie. A radiánban mért szögfelbontás , ahol az objektívlencse centiméterben kifejezett átmérője, pedig a fény hullámhossza (amit általában 560 nanométernek veszünk). A mikroszkópok felbontóképességén általában két olyan pontnak a távolságát értik, amelyeket az eszköz még képes különállónak érzékelni. Mindkét esetre igaz, hogy minél kisebb a felbontóképesség, annál jobb a felbontás: hogy ezt a látszólagos paradoxont elkerüljük, felbontóképességnek olykor a fent definiált mennyiségek reciprokát nevezzük.

fél-elem

Egy elem részét alkotó, ionos oldattal érintkezésben levő elektróda. Többféle fél-elem létezik, a legegyszerűbb a fémionokat tartalmazó oldatba merülő fém elektróda. A gáz fél-elemekben az oldatban levő arany- vagy platinalemezen át gázt buborékoltatnak. A legelterjedtebb a hidrogén fél-elem. Fél-elem úgy is készíthető, hogy egy fémet oldhatatlan sóval vagy oxiddal és egy oldattal hoznak érintkezésbe. Példája a kalomel fél-elem. A fél-elemekre gyakran mint elektródákra hivatkoznak.

felezési idő

Lásd bomlás.

felhang

Lásd felharmonikus.

felharmonikus

Az a rezgés, amelynek frekvenciája felírható egy szinuszos alaprezgés frekvenciájának egész számszorosaként. Egy szinuszos rezgés alapfrekvenciáját szokás első felharmonikusnak nevezni. A második felharmonikus frekvenciája az alaprezgés frekvenciájának a kétszerese és így tovább (lásd az ábrát). A hegedű kifeszített húrján vagy az orgonasípban lévő levegőoszlopban az alaphang mellett egyidejűleg a felharmonikusok is megszólalnak. Úgy kell elképzelnünk, hogy a húr vagy a levegőoszlop szakaszokra bomlik, s minden szakasz úgy rezeg, mintha önálló volna. A felharmonikusokat felhangoknak is nevezik, de a második felharmonikus lesz az első felhang és így tovább. Sőt a zenészek gyakran szinonínákként kezelik a felhangot és a felharmonikust, az alaprezgést nem tekintik felharmonikusnak.

felhasználói programok

Olyan programok vagy programcsomagok, amelyeket a meghatározott feladatok végrehajtási eljárásának közvetlen megkönnyítésével a számítógéprendszer-felhasználók igényeinek kielégítésére terveztek. Ide tartoznak például a szövegszerkesztő vagy táblázatkezelő programok, vagy egy vállalat könyvelését segítő programcsomag. A rendszerprogramok, például egy operációs rendszer ezzel ellentétben a számítógép hatékony működéséhez szükséges programok csoportja.

félhullám-lemez

Lásd késleltető lemez.

féligáteresztő membrán (szemipermeábilis membrán)

Olyan membrán, ami az ozmózis során az oldószer molekuláit átereszti, de az oldott anyagot nem. Féligáteresztő membrán készülhet oly módon, hogy egy fémhálót vagy porózus edényt bevonunk egy anyagréteggel (például cellulózzal).

félszélesség

Egy spektrumvonal szélességének fele (bizonyos esetekben a teljes szélessége) a magasságának felénél mérve.

felszíni hullám

Olyan rádióhullám, amely megközelítőleg egyenes vonalban terjed a Föld felszínének két pontja között. Nagy távolságra történő rádióadáshoz már térhullámokat kell felhasználni. Lásd rádióadás.

felületaktív anyag

Olyan anyag, amelyet folyadékhoz adva csökkenti annak felületi feszültségét, megnövelve ezzel a szétterjedési vagy nedvesítő képességét. Ilyen anyagok például a tisztítószerek.

felületi feszültség

jele ; valamely folyadéknak az a sajátossága, amely miatt a felületén úgy viselkedik, mintha rugalmas bőr borítaná. Ez a sajátosság a molekulák közötti erőhatásokból adódik: egy olyan molekula, amely a folyadék belsejében van, minden irányból egyenlő hatást érzékel az őt körülvevő molekuláktól; a folyadék felületén levő molekulákat viszont csak egy oldalról, a folyadék belseje felől éri hatás. A felületi feszültség az az erő, amely a felületnek az erőre merőleges egységnyi hosszúságú elemére hat. Mértékegysége: newton/méter ( . A felületi feszültség úgy is definiálható, mint a felület 1 -rel való megnöveléséhez szükséges energia, mérhető tehát a newton/méter egységgel egyenértékű joule/négyzetméterben is.

A felületi feszültség léte ad magyarázatot a folyadék cseppalakjára, a szappanbuborék és a meniszkusz kialakulására, és arra, hogy miért emelkedik fel a folyadék a kapilláris csövekben; ezenfelül megmagyarázza a porózus anyagokban zajló folyadékabszorpciót és azt is, hogy a folyadék miért nedvesítheti a felületet.

felületi integrál

Egy vektor vagy egy skalár függvény felületre vett integrálja. Ha a vektorfüggvény értelmezve van egy olyan tartományban, amely az felületet tartalmazza, akkor a vektor felületi integrálja , ahol a felület (külső) normálisa irányába mutató egységvektor. Az integrál a vektor felületen kifele menő fluxusát adja meg. Ilyen, valamely mennyiség fluxusát megadó felületi integrálok lépnek fel az elektromosságban és a mágnesességben, jó példa rájuk a Gauss-tétel. Más típusú felületi integrálokat is értelmezünk, a vektorfüggvény és a felületelem vektorszorzatának felületi integrálját, illetve a skalárfüggvény felületi integrálját.

félvezető

Kritályos szilár anyag, szilícium vagy germánium, amelynek az elektromos vezetőképessége (jellemzően Siemens/méter) a vezetőké (  Sm fölött), illetve a szigetelőké (  Sm alatt) között helyezkedik el. Mivel a kristályok atomjai egymáshoz közel vannak, elektronpályáik átfedik egymást, s egyedi energiaszintek helyett energiasávokat alkotnak. A félvezetőkben a vezetés úgy valósul meg, hogy elektromos tér hatására a vezetési sávban lévő elektronok és a rácsban lévő, lyuknak nevezett betöltetlen állapotok mozgásba lendülnek. A lyuk úgy viselkedik, mintha pozitív töltésű elektron lenne. A félvezetők töltéshordozói az elektronok és a lyukak. Egy adott tartományban vagy anyagdarabban túlsúlyban lévő töltéshordozótípust többségi töltéshordozónak nevezünk, azt, amelynek alacsonyabb a koncentrációja kisebbségi töltéshordozónak. Valódi félvezetőről beszélünk akkor, ha a töltéshordozók koncentrációja magára az anyagra jellemző; az elektronok termikus gerjesztés hatására a valenciasávból a vezetési sávra ugranak, s a valenciasávon minden ilyen elektron egy lyukat hagy maga után. Ezért a valódi félvezetőben az elektronok és a lyukak száma azonos. Az adalékolt félvezetők esetében a domináns töltéshordozó fajtáját a szennyező anyag vegyértéke szabja meg. A szilícium és a germánium négy vegyértékű. Ha a szennyező atomok 5 vegyértékűek, amilyen például az arzén, az antimon és a foszfor, akkor atomonként egy elektron vehet részt a vezetésben, az az elektron, ami a germánium vagy szilícium négy vegyértékelektronjával kialakuló kötésben feleslegessé válik. Ezért az öt vegyértékelektronnal rendelkező atommal szennyezett adalékolt félvezetőkben az elektronok lesznek a többségi töltéshordozók. Az ilyeneket n-típusú félvezetőknek nevezzük. Hasonlóképp, ha a szennyező atom három vegyértékű, mint amilyen a bór, az alumínium, az indium és a gallium, a kielégítetlen kötések miatt atomonként egy lyuk keletkezik. Ezért a lyukat lesznek a többségi töltéshordozók, azaz a félvezető p-típusú lesz.

