Магазины электрических ве­личин

Вид материала

Документы

Содержание Мейснера эффект Форма нек-рых собств. колебаний мембраны: а — прямоугольной; б — круглой. Стрел­ками указаны узловые линии; i, k — номера гармон Менисковые системы Рис. 1. Оптич. схемы простейших менисковых систем. М — ахроматич. мениск; 3 — во­гнутое сферич. зеркало; F — фокус системы. Кома в М. с. за­висит от расстояния между мениском и зеркалом и при определённом поло­жении мениска равна нулю. Астиг­матизм Рис. 2. Двойные ахроматич. мениски, в к-рых дисперсия первой линзы компенси­руется дисперсией второй. Г. Г. Слюсарев. Меры вместимости Меры длины Меры угловые Призматич. угловые меры (греч. буквами обозначены воспроизводимые ими углы, раз­меры даны в мм). Меры электрических вели­чин К. П. Широков. Мёссбауэровская спектроско­пия Металлическая связь МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ (металлиды) МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СТЁКЛА (стекловидные металлы, метглассы) Е. А. Туров. Оптические характеристики некоторых металлов Электрические свойства. ... Полное содержание

Подобный материал:

• Рабочей программы дисциплины Электроэнергетические системы и сети по направлению подготовки, 21.71kb.
• Отчет по лабораторной работе должен содержать: наименование работы и номер, схемы, 365.83kb.
• Экзаменационные вопросы по курсу «Электротехника и электроника», 23.91kb.
• Бизнес-план магазина товаров для детей Содержание, 138.19kb.
• 1. Основные понятия и обозначения электрических величин и элементов электрических цепей., 277.03kb.
• Цифровой вольтметр щ-304, 137.06kb.
• Телемеханики, 26.01kb.
• Отдел метрологического обеспечения измерений электрических величин, 42.58kb.
• Курсовая работа по курсу «основы физических измерений», 226.86kb.
• Теория электрических цепей (часть, 63kb.

МЕЙСНЕРА ЭФФЕКТ, полное вытес­нение магн. поля из металлич. про­водника, когда последний становится сверхпроводящим (при понижении темп-ры и напряжённости магн. поля ниже критич. значения Н_к). М. э. впервые наблюдался нем. физиками В. Мейснером (W. Meissner) и Р. Оксенфельдом (R. Ochsenfeld) в 1933. Соотношение B=H+4J=(1+4)H между магн. индукцией В, напряжён­ностью магн. поля Н и намагничен­ностью металла J показывает, что, согласно М. э. (когда B=0), идеальный сверхпроводник ведёт себя как идеа­льный диамагнетик с аномально большой магн. восприимчивостью =-1/4. При М. э. внеш. магн. поле оказывается заэкранированным диамагн. токами, возникающими в тон­ком поверхностном слое сверхпровод­ника. В недостаточно чистых метал­лах и в сплавах наблюдается частич­ное «замораживание» магн. поля в объ­ёме сверхпроводника, т. е. неполнота М. э. (см. подробнее Сверхпроводи­мость, Сверхпроводники).

МЕМБРАНА (от лат. membrana — кожица, перепонка) в акустике, гиб­кая тонкая плёнка, приведённая внеш. силами в состояние натяжения и обладающая вследствие этого упру­гостью. От М. следует отличать пла­стинку, упругость к-рой зависит от её материала и толщины. Примеры М.— кожа, натянутая на барабане, тонкая металлич. фольга, играющая роль подвижной обкладки конденса­торного микрофона. Собств. колебания М. представляются системами стоячих волн с той или иной картиной узловых линий, к-рые разделяют части М., ко­леблющиеся с противоположными фазами (рис.); внеш. контур, по к-рому зажимается М., всегда является узловой линией, если закрепление

таково, что отсутствует смещение, перпендикулярное плоскости М. Разл. системам стоячих волн соответствуют разл. частоты колебаний, совокуп­ность к-рых определяет дискр. спектр собств. частот М. Вынужденные коле­бания М. под действием сосредоточенных или распределённых периодич. внеш. сил происходят с частотой внеш. воздействия; при её совпадении с одной из собств. частот М. имеет ме­сто резонанс.




Форма нек-рых собств. колебаний мембраны: а — прямоугольной; б — круглой. Стрел­ками указаны узловые линии; i, k — номера гармоник.


