Эквивалентная температура нетепловых шумов

В большинстве случаев пороговая чувствительность приборов и установок ограничивается не тепловым, а каким-либо другим источником шума (электронными шумами, механическими вибрациями). Например, при измерениях силы тяжести с помощью пружинных весов помехи вносят вибрации от проезжающего транспорта, сейсмические колебания почвы и т.п. В результате действия этих вибраций пружинные весы будут совершать колебания, в основном, на частоте, совпадающей с частотой собственных колебаний.

С целью наглядности и возможности сравнения с тепловыми шумами, интенсивность шумов нетепловой природы можно также характеризовать некой эквивалентной температурой, при которой эти шумы были бы сравнимы с тепловыми шумами. Для этого энергию колебаний W выражают в единицах эквивалентной температуры T _экв с помощью равенства , где k = 1,38×10^-23 Дж/K – постоянная больцмана. Здесь < W > – средняя энергия шумов нетепловой природы.

Оценим, например, величину эквивалентной температуры лабораторного стола с массой m =100кг, совершающего вибрации с частотой f = 100 Гц и с амплитудой а= 10^{-8 см. Для этого вычислим кинетическую энергию колебаний стола и выразим ее в единицах температуры. Будем считать, что стол совершает гармонические колебания по закону . Тогда линейная скорость колебаний: . Учтем, что} w=2p f. Среднее значение кинетической энергии колебаний . Отсюда найдем: . Численный расчет дает T _экв=3,6 10¹⁰ К.

Отметим, что построенный выше математический аппарат может быть использован для анализа шумов любой природы с известной спектральной плотностью мощности.

Часть 4