A félvezetőeszközött gyakorlatilag teljesen kiszorították az izzókatódos eszközöket, mivel azoknál nagyságrendekkel kisebbek, alacsonyabb az energiafogyasztásuk és megbízhatóbbak. Az elektronikus félvezetőeszközök alapeleme a félvezető dióda (lásd még tranzisztor). Ez egy félvezető kristály, mely úgy van adalékolva, hogy egyik fele p-típusú, másik fele n-típusú legyen. Találkozásuknál egy neutrális alakul ki, amelyben a n-típusú rész elektronjai betöltik a p-típusú réteg lyukait. Ez egy potenciálgátat okoz, ami az elektronokat az n-tartományban tartja, a lyukakat pedig a p-tartományban. Ha azonban pozitív feszültséget kapcsolunk a p-tartományra, akkor a potenciálgát magassága lecsökken; azt mondjuk, hogy a dióda nyitóirányra van kapcsolva, mert a p-tartománybeli lyukak nagy része átvándorolhat az n-tartományba, míg az n-tartomány elektronjai átvándorolhatnak a p-tartományba. Nyitó irányú kapcsolásban áram folyik keresztül a potenciálgáton. Másfelől azonban, ha a p-tartományra negatív feszültséget kapcsolunk, a potenciálgát magassága megnő, s csak minimális az elektronok átszivárgása a p-tartományba. A p–n átmenet tehát hatékony egyenirányítóként funkcionál, s emiatt a tulajdonsága miatt terjedt el széles körben.

félvezető dióda

Olyan kristályos szilárd anyag (például szilícium vagy germánium), amelynek az elektromos vezetőképessége (általában siemens/méter) a vezetők ( ) és a szigetelők ( ) vezetőképessége közé esik. Mivel a kristályrács atomjai közel vannak egymáshoz, azért elektronjaik átfednek, és az atomi *energiaszintek *energiasávokká szélesednek. Elektromos mező hatására a félvezető eletronjai közül a vezetési sávokba eső, valamint a kötési sávhoz tartozó, be nem töltött lyukállapotok vsznek részt a vezetésben. A lyukak ugyanúgy viselkednek, mint az elektronok, csak pozitív a töltésük. A félvezetőnek tehát az elektronok és a lyukak a töltéshordozói. Az közülük a többségi töltéshordozó, amelyiknek nagyobb a koncentrációja; a kisebb koncentrációjú a kisebbségi töltéshordozó. Természetes, más szóval intrinsic félvezető anyagban az elektronok termikus gerjesztés hatására a kötési sávból átugranak a vezetési sávba, és lyukat hagynak maguk mögött. Természetes félvezetőkben tehát azonos az elektron- és a lyukkoncentráció. Az adagolt, más szóval extrinsic félvezetőben a vezetési típus attól függ, hogy a szennyező atomoknak mekkora a számuk és a vegyértékük. A germánium és a szilícium négy vegyértékű; ha öt vegyértékű szennyező jelenik meg a rácsukban (például arzén, antimon, foszfor), akkor az atomonként egy többletelektront ad járulékként a vezetéshez – mert az az elektron nem áll párba a germánium vagy a szilícium négy vegyértékelektronjával. Az öt vegyértékű atomokkal adagolt extrinsic félvezetőkben tehát az elektronok lesznek a többségi töltéshordozók, vagyis ezek a félvezetők n típusú vezetővé válnak. A három vegyértékű szennyezők (például a bór, az alumínium, az indium, a gallium) meg olyan helyzetet teremtenek, hogy a hiányzó egy kötés párosítatlan elektronja mellett lyuk lesz; a lyukak lesznek a többségi töltéshordozók, és az anyag p típusú vezető lesz.

A félvezető szközök lényegében felváltották a elektroncsöveket, hiszen sokkal kisebbek, sokkal gazdaságosabban táplálhatók energiával és sokkal megbízhatóbban működnek. Az elektronikában használt félvezető eszközöknek a félvezető dióda az alapelemük (lásd még tranzisztor). A dióda előállítására szilíciumkristályt úgy adalékolnak, hogy a fele n típusú, a másik fele p típusú legyen. A két fél találkozásakor kiürített réteg alakul ki, s abban az n típusú tartományból származó elektronok betöltik a p típusú rész lyukait. Ebből potenciálgát alakul ki, és az az n tartományban tartja meg a maradék elektronokat és p tartományban tartja a maradék lyukakat. De ha a p tartományt pozitív potenciállal előfeszítjük, akkor ennek a gátnak csökken a magassága. A diódát ebben az állapotban nyitófeszítésűnek nevezhetjük, mert a p tartományból lyukak folyhatnak át an tartományba és viszont: az n tartományból meg elektronok a p tartományba. Nyitó feszítésre tehát jókora áram folyhat át a gáton. Ha a p tartományra negatív feszültséget kapcsolnak, akkor az magasabbá teszi a potenciálgátat, és csak a p tartomány kisebbségi elektronjai folyhatnak majd át az n tartományba, és ebből csak kis maradékáram származik. A p–n átmenet tehát hatékony egyenirányító, és általánosan használják is erre a célra.

FEM

Lásd téremissziós mikroszkóp

fémközi vegyület (intermetallikus vegyület)

Olyan vegyület, amelyet egy ötvözetben meghatározott részarányban jelen levő két vagy több fémes elem alkot.

fém–szigetelő átmenet

Fázisátmenet egy fémállapot és egy szigetelőállapot között. Erre (vagy a fordított irányú átmenetre) többféle lehetőség is van, például az atomok közötti távolság változtatása vagy a rendszerbeli rendezetlenség mértékének változtatása. Lásd még lokalizáció, Mott-átmenet

fény

Az elektromágneses sugárzásnak az a formája, amelyet az emberi szem érzékel, és amelyre a Világegyetem és tartalmának vizuális megismerése támaszkodik (lásd szín).

Már sok korai optikai kísérletező sejtette, hogy a fény sebessége véges, de ezt nem sikerült kimutatni 1676-ig, amikor Ole Rømer (1644–1710) megmérte azt. Sir Isaac Newton vizsgálta az optikai spektrumot és a meglévő ismeretek felhasználásával megalapozta a fény elsősorban korpuszkuláris elméletét, amelyben a fényt részecskék folyamának tekintette, amelyek zavarokat keltenek az éterben. Követői átvették a részecskéket (korpuszkuláris viselkedést), de figyelmen kívül hagyták a hullámszerű zavarokat egészen addig, amíg Thomas Young 1801-ben fel nem fedezte újra a fény interferenciáját, és meg nem mutatta, hogy a hullámelmélet alapvető ezeknek a jelenségeknek a megértéséhez. Ezt a nézetet a XIX. század nagy részében elfogadták, és ez lehetővé tette James Clerk Maxwell számára, hogy megmutassa, hogy a fény az elektromágneses spektrum egy részét alkotja. Azt gondolta, hogy az elektromágneses sugárzás hullámainak egy speciális közegre van szükség-k, amelyben terjedhetnek, és újjáélesztette az éter fogalmát ennek a közegnek megnevezésére. A Michelson–Morley kísérlet 1887-ben megmutatta, hogy ha létezik ez a közeg, akkor nem kimutatható. Ma általánosan elfogadott, hogy az éter egy szükségtelen feltételezés. 1905-ben Albert Einstein megmutatta, hogy a fényelektromos jelenséget csak akkor lehet megmagyarázni, ha feltételezzük, hogy a fény elektromágneses energiáját különálló fotonok áradata szállítja áll. A hullám- és részecskeelmélet között kiújult konfliktust fokozatosan a kvantumelmélet és a hullámmechanika fejlődése által sikerült feloldani. Miközben nem egyszerű olyan modellt szerkeszteni, amely mind részecske-, mind hullámtulajdonságokat is mutat, a Niels Bohr által javasolt komplementaritási elv szerint elfogadott tény, hogy bizonyos kísérletekben a fény hullámszerűnek mutatkozik, míg másokban részecskeszerűnek. A hulámmechamika fejlődése során nyilvánvalóvá vált, hogy az elektronoknak és más elemi részecskéknek is vannak duális, azaz egymással komplementer részecske- és hullám tulajdonságaik.

fényáram

Jele . Az emberi szem számára érzékelhető, azaz 380–760 nanométer hullámhosszú sugárzásnak a szem érzékenységével korrigált fluxusa. Mértékét egy sztenderd fényforráshoz viszonyítjuk és általában lumenben adjuk meg.

fényelektromos jelenség

Elektronok (lásd fotoelektron) kiszabadulása elektromágneses sugárzásnak kitett anyagból. Az emittált elektronok száma függ a sugárzás intenzitásától. Az emittált elektronok kinetikus energiája a sugárzás frekvenciájának függvénye. Ez egy kvantumjelenség, amelyben a sugárzást olyan fotonok áramának tekintjük, amelyek mindegyike energiával rendelkezik – itt a Planck-állandó, pedig a sugárzás frekvenciája. A foton csak akkor tudja kilökni az elektront, ha energiája legalább akkora, mint a szilárd test munkafüggvényének az értéke, azaz ha ; itt az a minimális frekvenciaérték (vagy küszöbfrekvencia), amely a kilökéshez szükséges. Sok szilárd testre a fényelektromos jelenség csak az ultraibolya tartományban vagy afelett figyelhető meg, néhány anyagban (amelyekre a munkafüggvény értéke kicsi) látható fény is előidézi. A fényelektron maximális kinetikus energiáját az Einstein-egyenlet adja meg (lásd még fotoionizáció).