МЕНИСК (от греч. meniskos — полу­месяц), искривлённая свободная по­верхность жидкости вблизи границы её соприкосновения с тв. телом (напр., у стенок сосуда). В капиллярных труб­ках М. имеет сферич. форму — вог­нутую, если имеет место смачивание, и выпуклую — при отсутствии смачи­вания. Давление паров над вогнутой поверхностью ниже, а над выпуклой выше, чем над плоской поверхностью жидкости. Этим объясняются всасы­вание жидкости в капилляры, капил­лярная конденсация и др. (см. Капил­лярные явления).

МЕНИСКОВЫЕ СИСТЕМЫ, разновидность оптич. зеркально-линзовых систем, в к-рых перед сферич. зерка­лом (или системой зеркал и линз) устанавливается один или неск. ахроматич. менисков (выпукло-вогнутых линз, ограниченных сферич. поверх­ностями). М. с. изобретены в 1941 Д. Д. Максутовым (СССР) и незави­симо Д. Габором (Великобритания).

Менисковые линзы с мало отличаю­щимися радиусами кривизны поверх­ностей явл. компенсаторами, т. е. они мало влияют на общий ход лучей, но заметно уменьшают абер­рации оптических систем, в состав к-рых входят. Мениск практически ахроматичен по отношению к парал-

405


лельному пучку лучей, если величина (R₁-R₂)/d близка к 0,6 (R₁, R₂ — радиусы кривизны поверхностей ме­ниска, d — его толщина; рис. 1, а, б). Можно подобрать R₁ и R₂ так, чтобы положит, сферич. аберрация мениска




Рис. 1. Оптич. схемы простейших менисковых систем. М — ахроматич. мениск; 3 — во­гнутое сферич. зеркало; F — фокус системы.


компенсировала отрицат. сферич. аберрацию зеркала. Кома в М. с. за­висит от расстояния между мениском и зеркалом и при определённом поло­жении мениска равна нулю. Астиг­матизм простейших М. с. мал, а кривизна поля изображения значи­тельна, поэтому фотографирование в М. с. производится на определённым образом изогнутых фотоплёнках. Од­нако применение дополнит. коррекционной линзы, исправляющей как кривизну поля, так и дисторсию, де­лает возможным фотографирование



Рис. 2. Двойные ахроматич. мениски, в к-рых дисперсия первой линзы компенси­руется дисперсией второй.


в М. с. и на плоских пластинках и плёнках. В М. с. большой светосилы с одним мениском появляется неболь­шая хроматич. аберрация, т. и. х р о м а т и з м у в е л и ч е н и я. Его устраняют, применяя пары противо­положно ориентированных менисков (рис. 2, а, б. в).

Практич. применение М. с. получи­ли в астрономии, в т. н. мениско­вых телескопах (наз. также телескопами Максутова), к-рые обес­печивают достаточно большое поле зрения (до 5°) и светосилу. М. с. при­меняются также в системах слеже­ния за ИСЗ.

М. с. компактнее др. оптич. систем со сравнимыми параметрами, что упрощает управление менисковыми телескопами с помощью часовых ме­ханизмов. Осн. поверхности М. с. просты по форме (сферические), вследствие чего М. с. относительно просты в изготовлении и допускают простой и точный оптич. контроль. Исправление всех осн. аберраций приводит к высокому качеству изоб­ражения не только в центре поля наб­людения, но при больших полях и на их краях.

• Максутов Д. Д., Астрономическая оптика, М.—Л., 1946; В о л о с о в Д. С., Теория менисковых систем, «ЖТФ», 1945, т. 15, в. 1—2.

Г. Г. Слюсарев.

