インピーダンス整合

2017年：より広く知られるべき科学用語または概念は何か？ ニュース[20] | 寄稿者[205] | 全回答を見る[205] W. Daniel Hillis 物理学者、コンピュータ科学者、Applied Invention共同創設者。著書『The Pattern on the Stone』 インピーダンス整合「インピーダンス」とは、システムがエネルギーの流入にどれだけ抵抗するかを示す尺度です。多くの場合、システムは「インピーダンス整合器」と呼ばれる要素を追加することで、より効率的にエネルギーを受け入れられるように変更できます。ほとんどの人はインピーダンス整合器という言葉を聞いたことがないかもしれませんが、一度知ると、トランペットの形状、レンズの反射防止コーティング、録音ブース内部のフォームスパイクなど、あらゆる場所で見かけるようになります。インピーダンス整合器の身近な例は、自動車のトランスミッションです。これは、エンジンの比較的速い回転を、車を推進するために必要な、より遅く強力な回転に変換することで、エンジンから車輪へのエネルギーを結合します。電柱の変圧器は、送電線上の高電圧電力を家庭に電力を供給するために必要な高電流電力に変換するという、類似の問題を解決します。ジェットエンジンからラジオまで、多くの機械は、エネルギーをシステムの1つの部分から別の部分に移動させるために、インピーダンス整合器に依存しています。エネルギーが波の形で入ってくる場合に、最も興味深いインピーダンス整合のいくつかが起こります。プールで、水しぶきからの波が壁に反射するのに気づいたことがあるでしょう。水と壁の間にインピーダンスの不整合があるため、波のエネルギーは壁に結合できず、反射して戻ってきます。垂直の防波堤を見ると、反射波が元の波の高さを加え、波の高さのほぼ2倍のスプラッシュを作り出すことに気づくでしょう。波が緩やかに傾斜したビーチに打ち寄せる場合には、これは起こりません。なぜなら、その傾斜がインピーダンス整合器として機能し、波のエネルギーが砂に流れ込むことを可能にするからです。無響録音ブースの内部にあるフォームスパイクは、ほぼ同じ機能を持っています。音波はスパイクよりもはるかに大きいため、壁に近づくにつれてフォームは徐々に密度が高くなります。これにより、音のエネルギーは反射なしに吸収壁に結合され、エコーが発生しません。トランペットの端のフレアは、逆の原理で機能します。フレアがないと、ほとんどの音のエネルギーは外部の空気への結合ではなく、トランペット内に反射されてしまいます。スピーキングコーン、またはメガホンも別の例です。コーンはインピーダンス整合器として機能し、声の音響エネルギーを空気と接続します。この種のインピーダンス整合器は非常に効果的で、古いビクトロラレコードの針のわずかな動きでダンスホールを満たすことができます。インピーダンス整合は、光波だけでなく音波にも機能します。カメラレンズの反射防止コーティングは、音響ブースのフォームと機能が非常に似ています。一方、鏡は防波堤のように機能し、インピーダンスの不整合を作り出します。ガラスに数分子のアルミニウムを付着させるだけで、表面の光学特性を調整してインピーダンスの不整合、「半銀メッキ」鏡を作り出し、光のごく一部しか反射しないようにすることができます。より大きなスケールでは、大気中の二酸化炭素を望ましくないインピーダンス整合器と見なすことができます。これは、太陽の赤外線波を惑星に結合します。いつの日か、成層圏に微細な塵の粒子を追加して地球を冷却することを決定するかもしれません。これにより、表面の光学特性を調整して、太陽から来る赤外線波のごく一部を反射して戻すことができます。大気と太陽光の間のインピーダンスの不整合は、半銀メッキ鏡のようなものを作り出し、惑星に流れ込む不要なエネルギーを反射して戻すことで、私たちをより涼しく保つでしょう。目次に戻る