Az elektron atomból való kiszakadásán kívül vannak más jelenségek is, amelyekre ugyancsak fényelektromos jelenségként (belső fényelektromos jelenség) hivatkoznak. Ezek a fényelektromos vezetés (fotokonduktivitás) és a fényelektromos feszültség (fotovoltaika). A fényelektromos vezetés során a félvezető anyag vezetőképessége megnő azáltal, hogy a ráeső fotonok gerjesztés révén újabb szabad töltéshordozókat hoznak létre. A fényérzékeny anyagokból, például kadmium-szulfidból készült fotokonduktív elemeket széles körűen használják mint sugárzásdetektorokat és fénykapcsolókat (pl. a közvilágítás bekapcsolására).

A fotovoltaikus effektus esetén két különböző anyagréteg között sugárzás hatására elektromotoros erő lép fel. A jelenséget fényelemek készítésére használják. Ezek többyire p–n félvezető-átmenetből állnak (lásd még fotodióda, fototranzisztor). Amikor egy p–n átmenet közelében egy foton abszorbeálódik, akkor egy új szabad töltéshordozó jön létre (akárcsak a fotokonduktivitás esetén); itt azonban az átmeneti tartományban kialakuló elektromos mező a töltéshordozókat mozgatja, így egy áramkörben elektromos áram jön létre anélkül, hogy a körbe áramforrást kapcsolnánk (lásd még fotocella).

fényemissziós dióda (LED)

Olyan félvezető eszköz, amely az elektromos energiát fénnyé vagy infravörös sugárzássá alakítja az 550 nm (zöld fény) és 1300 nm (infravörös fény) közötti hullámhossztartományban. Legelterjedtebb a vörös fényt emittáló LED, amely egy gallium-arzenid alaprétegből és egy gallium-arzenid-foszfit rétegből áll. A p–n átmenet emittál fényt akkor, amikor az elektronok és a lyukak rekombinációja megtörténik (lásd rekombinációs folyamat). A LED-eket széles körben használják betűk és számok megjelenítésére olyan digitális eszközökben, amelyekben világító képernyőre van szükség.

fény-erősítő

Lásd képerősítő.

fényerősség

Jele . A fényforrás fénykibocsátó-képességének mértéke akár általánosan akár egy megadott irányban. Kandelában mérik.

fényérzékeny anyag

1. Olyan anyag, amely elektromos sugárzással megvilágítva fotovezetési, fényelektromos vagy galváneffektust mutat. 2. Olyan anyag – például a fényképészeti filmek emulziója –, amelyben elektromágneses sugárzás hatására kémiai változás megy végbe.

fényérzékeny ellenállás

Olyan ellenállás, amelynek az ellenállása függ attól, hogy éri-e fény vagy nem. A fényérzékeny ellenállások működése a fotovezetési effektusra támaszkodik (lásd fényelektromos jelenség).

fény-fény szórás

Kvantumelektrodinamikában megjósolt folyamat, amely nem fordul elő a klasszikus elektrodinamikában. Fény-fény szórás azért nincs a klasszikus fizikában, mert a Maxwell egyenletek lineárisak, miközben az elektrodinamika nemlineárissá válik a kvantumeffektusok figyelembevételével. A folyamatnak még nincs bizonyító erejű megfigyelése, de a nagy teljesítményű lézerek lehetővé teszik a folyamat észlelését a közeljövőben. A fény-fény szórást először az 1930-as években jósolták meg, amikor a folyamatot Werner Heisenberg német fizikus és mások kiszámolták. A fény-fény szórás folyamatot addig nem számolták végig teljesen, amíg ki nem dolgozták a kvantumelektrodinamika renormálását az 1940-es években.

fényfluxus-kibocsátóképesség

Lásd fluxus kibocsátóképesség.

fényképezés

Valamilyen kép maradandó rögzítése speciálisan feldolgozott filmen vagy papíron. A szokásos fekete-fehér fényképezés során egy kamera segítségével meghatározott ideig megvilágítják a filmet vagy a fényképezőlemezt a lefényképezendő képről vagy jelenetről visszaverődő fénnyel. A film vagy fényképezőlemez ezüstsó tartalmú emulzióval van bevonva. A megvilágítás hatására az ezüstsóból fém ezüst válik ki. A fény által megvilágított helyeken így sötét színű ezüst-tartományok alakulnak ki a film előhívása (ami egy gyenge redukálószerrel történik) és rögzítése után. A negatívról kontakt eljárással vagy nagyítással nyomatot lehet készíteni. Mindkét esetben az történik, hogy a negatívon átbocsátott fény fényérzékeny emulzióval ellátott papírra vetül. Ahol a negatív sötét, ott kevesebb fényt enged át, s a pozitív kép az ilyen területeken világos lesz az eredeti jelenet fényviszonyainak megfelelően. Mivel a fényképészeti emulziók az ultraibolya fényre és a röntgensugarakra is érzékenyek, ezért széles körben használják őket az elektromágneses sugárzás e hullámhosszakon történő vizsgálatában. Lásd még színes fényképezés.

fénymérő

A fényerősség, a megvilágítás és más fotometriai mennyiségek mérésére alkalmas eszköz. A régebbi típusok vizuális technikával egy standard fényforrás fényéhez hasonlították a mérendő forrás fényét. A modern eszközök fotocellái a fényvezetőképességen, a fotoemisszión vagy a galváneffektuson alapulnak. A galváneffektuson alapuló fénymérők nem igényelnek külső árramforrást, ezért használatuk nagyon kényelmes, viszont nem elég érzékenyek. A fotoemissziós típusúak általában egy fotoelektron-sokszorozót is tartalmaznak, különösen csillagászati alkalmazás esetén. A fényvezetőképességen alapuló eszközök csupán egy kisfeszültségű tápegységet igényelnek, ezért kereskedelmi megvilágításmérőként és fotográfiai fénymérőként használják őket.

fénysebesség

Jele . Az elektromágneses hullámok (sugárzás) terjedésének sebessége. Vákuumban a fénysebesség . Bármilyen anyagi közegen áthaladó fény sebessége lecsökken (lásd törésmutató). A vákuumbeli fénysebesség a Világegyetemben elérhető legnagyobb sebesség (lásd relativitáselmélet, Cserenkov sugárzás). A fizikusok egyetemes állandónak tekintik, amely független a megfigyelő sebességétől. 1983 októbertől a méter definíciója a fénysebességre épül.

fénysűrűség (fotometriai fényesség)

Jele . Adott felületen áthaladó fényerősség (fényteljesítmény) az adott irányból merőlegesen látott egységnyi felületre vetített értéke. Az képlet alapján számolhatjuk ki, ahol a fényerősség, pedig a látóirány és a vizsgált felület normálisa által bezárt szög. Kandela per négyzetméterben mérjük.

fénytani pirométer

Lásd pirometria.

Fermat-elv

A fénysugár a rendszer tetszőleges két pontja között mindig azon az útvonalon halad, amelynek befutásához a legkevesebb időre van szüksége. Ebből az elvből következik a fény egyenes vonalú terjedése, valamint a törés és a visszaverődés törvénye. Pierre de Fermat (1601–1665) francia matematikus fedezte fel.

Fermi, Enrico

(1901–1954) Olasz származású amerikai fizikus. A római egyetem professzora lett, ahol 1934-ben felfedezte a lassú (termikus) neutronok előállításának eljárását. Ezt új radioaktív izotópok létrehozására használta fel, amiért 1938-ban Nobel díjat kapott. 1938-ban zsidó feleségével az Egyesült Államokba menekült. 1942-ben ő vezette azt a csoportot, amelyik Chicago-ban megépítette az első atommáglyát (nukleáris reaktort).

Fermi konstans

Jele . A gyenge kölcsönhatásnak (lásd fundamentális kölcsönhatások), amely többek között a béta bomlást okozza, a csatolási állandója. A Fermi konstans értéke J m . A Fermi állandó jellemzi a gyenge kölcsönhatás Fermi elméletének erősségét. Annak következtében, hogy dimenzióval rendelkezik, a Fermi elmélet csak alacsony energiára korlátozódik, és nem renormalizálható (lásd renormálás). Ez az állítás dimenzióanalízissel, a gyenge kölcsönhatási folyamatok perturbációszámítással kapott számításain keresztül alapozható meg.

Fermi nívó

Az az energia egy szilárd testben, amelynél a részecskék átlagos száma kvantumállapotonként , vagyis a kvantumállapotok fele van betöltve. Vezetőkben a Fermi nívó a vezetési sávba esik (lásd energiasáv), míg szigetelőkben és félvezetőkben a vezetési sáv és a vegyértéksáv közötti tartományba (gap-be) esik.

Fermi nyomás

Lásd csillag halála.

fermion

Feles spinű elemi részecske (vagy elemi részecskének a kötött állapota, pl. atom vagy atommag), azaz olyan részecske, amely a Fermi–Dirac-statisztikának engedelmeskedik (lásd kvantumstatisztika).

fermium

Vegyjele Fm. Radioaktív, fémes, az aktinidák csoportjába tartozó transzurán elem; rendszáma 100, legstabilabb izotópjának tömegszáma 257 (felezési ideje 10 nap). Tíz izotópja ismert. Az elemet először A. Ghiorso és munkatársai azonosították 1952-ben az első hidrogénbomba robbantás hulladékában.