МЕРЫ, средства измерений, предна­значенные для воспроизведения физ. величин заданного размера. Наряду с простейшими М., такими, как М. массы (гири) или М. вместимости (мерные стаканы, цилиндры и т. д.), к М. относятся и более сложные устройства, напр. нормальные эле­менты (М. эдс), катушки электрич. сопротивления, светоизмерит. лампы и др. М. подразделяются на о д н о з н а ч н ы е (воспроизводящие физ. величину одного размера) и м н о г о з н а ч н ы е (обеспечивающие вос­произведение ряда величин разл. раз­мера, напр. неск. длин). Примеры пер­вых — гиря, измерит. колба, катушка индуктивности; вторых — линейка со шкалой, конденсатор перем. ёмкости, вариометр индуктивности. Из М. могут составляться наборы (гирь, концевых М. длины и пр.) для ступенчатого воспроизведения ряда одноимённых величин в определённом диапазоне значений. Наборы М. электрич. ве­личин иногда снабжаются переклю­чателями и образуют магазины (элект­рич. сопротивлений, ёмкостей и др.). Под н о м и н а л ь н ы м значе­нием М. понимается значение вели­чины, указанное на М. или приписан­ное ей (гиря в 1 кг, катушка сопро­тивления в 1 Ом), под д е й с т в и т е л ь н ы м значением М.— значение величины, фактически воспроизводи­мой М., определённое настолько точно, что его погрешностью можно пренеб­речь при использовании М. Разность между номин. и действит. значениями М. приближённо равна погрешности М. От М. требуется, чтобы они были стабильными во времени. В зависимо­сти от уровня допускаемых погрешно­стей М. могут подразделяться на клас­сы точности. М. используют в ка­честве эталонов, образцовых или ра­бочих средств измерений. Образцовые М. получают значения от эталонов и применяются для поверки рабочих М. Физ. условия (темп-pa, давление, влажность и др.), в к-рых погрешно­сти М. не превышают допустимых пределов, указываются в инструк­циях по применению и поверке М. Отд. категорию М. составляют образ­цовые в-ва — чистые или приготовлен­ные по особой спецификации, обла­дающие известными и воспроизводи­мыми св-вами, напр. чистая вода, чи­стые газы (Н₂, O₂), чистые металлы (Zn, Ag, Au, Pt), бензойная к-та. К М. относятся и получающие всё более широкое распространение стан­дартные образцы, обладающие опре­делёнными физ. св-вами (напр., об­разцы стали определённого состава, твёрдости и т. д.).

• Б у р д у н Г. Д., Марков Б. Н., Ос­новы метрологии, 2 изд., М., 1975; Широ­ков К. П., Общие вопросы метрологии, М., 1967.

К. П. Широков.

МЕРЫ ВМЕСТИМОСТИ (объёма) жид­костей и газов, служат для воспроизведения объёмов заданных размеров; представляют собой стеклянные или металлич. сосуды разл. формы, на к-рые наносится отметка (однознач­ные меры) или ряд отметок (много­значные меры), позволяющие опре­делять объёмы. М. в. градуируют в м³ или литрах (1л=1 дм³) и в доль­ных от них единицах. К М. в. от­носятся разл. рода мерники, резер­вуары, мерные кружки и колбы, измерит. цилиндры, мензурки, пипетки, бюретки и др. По метрологич. назначению М. в. подразделяются на образцовые и рабочие (см. Меры). 9 ГОСТ 1770—74. Посуда мерная лаборатор­ная стеклянная. ГОСТ 20292—74. При­боры мерные лабораторные стеклянные.

К. П. Широков.

МЕРЫ ДЛИНЫ, служат для воспро­изведения длин заданного размера. М. д. подразделяются на штриховые, концевые и штрихо-концевые. Раз­меры штриховых М. д. определяются расстоянием между нанесёнными на них штрихами, концевых — расстоя­нием между измерит. поверхностями, ограничивающими меры. Штрихо-кон­цевые М. д.— это концевые меры, па к-рых дополнительно нанесены штри­хи, соответствующие дольным ед. дли­ны.

Штриховые М. д. бывают одно­значные и многозначные (см. Меры). Конструктивно они обычно выполня­ются в виде стержней (брусков) и лент, имеют номин. значения от 0,1 мм (измерит. шкалы) до десятков метров (ленты, проволоки, рулетки). Штриховыми М. д. явл. также шкалы оптико-механич. приборов (измерит. микроскопов, микрометров и др.) и настроечных устройств станков.

Штриховые М. д. подразделяются на шесть классов точности: 0; 1; 2; 3; 4 и 5, относит. погрешности к-рых лежат в пределах от 0,5•10^-6 (для класса 0) до 5•10^-5 (для класса 5). Концевые М. д. бывают только од­нозначные, четырёх классов точности: 0; 1; 2 и 3, относит. погрешности к-рых лежат в пределах от 2•10^-6 (класс 0) до 2•10^-5 (класс 3).

По метрологич. назначению М. д. подразделяются на образцовые и ра­бочие (подробнее см. ст. Меры).