Fermi–Dirac-statisztika

Lásd kvantumstatisztika.

ferrimágnesség

Lásd mágnesesség.

ferroelektromos anyagok

Kerámiadielektrikumok – például a Rochelle-só és a bárium- titanát –; elektromos dipólusaik doménszerkezete miatt a ferromágneses anyagokkal analóg módon viselkednek (lásd mágnesesség). Hiszterézisük van, és általában *piezoelektromos jelenséget is mutatnak.

ferromágnesség

Lásd mágnesesség

feszültség (angol voltage)

Magyarul feszültség értelemben használt kifejezés. Jele V. Az elektromotoros erő vagy potenciálkülönbség voltban kifejezve.

feszültségmérő

Feszültség mérésére szolgáló műszer. Erre a célra széles körben elterjedtek a forgótekercses műszerek, amelyek általában egy nagy ellenállásból és az azzal sorbakötött galvanométerből állnak (az ellenállást helyenként szorzónak nevezik). Váltakozó feszültség méréséhez egyenirányítót kell elhelyezni az áramkörben. A lágyvasas műszereket mind egyenáram, mind váltakozó áram mérésére lehet használni egyenirányító nélkül. Katódsugárcső oszcilloszkópokat is lehet feszültségmérőként használni. Az elektronikus digitális voltmérő a feszültséget digitálisan mutatja. A bemenetről a műszer újra és újra mintát vesz és a pillanatnyi értéket írja ki.

feszültségosztó (potenciométer)

Olyan ellenállás, vagy ellenállások sorbakapcsolt lánca, amely az ellenálláson vagy láncon mért feszültség egy ismert tört részének elérése érdekében egy vagy több ponton elágaztatható. Az ábrán a feszültségosztón mért teljes feszültség. A előállítandó feszültségre

adódik.

feszültségsor

Lásd elektrokémiai feszültségi sor.

FET

Lásd tranzisztor.

Feynman, Richard Phillips

(1918–1988) Amerikai elméleti fizikus. ő alkotta meg a kvantummechanika pályaintegrállal való leírását. Egyike volt azoknak, akik bebizonyították a kvantumelektrodinamika (QED) renormalizálhatóságát, és sok értékes hozzájárulása volt az erős és a gyenge kölcsönhatások elméletéhez, a kvantumgravitációhoz és a szuperfolyékonysághoz. Előadásai rendkívül hatásosak voltak, ugyanúgy mint az akkor ismert problémákon túlhaladó látnoki cikkei a nanotechnológiáról és a kvantumszámítógépekről. 1965-ben QED-vel kapcsolatos kutatásaiért megosztott fizikai Nobel díjat kapott.

Feynman diagramm

Lásd kvantumelektrodinamika.

film-doziméter

Fényképészeti filmet tartalmazó vékony műanyag lapka, melyet azok, akiket várhatóan ionizáló sugárzás érhet, a ruhájukra tűznek. A filmet időről időre cserélik, és előhívják, hogy jelezze, hogy viselője szenvedett-e ártalmas sugárzást.

finomszerkezet

Olyan, egymáshoz közeli optikai színképvonalak, amelyek a molekula rezgő vagy forgómozgásának vagy az elektronspinnek a hatására felhasadt energiaszintek közötti átmenetetek folyományai. Csak nagy felbontásban láthatók. A csak nagyon nagy felbontás mellett látható hiperfinom-szerkezet az atommagnak az atom megengedett energiaszintjeire gyakorolt hatásának eredménye.

finomszerkezeti állandó

Jele . Ez egy dimenzió nélküli kvantumelektrodinamikai állandó, értéke közelítőleg . Az összefüggésből határozható meg, ahol az elektron töltése, a redukált Planck-állandó, a vákuumbeli fénysebesség.

Fizeau, Armand Hippolyte Louis

(1819–1896) francia fizikus. 1845-ben ő és Léon Foucault készítették az első fényképfelvételeket a Napról. 1849-ben megmérte a fény sebességét; a Doppler-effektust is vizsgálta a fény esetében.

Fizeau-módszer

A fénysebesség mérésének egy módja, amelyet Armand Fizeau gondolt ki 1849-ben. Egy gyorsan forgó fogaskerék fogai között áthaladó fénysugárral felvillanás-sorozatot produkálnak, ami aztán egy távoli tükörről visszaverődik. A fogaskerék fordulatszámát úgy változtatják, hogy a megfigyelő ne lássa a visszaérkező fényjeleket. A fordulatszámból a fény sebessége kiszámolható.

Fizikai Szemle

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat havonta megjelenő folyóirata. (Támogatók: az MTA Fizikai Tudományok Osztálya, az Oktatási és Kulturális Minisztérium, a Magyar Biofizikai Társaság, a Magyar Nukleáris Társaság és a Magyar Fizikushallgatók Egyesülete.) Főszerkesztői: 1950–57: Koczkás Gyula, 1957–2002: Marx György (1995-től társszerkesztők: Berényi Dénes és Pál Lénárd), 2002–2005: Berényi Dénes, 2005-től: Németh Judit. A lap a fizikus közélet fóruma, hírt ad a hazai és nemzetközi kutatásokról, kiterjedten foglalkozik a fizikaoktatással.

Honlap (részleges elektronikus kiadással): http://www.kfki.hu/fszemle/index.html

flash memória

Félvezető alapú memóriák egy típusa, amelynek adatait elektromosan lehet módosítani. Az adatokat a rendszer kikapcsolás után is megőrzi. Számítógépekben, digitális fényképezőgépekben, a merev lemezt helyettesítő hordozható tárolókban (azaz USB-eszközökben) használják.

flavour (íz)

Lásd elemi részecskék.

Fleming szabályok

Szabályok, amelyek megkönnyítik az elektromos gépekben a tér, az áram és az erő egymásra vonatkozó irányának megjegyzését. A bal kéz a motorokra vonatkozik, a jobb kéz a generátorokra. Ha a bal kéz mutatóujját, középső ujját és hüvelykujját egymásra merőlegesen kinyújtjuk, akkor a mutatóujj a tér irányába, a középső ujj az áram irányába, és a hüvelykujj az erő irányába mutat. A jobb kéz használata esetén ezek az irányok a generátorra vonatkoznak. Ezeket az emlékeztető szabályokat Sir John Ambrose Fleming (1849–1945) találta ki.

flip-flop (kétállapotú áramkör)

Olyan áramkör, amelynek két stabil állapota van. Egy impulzusjel hatására vált egyik állapotból a másikba. A számítógépekben széles körűen használják logikai áramkörként.

flogiszton-elmélet

Az égés egy korábbi elmélete, amely szerint az éghető tárgyak egy flogiszton nevű anyagot tartalmaznak, amely a tárgy elégetésekor felszabadul. Ennek a hipotetikus anyagnak a létezését Johann Becher (1635–1681) német kémikus javasolta, és „éghető földnek” nevezte (terra pinguis: szó szerint „kövér föld”). Becher szerint például a fa hamuvá égése azzal a feltételezéssel volt magyarázható, hogy a fa eredetileg hamuból és terra pinguis-ból áll, és ez utóbbi az égés közben felszabadul. A 18. század elején Georg Stahl ezt az anyagot flogisztonra nevezte át (a görög „égett” szóból), és kiterjesztette az elméletet fémek kalcinálására (és korróziójára). így az elmélet szerint a fémek mészből (porhanyós maradványból) és flogisztonból állnak, és amikor a fémet melegítik, a flogiszton felszabadul, és megmarad a mész. A folyamat megfordítható, ha a fémet faszén fölött melegítik. (A faszénről azt gondolták, hogy flogisztonban gazdag, mivel az égés majdnem teljesen felemészti.) A mész felszívja az égő faszén által kibocsátott flogisztont, és újra fémes lesz.

Az elméletet Antoine Lavoisier döntötte meg végül, aki zárt tartályokban zajló reakciókkal végzett alapos kísérletekkel megmutatta, hogy nem történik abszolút tömegnövekedés – az anyag tömegének növekedése megegyezik az égéshez használt levegő tömegének csökkenésével. A Priestley-féle flogiszton-mentesített levegővel végzett kísérletek után Lavoisier észrevette, hogy ez az általa oxigénnek nevezett gáz szükséges a (ma oxidnak nevezett) mész képződéséhez. Az oxigén szerepe az új elméletben majdnem pontosan az ellentéte a flogisztonénak a régiben. Az égés és korrózió során a flogiszton felszabadult, a modern elméletben pedig az oxigén megkötődik, és oxidot képez.

flogisztonelmélet

A hő természetére vonatkozó régebbi elmélet, mely a hőt súlytalan folyadéknak (hőanyagnak)tekintette. Nem volt képes számot adni arról a tényről, hogy súrlódás révén korlátlan mennyiségű hő állítható elő. Akkor mondtak le véglegesen erről az elméletről, amikor Joule megmutatta, hogy a hő az energia egyik formája.

flopi diszk

Mágneses bevonatú, hajlékony műanyaglemez, amelyet merev tokozással látnak el. Kisméretű számítógéprendszerekben információtárolásra használják (lásd mágneslemez).

fluidika

Csövekben áramló folyadéksugarak használata az általában elektronikus eszközökkel végrehajtott vezérlési feladatok elvégzésére. A fluidikai rendszerek, az elektronikus berendezéseknél körülbelül egymilliószór lassúbbak lévén, nagyon hasznosak, amikor késleltető művonalakra van szükség. Ezen felül a magas hőmérsékletekre, erős mágneses terekre és az ionizáló sugárzásokra jóval kevésbé érzékenyek, mint az elektronikus berendezések.

fluidizálás

Egyes ipari folyamatokban használt technika, amelyben egy gázfolyamban lebegő szilárd szemcséket úgy kezelik, mintha a folyékony halmazállapotban lennének. A fluidizáció alkalmas porok, például szénpor szállítására. A fluidizált ágyakat, melyekben a részecskék felfelé irányuló folyamban lebegnek, kiterjedten használják a vegyiparban, különösen a katalitikus reakciókban, ahol a porlasztott katalizátor nagy felülettel rendelkezik. Olyan kemecékben is használják, amelyben a szén egy levegővel átjárt, turbulens homok vagy hamu ágyban ég. Az ágy folyadékként viselkedik, lehetővé téve ezáltal az alacsonyabb égési hőmérsékletet, így a keletkező szennyező nitrogén-oxidok mennyisége csökken. Mészkő hozzáadása az üzemanyaggal telt ágyhoz csökkenti a kén-dioxid kibocsátást.

Nagy nyomású fluidizált ágyakat használnak az erőművek kemencéjében, kombinált ciklusban is. Ezeknél a fluidizált ágyban keletkezett égéstermékeket egy gázturbina meghajtására használják, míg a folyadék ágyban gőzcsöves forralóval egy gőzturbina meghajtásához termelnek gőzt. Ez a rendszer növeli az égési folyamat hatásfokát, egyúttal csökkenti a szennyezést.

fluktuációk

Valamely mennyiség értékének véletlen ingadozásai az átlagérték körül. Kvantummechanikai rendszerekben mindig fellépnek – kvantumfluktuációknak nevezett – ingadozások, még abszolút nulla fokon is. Ez a Heisenberg-féle határozatlansági elv következménye. Az abszolút nulla fok fölött bármely rendszerben megfigyelhetők úgynevezett termikus fluktuációk is. Ha a háromdimenziós fázisátmenetekre valamilyen kvantitatív elméletet szeretnénk felállítani, akkor feltétlenül figyelembe kell vennünk a fluktuációkat. Továbbá úgy gondoljuk, hogy a korai világegyetem szerkezetét a kvantumfluktuációk alakították ki.

fluktuáció–disszipáció tétel

Az egyensúlyi és nemegyensúlyi statisztikus mechanika mennyiségeit, valamint mikroszkópikus és makroszkópikus mennyiségeket összekapcsoló tétel. A fluktuáció–disszipáció tételt először zajos elektromos áramkörökre H. Nyquist vezette le 1928-ban. Az általános tételt H. B. Callen és T. A. Welton vezette le 1951-ben. A fluktuáció–disszipáció tétel alapelve, hogy a nemegyensúlyi állapotot egyaránt lehet véletlen fluktuációk vagy külső (elektromos vagy mágneses) erők hatásának eredménye, amiből az egyensúlyi állapot felé való fejlődésnek mindkét esetben ugyanaz a módja (elegendően kicsi fluktuációk esetén). A fluktuáció–disszipáció tétel alapján meg lehet adni a transzportegyütthatókat a külső erőkre adott válaszfüggvény formájában.

fluoreszcencia

Lásd lumineszcencia.

fluoreszkáló fény

Lásd elektromos világítás.

fluxus

1. Lásd fényáram.

2. Lásd mágneses fluxus.

3. Lásd elektromos fluxus.

4. Részecskenyaláb keresztmetszetének egységnyi felületén áthaladó részecskék száma.

fluxus kibocsátóképesség

Jele M. Az egységnyi felületre eső kibocsátott sugárzási vagy fényfluxus. A sugárzási kibocsátást ( ) watt/négyzetméterben ( ) mérik, míg a fénykibocsátást ( ) lumen/ négyzetméterben. Korábban angol nyelvterületen emittenciának nevezték.

fluxuskvantum

A mágneses fluxus kvantuma, amely szupravezető gyűrűkben, például egy lyukas hengerben, jelenik meg. A mágneses fluxus többszöröseivel kvantálódik, ahol a Planck állandó és az elektron töltése.

fluxusmérő

Mágneses fluxus mérésére szolgáló műszer. Egy tekerccsel (kereső tekercs) összekapcsolva használják, egy lengő tekercses galvanométerre emlékeztet, leszámítva, hogy nincs benne visszatérítő rugó. A mágneses fluxus megváltozása pillanatnyi áramot indukál a kereső tekercsben és mérő tekercsében is, amely a fluxussal arányosan kitér és a kitérített helyzetében marad. Az ilyen típusú műszereket nagyrészt kiszorították a Hall szondát alkalmazó berendezések (lásd Hall-jelenség).

fodrozódás

1. Folyadék felszínén terjedő felületi hullám, amelynek olyan rövid a hullámhossza, hogy a mozgást a felületi feszültség uralja, azaz a hullámhossznak kisebbnek kell lennie a értéknél, ahol a felületi feszültség, a folyadék sűrűsége, pedig a nehézségi gyorsulás. Víz esetében a hullámhossz kisebb 1,7 cm-nél. A parti fövény hullámzás hatására kialakult alakzatait turzásoknak nevezzük. 2. (elektromosság) Egyenáramú áramforrás belsejében elhelyezkedő extra források okozta váltoáramú komponens.

fogyatkozás

Egy égitestről érkező fény teljes (teljes fogyatkozás) vagy részleges (részleges fogyatkozás) eltakarása azáltal, hogy az égitest egy másik égitest mögött, vagy annak árnyékában halad el. Holdfogyatkozás akkor fordul elő, ha a Nap, a Hold és a Föld egy egyenesbe esnek és a Föld árnyéka a Holdra esik. Napfogyatkozás akkor következik be, amikor a Hold árnyéka a Földre vetül. Lásd az ábrát.

fojtótekercs

Nagy induktivitású és kis ellenállású (vezeték-) tekercs. Rádióáramkörökben használják arra, hogy megakadályozzák a hangfrekvenciás, vagy rádiófrekvenciás áramok továbbterjedését, vagy egyenirányító áramkörökben arra, hogy a kimenetet még egyenletesebbé tegyék.

Fokker–Planck-egyenlet

A nemegyensúlyi statisztikus mechanika egyik egyenlete, amely egy dinamikai súrlódás (lassulás) és egy diffúziós folyamat szuperpozíciójának hatását írja le a rendszer változóinak fejlődésére. A Fokker–Planck-egyenletet, ami például a Brown-mozgás vizsgálatára alkalmas, statisztikai és valószínűségszámítási módszerekkel lehet megoldani. Nevét Adriaan Fokker (1887–1968) holland fizikusról és Max Planckról kapta. A Fokker–Planck-egyenlet eredményei jól egyeznek a Langevin-egyenletből származó eredményekkel.

fókusz

1. (optika) Az optikai rendszer bármelyik olyan pontja, amelyen át vagy felé haladó fénysugarak egymást metszik. Fókuszpontnak, pontatlanul főfókuszpontnak is nevezik, sőt (elsősorban a fényképeszek) a kifejezést a fókusztávolság megjelölésére is használják. 2. (matematika) Lásd ellipszis.

fókuszarány

Lásd apertúra.

fókuszpont

Lásd fókusz.

fókusztávolság

A lencse vagy tükör optikai középpontjának és első fókuszpontjának távolsága.

folyadékkristály

A folyadékokhoz hasonló folyékony anyag, azzal a különbséggel, hogy a molekulái között van valamiféle rendezettség. A nematikus kristályok hosszú molekulái mind egy irányban nyúlnak el, minden másban viszont véletlenszerű a helyzetük. A koleszterikus és szmektikus folyadékok molekulái elkülönülő rétegekbe rendeződnek. Koleszterikus kristályban a molekulák tengelye párhuzamos a réteg síkjával, szmektikus kristályban viszont merőleges.

folyadékkristályos kijelző, folyadékkristályos képernyő

Digitális órák, számológépek, TV-k képernyője. Nagyon kis fogyasztás mellett tiszta képet ad. Két átlátszó elektróda közé mintegy szendvicsszerűen vékony folyadékkristály-filmet helyeznek (az elektróda vékony fém- vagy oxidfelülettel ellátott üveglap). A közkeletű térvezérlésű képernyők (FED) olyan folyadékkristályt (ún. csavart nematikus kristályt) tartalmaznak, amely a fény rezgési síkját elforgatja. A folyadékkristályt két polárszűrő közé helyezik. A hátsó szűrőn áthaladó fény rezgési síkját a nematikus folyadékkristály 90 -kal elforgatja, ezért a második polárszűrőn áthaladhat. Elektromos feszültség hatására a folyadékkristály molekularendeződése megváltozik, a kristályba belépő fény rezgési síkját már nem változtatja meg. így a fény nem jut át a második polárszűrőn, ezért a képernyőn fekete pont jelenik meg. Kijelzők esetén az egyik elektród szám alakját mintázza, így ha a két elektród között feszültség lép fel, akkor a képernyőn fekete színű számot látunk.

folyadéksűrűség-mérő (hidrométer)

Folyadékok sűrűségének vagy relatív sűrűségének mérésére szolgáló mérőeszköz. Általában az egyik végén egy megnyújtott hőmérőgömbbel rendelkező üvegcső. A gömbben nehezék van, így a mérőeszköz függőleges helyzetben lebeg a folyadékban. A relatív sűrűség a bemerülés mértéke alapján a mérőeszköz szárán levő beosztásról leolvasható.

folytonos fázis

Lásd kolloidok

folytonos függvény

Egy függvény folytonos az pontban ha az függvény határértéke az pontban . Egy függvényt amelyik nem elégíti ezt a feltételt szakadásos függvénynek nevezzük.

folytonos hullám

Folytonosan, nem impulzusokban kisugárzott hullám.

folytonos színkép

Lásd színkép.

fonon

A kristályrács rezgéseinek kvantuma; energiája (itt a *Planck-állandó, a rezgés frekvenciája. A fononok a fénykvantummal, a fotonnal analóg gerjesztések a szilárd testekben. A fonon fogalma hasznos a nem fémes anyagok hővezetésének értelmezésében, valamint – az elektron–fonon kölcsönhatás révén a fémek elektromos vezetőképességének és a szupravezetésnek az értelmezésében is.

fordulópont

Az a pont, melyben egy görbe két íve metszi egymást.

forgó áramátalakító

Egyenáramot váltakozó áramra, vagy egyenfeszültséget egy másikká alakító berendezés. Elektromos generátorhoz csatolt villanymotorból áll.

forgótekercses műszer

Olyan mérőműszer, amely egy kis tekercs kivezetéseire kapcsolt áramerősséget vagy feszültséget méri, a tekercs egy tengelyen elfordulhat egy patkómágnes két pólusa közötti sugárirányú mágneses térben. Amikor áram folyik a tekercsben, akkor a tekercs visszatérítő rúgó ellenében elfordul. szögelfordulás esetén az áram , ahol a mágneses indukcióvektor, a tekercs által körbezárt felület területe és a menetek száma, a visszatérítő rúgó erősségétől függő állandó. A műszer egyenáram mérésére alkalmas, de egyenirányítóval váltóáram mérésére is átalakítható. Általában galvanométerként készül, és árammérővé vagy feszültségmérővé alakítják át sönt vagy előtét-ellenállás felhasználásával.

forralóvizes reaktor (BWR)

Lásd nukleáris reaktor

forráspont

Az a hőmérséklet, ahol a víz maximális gőznyomása megegyezik a standard légköri nyomással (101 325 Pa). A Celsius-skálán ez az érték 100℃.

forráspont-emelkedés

A folyadék forráspontjának növekedése amiatt, hogy benne valamilyen szilárd anyagot feloldunk. Az emelkedés arányos a feloldott részecskék (molekulák vagy ionok) számával, és számszerű értékét a képlet adja meg, ahol az oldott anyag moláris koncentrációja. A állandó az oldószer forrásállandója, és amennyiben ezt ismerjük, mért értékéből ki tudjuk számítani az oldott anyag relatív molekuláris tömegét. A forráspontemelkedést Beckmann-féle hőmérővel mérjük.

fosszilis tüzelőanyagok

Szén, olaj és földgáz, ezek az emberek által energiaforrásként használt tüzelőanyagok. Élő szervezetek maradványaiból jöttek létre, és magas a szén- és hidrogéntartalmuk. A tüzelőanyagként történő felhasználhatóságuk alapja a szénnek széndioxiddá történő exoterm oxidációja ( ), és a hidrogénnek vízzé történő oxidációja ( ).

fot

A megvilágítás egyik egysége, luxszal vagy 1 lumen per négyzetcentiméterrel egyenlő.

foto-bomlás

Egy atommag bomlása gammasugárzás fotonjának elnyelése következtében.

fotocella

(fotoelektromos cella) Bármely olyan eszköz (sokfajta létezik), amely ha elektromágneses sugárzás éri, válaszként elektromos jelet bocsát ki. Az eredeti fotocellák egy fényérzékeny katód (fotokatód) fotoemisszióját használták ki. A kibocsátott elektronokat egy anód vonzza. Az anódra kapcsolt pozitív potenciál lehetővé teszi, hogy áram folyjon egy külső áramkörön, és az áram arányos lesz a katód megvilágítottságával. Az elektródokat egy leszívott (evakuált) üvegcsőben helyezik el (lásd még fotoelektromos sokszorozó).

Modernebb fényérzékeny eszközök a fotovezetési effektust és az úgynevezett fotovoltaikus effektust használják fel. (lásd fényelektromos jelenség, fotodióda, fototranzisztor, napelem). Lásd az ábrát.

fotódióda

Félvezető dióda, amelyet fény jelenlétének észlelésére vagy intenzitásának a mérésére használnak. Általában egy p-n átmenetből áll, amelyet olyan "házba" építenek be, amely a környezetéből az összes fényt az átmenet közelébe fókuszálja. Az eszköz általában ellentétesen van előfeszítve, hogy sötétben árama kicsi legyen, míg ha meg van világítva, akkor az áram arányos a diódára eső fénnyel. Lásd fotocella, fényelektromos jelenség.

fotoelaszticitás

Bizonyos feszültség alatt levő anyagokban kettős törést létrehozó effektus. Átlátszó anyagokban (például plexi, celluloid vagy üveg) levő húzódások kimutatására használják. Ha a feszültség alatt levő mintán polarizált fehér fényt bocsátanak keresztül, a kettős törés következtében egy alkalmas polariméter ernyőn színes mintázat figyelhető meg. Ha monokromatikus polarizált fényt használnak, akkor világos és sötét szegélyeknek egy összetett mintázata képződik.

fotoelektromos sokszorozó (fotonsokszorozó)

A fotocella egy érzékeny fajtája, amelyben a fotokatód által kibocsátott elektronokat felgyorsítják, majd egy második elektródba ütköztetik, ahol minden egyes eredeti fotoelektron másodlagos emisszió révén több elektront is felszabadít. A folyamat annyiszor ismételhető, ahányszor csak szükséges ahhoz, hogy az utolsó elektródról másodlagos emisszióval már használható elektromos áram lépjen ki. A fotoeletromos sokszorozó tehát egy olyan fotókatód, amelynek kimenetét elektronsokszorozóval erősítik. Az eredeti áramot -szorosára lehet ily módon erősíteni. A fotonsokszorozó olyankor hasznos, amikor kis intenzitású fényt kell detektálnunk, például a csillagok fotometriájában, csillagok és a bolygók helyzetkövetésekor, amit mozgásvezérlésre használunk és földi munkafolyamatok szabályozásában.

fotoelektron

Valamely anyagból sugárzás hatására, fényelektromos jelenség vagy fotoionizáció révén kilépő elektron.

fotoelektron-spektroszkópia

A molekula ionizációs potenciálja meghatározásának technikája. A minta gáz vagy gőz, amelyet egy keskeny (általában 58,4 nm-es, 21,21 eV fotonenergiájú héliumforrásból származó) ultraibolya-sugárral világítanak meg. Az Einstein-egyenlet szerint keletkező fotoelektronokat egy résen keresztül vákuumkamrába juttatják, ahol elektromos vagy mágneses tér segítségével az energiaeloszlásuknak megfelelően eltérítik őket. A fotoelektronok spektrumában a molekula ionizációs potenciáljainak (és pályaenergiájainak) megfelelő csúcs figyelhető meg. Ez a technika a keletkező ionok vibrációs energiaszintjeiről is számot ad. Az ESCA (electron spectroscopy for chemical analysis = eletronspektroszkópiás kémiai analízis) a fotoelektron-spektroszkópiához hasonló technika, amelyben azonban röntgensugarakat alkalmaznak. Ebben az esetben az elektronok az atom valamelyik belső héjáról lökődnek ki. Az elektron-spektrumban a konkrét kémiai elemre jellemző csúcsok alakulnak ki, melyek jellege függ más atomok jelenlététől is.

fotoemisszió

Az a folyamat, amelynek során valamely anyag sugárzás határára elektronokat bocsát ki. Lásd fényelektromos jelenség; fotoionizáció.

fotográfiai sűrűség

A fényképészeti emulziók opacitásának mértéke.

foto-hasadás

Gammasugárzás fotonjának hatására bekövetkező maghasadás.

fotoionizáció

Egy atom vagy egy molekula ionizációja elektromágneses sugárzás hatására. Fotoionizáció akkor jöhet létre, ha a beeső sugárzás fotonjának energiája nagyobb a besugárzott anyag ionizációs potenciáljánál. A kilökött fotoelektron energiáját az képlet adja meg, ahol a Planck-állandó, a beeső sugárzás frekvenciája, pedig a besugárzott anyag ionizációs potenciálja.

fotokatód

Katód, amely a ráeső fény hatására, a fényelektromos jelenség következtében bocsát ki elektronokat. Lásd fotocella.

fotokrómizmus

Bizonyos anyagoknak az a tulajdonsága, hogy fény hatására megváltoztatják színüket. Fotokrom anyagokat használnak például a fényre sötétedő napszemüvegek gyártása során.

fotolitográfia

A félvezetőeszközök, integrált áramkörök stb. gyártásában alkalmazott technika. Lényege, hogy bizonyos kiválasztott területeket letakarnak, majd a nem takart részeket különféle folyamatoknak teszik ki, például szennyezőanyagokat visznek be a felületre, vékony filmréteggel vonják be, maratják a felületet stb. A módszert kis méretű (tipikusan mikrométerben mérhető) struktúrák kialakítására fejlesztették ki, amelyek csak elektronmikroszkóppal vizsgálhatók.

fotolízis

Fény vagy ultraibolya sugárzás hatására bekövetkező kémiai reakció. A fotolitikus reakciók gyakran szabad gyökök képződésével járnak együtt, a fotolízis első lépése ugyanis a kémiai kötés homolitikus felhasadása. (Lásd villanófény-fotolízis.) A víz fotolízise a klorofill által elnyelt napfény hatására következik be, végtermékei: gáz halmazállapotú oxigén, elektronok és hidrogénionok. Ez a folyamat kulcsszerepet játszik a fotoszintézisben.

fotolumineszcencia

Lásd lumineszcencia.

foto-magreakció

Olyan magreakció, melyet a gammasugárzás egy fotonja hozott létre.

fotometria

A látható sugárzások vizsgálata, különösen a fényerősség, a fényáram stb. mérése és kiszámítása. A fotometriai mérések és számítások némely esetben a közeli infravörös és a közeli ultraibolya tartományokra is kiterjednek.

A fotometriában kétféle méréstípus van: az egyik a fényességi értékek megítélésekor az emberi szemre hagyatkozik (például össze kell vetni két felület fényességét), a másik módszer az úgynevezett sugárzási értékeket fotoelektromos eszközökkel, az elektromágneses energia mérésével határozza meg. Lásd még fénymérő.

fotometriai fényesség

Lásd fénysűrűség.

foton

Zérus nyugalmi tömegű részecske, az elektromágneses sugárzás kvantumja. A fotont úgy is tekinthetjük, mint az energia nagyságú adagját, ahol a Planck állandó, pedig a sugárzás frekvenciája. A fotonok fénysebességgel terjednek. A fotoelektromos jelenség, és egyéb olyan jelenségek, melyek megmagyarázásához a fény részecsketulajdonságára van szükség, megkövetelik a létezését.

fotoneutron

Egy olyan atommag által kibocsátott neutron, amely foto-magreakción ment keresztül.

fotonika

Az elektronikában használtakkal analóg, de elektronok helyett fotonokkal működő berendezések tanulmányozása. így a fotonika tárgykörébe tartoznak a fény továbbítását, modulálását, visszaverését, törését, erősítését, észlelését és irányítását végző eszközök. Ilyenek például a lézerek és az optikai szálak. A fotonikát a telekommunikációban széles körben alkalmazzák. Vesd össze optoelektronika.

fotonikus kristály

Olyan kristályrács, amelyen úgy hajlik el a látható fény tartományába eső elektromágneses sugárzás, mint a röntgensugár a röntgendiffrakcióban. Mivel a látható fény hullámhossza sokkal hosszabb a röntgensugárénál, azért a fotonikus kristályban az atomtávolság a szokásosnál jóval nagyobb.

fotopikus látás

A látás azon formája, amikor a csapok a fő működő receptorok, vagyis amikor jelentős a megvilágítás. A színeket a fotopikus látás során tudjuk észlelni. Vesd össze szkotopikus látás.

fotoreceptor

Érzékelő sejt vagy sejtcsoport, amelyre a fény hatással van. Általában pigmentet tartalmaz, mely kémiai átalakuláson megy keresztül, amikor a sejt elnyeli a fényt, s ez a kémiai reakció ingerli az ideget (lásd szem).

fotoszféra

A Nap vagy más csillag látható felszíne és egyben annak folytonos spektrumának a forrása. A fotoszféra gázhalmazállapotú és több száz kilométer vastag, az átlagos hőmérséklete 5780 K. A fotoszféra és a kromoszféra határán a hőmérséklet 4000 K.

fototranzisztor

Fényérzékeny rétegtranzisztor. Ha az emitter–bázis átmenetet sugárzás éri, akkor a bázisban újabb szabad töltéshordozók keletkeznek, és megnő a kollektoráram. A fototranzisztor hasonlít a fotodiódára; a kettő között az a különbség, hogy a fototranzisztor belül erősíti fel a fotoelektromos áramot, következésképpen érzékenyebb a fényre, mint a fotodióda. Némelyik típusa kapcsolóként vagy bistabil eszközként használható; az áram már gyenge sugárzás hatására is erősen megnövekszik bennük.

fotóvezetési effektus

Lásd fényelektromos jelenség.

fotovoltaikus effektus

Magyarul nem használatos fogalom. Lásd fényelektromos jelenség.

Fourier analízis

Egy periodikus függvénynek a szinusz és a koszinusz függvények végtelen sorával megadott alakja. periódusú függvény esetén

Az ilyen típusú sorokat Fourier soroknak nevezzük. A sorfejtésben szereplő együtthatók ebben az esetben

A Fourier sor és a Fourier analízis Joseph Fourier (1768–1830) francia matematikusról és mérnökről kapta a nevét. A Fourier sorok több fontos alkalmazását ismerjük a matematikában, a természettudományokban és a műszaki tudományokban. Fourier a XIX. század első felében hővezetési problémák megoldására dolgozta ki módszerét.

Fourier sor

Egy periodikus függvény kifejtése trigonometrikus függvények soraként. periódusú függvény esetén:

ahol az stb. állandó együtthatókat Fourier együtthatóknak nevezzük. A sorokat a Fourier analízisben használjuk.

főáramkörű tekercselésű gép

Lásd sönt.

főfókusz

Az a pont, amelyben a lencse vagy a tükör tengelyének közelében haladó párhuzamos fénysugarak törés vagy visszaverődés után mind áthaladnak vagy áthaladni látszanak. A tükörnek egy főfókusza van, a lencsének mindkét oldalán egy-egy.

főkör

Azok a körök, melyeket úgy kapunk, hogy egy gömböt elmetsszük egy, a gömb középpontján átmenő síkkal. Az egyenlítő és a különböző hosszúsági fokokhoz tartozó meridiánok valamennyien a Föld felszínének főkörei.

főkvantumszám

Lásd atom.

főpont

Vastag lencse optikai tengelyének két azon pontja közül az egyik, amelytől az összetartozó (kép- és tárgy-) távolságok ugyanúgy mérhetőek, mint a vékony lencse optikai középpontjától.

fősík

Egy lencse optikai tengelyére merőleges, a lencse optikai középpontját tartalmazó sík. Egy vastag lencsének két fősíkja van, mindegyik átmegy egy-egy főponton.

fősorozatbeli csillagok

Lásd Hertzsprung–Russell diagram.

főtengely

Lásd optikai tengely.

Frasch-eljárás

A kén földalatti lelőhelyéről történő kinyerésének három koncentrikus csövet használó módszere. A külső csövön túlhevített vízgőzt áramoltatnak lefelé, ami a ként megolvasztja. A megolvadt ként a legbelső csövön bevezetett sűrített levegő a közbülső csövön keresztül felnyomja. A legkülső csöben áramló gőz hatására a kén végig folyékony marad. Az eljárást Hermann Frasch (1851–1914) német származású amerikai vegyészről nevezték el.

Fraunhofer, Josef von

(1786–1826) német fizikus, aki eredetileg optikusnak tanult. 1814-ben sötét vonalakat figyelt meg a Nap színképében (lásd Fraunhofer-vonalak). A Fraunhofer-diffrakció jelenségével is foglalkozott.

Fraunhofer-diffrakció

A diffrakciónak az a típusa, amikor a fényforrás és a felfogóernyő gyakorlatilag végtelen távol van a diffrakciót előidéző tárgytól, azaz a hullámfrontokat síknak vehetjük. Gyakorlatilag párhuzamos fénysugarakról van szó. A Fresnel-diffrakció határesetének is tekinthetjük. A gyakorlatban az egyszeres és többszörös réseken fellépő diffrakciós mintázatok magyarázatára használják. J. von Fraunhofer tanulmányozta a jelenséget elsőként.

Fraunhofer-vonalak

Sötét vonalak a Nap színképében, amelyek úgy jönnek létre, hogy a Nap belsejéből jövő látható sugárzásból bizonyos hullámhosszakat elnyelnek a kromoszférában lévő kémiai elemek.

frekvenciamoduláció

Lásd moduláció.

frekvenciaosztó (számláló áramkör)

Elektronikus számláló áramkör, amely egy előre meghatározott számú bemenő impulzus után aktiválódik, és szolgáltat kimeneti jelet. A dekádikus leosztó tíz, vagy a tíz többszörösét követően, míg a kettes számrendszerű leosztó két bemenő impulzus után ad kimenő jelet.

Frenkel-hiba

Lásd kristályhiba.

Fresnel-diffrakció

A diffrakció egy fajtája, amikor is a fényforrás vagy a felfogóernyő, vagy mindkettő véges távolságra van a fényt szóró tárgytól, s így a hullámfrontok nem sík felületek, ellentétben a Fraunhofer-diffrakcióval. A jelenséget A. J. Fresnel vizsgálta először.

Fresnel-lencse

Olyan lencse, amelynek törőfelületét koncentrikus körök mentén elvágják, majd egy síkba tolják. így nagy méretú és fényerejű, rövid gyújtótávolságú, de gyenge optikai minőségű lencsét lehet előállítani. Projektorokban, keresőlámpákban, fényszórókban, jelzőlámpákban, világítótornyokon használják. Jó minőségű változatai nagyítóként is használhatók.

Friedman–Lemaître–Robertson–Walker modell

A Világegyetem egy modellje, amely az általános relativitáselmélet Einstein egyenleteinek a táguló, homogén, izotróp Világegyetemre vonatkozó megoldásának felel meg. A modell jó általános leírását adja a Világegyetem fejlődésének. Az 1920-as és 30-as években javasolta Alexandr Friedman, Georges Lemaître, Howard Robertson és Arthur Walker.

f szám

Lásd apertúra.

fullerén

Lásd buckminsterfullerén.

fullerit

Lásd buckminsterfullerén.

fundamentális kölcsönhatások (alapvető kölcsönhatások)

A testek között megfigyelhető négy különböző kölcsönhatásfajta. Ezek a kölcsönhatások úgy is végbemehetnek, hogy a testek nincsenek fizikai kontaktusban, s együttesen a világegyetemben megfigyelhető valamennyi erőről számot adnak. Bár a fizikusok régóta próbálkoznak azzal, hogy ezt a négy kölcsönhatás egyetlen modellben, elméletben vagy egyenletrendszerben egyesítsék, próálkozásaik eddig még nem jártak sikerrel. Haladás értek el azonban az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatás egyesítése terén. Lásd még elemi részecskék; mértékelmélet; egyesített térelmélet.

A leggyengébb kölcsönhatás a gravitációs kölcsönhatás, ami -szer gyengébb, mint az elektromágneses kölcsönhatás. A gravitációs erő minden tömeggel rendelkező részecskére hat, és az mindig vonzóerő. A kölcsönhatást a klasszikus erőtérrel lehet ábrázolni melyben az erő nagysága az egymásra ható testek távolságának négyzetével fordítottan arányos (lásd Newton gravitációs törvénye). Bizonyos összefüggésekben a hipotetikus gravitációs kvantum, a graviton fogalma is hasznos lehet. Atomi méretekben az gravitációs erő elhanyagolhatóan gyenge erőhatás, viszont kozmológiai léptékben – ahol óriási tömegekkel kell számolni – rendkívül fontos, mert a gravitációs erő tartja egyben a világegyetemet. Mivel a gravitációs kölcsönhatás nagy hatótávolságú kölcsönhatás, az általános relativitáselmélet formájában jól értelmezett makroszkópikus elméletünk van rá. A gravitációs kölcsönhatások kvantumelmélete viszont jelenleg még nem létezik. Lehetséges, hogy a gravitáció és a többi fundamentális kölcsönhatás egyesítésével a szuperhúr elmélet adja majd meg a gravitáció ellentmondásmentes kvantumelméletét.

Az elektromágneses kölcsönhatásnál mintegy -szer gyengébb gyenge kölcsönhatás a leptonok között és a hadronok bomlása közben figyelhető meg. A részecskék és az atommagok béta-bomlásárért felelős. A jelenlegi elmélet szerint a kölcsönhatás közvetítő vektorbozonok cseréje révén valósul meg. A gyenge kölcsönhatást az elektrogyenge kölcsönhatás elmélete írja le, mely egyesíti az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatást.

Az elektromágneses kölcsönhatás a felelős az atomok szerkezetéért, a kémiai reakciókért és minden elektromágneses jelenségért. Számot ad a töltött részecskék között ható erőkről, amelyek a gravitációs erőtől eltérően vonzóerők és taszítóerők is lehetnek. Néhány semleges részecske elektromágneses kölcsönhatás révén hasad. Ezt a kölcsönhatástípust vagy a klasszikus erőtérfogalom segítségével (lásd Coulomb-törvény), vagy virtuális fotonok cseréjével jelenítjük meg. Mint a gravitációs kölcsönhatás esetében, az elektromágneses kölcsönhatás esetében is a kölcsönhatás nagy hatótávolsága biztosítja azt, hogy a Maxwell-egyenletek formájában megbízható klasszikus elmélet van a kezünkben. Az elektromágneses kölcsönhatás kvantumelméletét a kvantumelektrodinamika írja le, amely a mértékelmélet egyszerűsített formája.

Az elektromágneses kölcsönhatásnál mintegy -szer erősebb erős kölcsönhatás csak a hadronok között lép fel, a nukleonok közötti erőhatásokért felelős, ezek tartják össze oly stabilan az atommagokat. Nagyon rövid távon ható kölcsönhatás, csak az atommagon belül érzékelhető (azaz m nagyságrendű. Virtuális mezonok cseréjeként ábrázoljuk. Az erős kölcsönhatást a kvantumszíndinamikának nevezett mértékelmélet írja le.

funkcionál

Olyan függvény, melynek a változója is függvény. A funkcionálokat rendkívül kiterjedten használják a kvantummechanikai soktestproblémában, a statisztikus mechanikában és a kvantumtérelméletben.

futtatás

Egy olcsóbb fém vékony, drága fémréteggel történő bevonása.

fúzió

1. Összeolvadás. 2. Lásd magfúzió.

fúziós reaktor

Lásd termonukleáris reaktor.

fuzzy logika

A logikának egy típusa, amely megenged bizonyos pontatlanságot, a mesterséges intelligenciával kapcsolatos kutatásokban használják. A hagyományos logikák az igazságfüggvénynek csak két értékét engedik meg az ’igazat’ és a ’hamisat’. A fuzzy logika többértékű, megengedi az olyan fogalmakat is, mint ’eléggé valószínű’ és ’többé-kevésbé valószínű’. Ezek a fogalmak egy, a intervallumba eső számmal, az igazság fokával reprezentálhatók. A fuzzy szabályozás a fuzzy logika alkalmazása a folyamatok számítógépes irányítására.

függvény

Művelet vagy eljárás, amely egy vagy több változóhoz egy másik változót rendel. Ha az az függvénye, akkor a függvénykapcsolat jelölése , az változása változását eredményezi. Ha értéke ismert, meghatározható. -et független -t függő változónak nevezzük.

fűrészfogrezgés

Olyan hullámalak, amelynek változója egy rögzített időtartamban egyenletesen nő, majd hirtelen visszaesik a kezdeti értékére, s azután ez a jelenség periodikusan ismétlődik. Az ábra együtt mutatja az ideális hullámalakot, valamint a gyakorlatilag elektromos áramkörökben előállítható rezgést. A fűrészfoggenerátor széles körben elterjedt eszköz, amely időjelet biztosít az elektromos áramkörök és a katódsugárcsövek számára.

fűtőelem

Lásd nukleáris reaktor.

fűtőérték

Adott anyag egységnyi tömegű mennyiségének teljes elégetése során felszabaduló hőmennyiség. A fűtőértékkel fejezik ki az üzemanyagok energiatartalmát; szokásos egysége a megajoule/kilogramm (MJ/kg). Az élelmiszerek energiatartalmának kifejezésére is használják: azt az energiamennyiséget jelenti, amely az élelmiszer oxidációja révén a testünkben felszabadul. Ebben az összefüggésben a kilojoule/gramm (kJ/g) vagy nem szabványos összefüggésben a kilokalória egységet használjuk. A fűtőértéket kaloriméterrel mérik.