• ГОСТ 9038—73. Меры длины концевые плоскопараллельные; ГОСТ 12069—78. Меры длины штриховые брусковые; ГОСТ 13581 — 68. Меры длины концевые плоскопараллель­ные из твердого сплава.

К. П. Широков.

МЕРЫ УГЛОВЫЕ, служат для вос­произведения углов заданных разме­ров. М. у. бывают однозначные (уг­ловые плитки) и многозначные (мно­гогранные призмы, лимбы, круговые шкалы и диски делит. головок, рис.). Угловые плитки представляют собой стальные плитки толщиной 5 мм с одним или четырьмя двугранными углами, образованными боковыми (ра­бочими) поверхностями плитки. Плит­ки с рабочими углами от 1' до 100° комплектуются в наборы так, чтобы из трёх — пяти мер можно было сос­тавлять блоки с интервалами через 1°, 1' или 15". Угловые плитки изготов-

406




Призматич. угловые меры (греч. буквами обозначены воспроизводимые ими углы, раз­меры даны в мм).


ляют трёх классов точности: 0; 1; 2;

с погрешностями до 3" (у класса 0) и до 30" (у второго класса). Многогранные призмы изготовляют из стекла, плавленого кварца и стали с числом граней до 36, иногда до 72. I Допустимые отклонения рабочих углов составляют ±5" для класса 0 и ±30" для второго класса точности. Лимбы изготовляют с ценой деления 1 от 1' до 10" и более и погрешностями 1 от 1 до 10". По метрологич. назначе­нию М. у. подразделяются на образ­цовые и рабочие (см. Меры). • ГОСТ 2875—75. Меры угловые призмати­ческие.

К. П. Широков.

МЕРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИ­ЧИН, служат для воспроизведения электрич. величин заданного разме­ра. К М. э. в. относятся измерит. резисторы (катушки сопротивления), катушки индуктивности и взаимной индуктивности, измерит. конденса­торы, меры электродвижущей силы (нормальные элементы) и др. Нек-рые М. э. в. выполняются регулируемы­ми (многозначными), воспроизводящи­ми величины в определённом диапа­зоне (напр., конденсаторы перемен­ной ёмкости, вариометры индуктив­ности). По метрологич. назначению М. э. в. подразделяют на образцовые и рабочие (см. Меры). Обычно М. э. в. применяют в мостовых или компенсац. измерит. установках, позволяющих осуществлять измерения с более вы­сокой точностью, чем непосредственно приборами прямого преобразования (см. Компенсационный метод изме­рений). Изготовляют М. э. в. разл. классов точности. Резисторы — семи классов точности (ГОСТ 23737—79): 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02 и 0,05 (числа указывают пределы допустимых отклонений сопротивле­ния от номин. значения в %); конден­саторы (магазины ёмкости) — пяти классов (ГОСТ 6746—75): 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; катушки индуктивности — семи классов (ГОСТ 21175—75): 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; нормаль­ные элементы (ГОСТ 1954—75) — с пределами годовой нестабильности от 0,001 до 0,02%.

М. э. в. позволяют воспроизводить олектрич. величины в диапазонах

10^-5—10⁹ ом, 10^-8—10 Гн, 10^-3— 10⁸ пФ.

• Основы электроизмерительной техники, М., 1972; Справочник по электроизмери­тельным приборам, 2 изд., Л., 1977.

К. П. Широков.

МЁССБАУЭРА ЭФФЕКТ (ядерный -резонанс), испускание или поглощение -квантов ат. ядрами, связанными в тв. теле, не сопровождающееся изме­нением внутр. энергии тела, т. е. испусканием или поглощением фоно­нов. Открыт нем. физиком Р. Мёссбауэром (R. Mőssbauer) в 1958. Таким переходам ядер соответствуют очень узкие линии испускания и поглощения -лучей, обладающие естеств. шириной Г=ћ/ ( — ср. время жизни возбуждённого состоя­ния ядра, участвующего в -переходе; см. Ширина спектральных ли­ний) и энергией ξ₀, равной энергии перехода.

При испускании или поглощении ядром -кванта система, содержащая это ядро, приобретает импульс p =ξ₀/c, где ξ₀ — энергия -кванта, соответствующего данному квант. пе­реходу. Этому импульсу отвечает энер­гия ξ= p²/2М, где М — масса сис­темы. В результате отдачи линии ис­пускания и поглощения свободного и неподвижного ядер смещены в разные стороны от ξ₀ на величину 2ξ= ξ²₀/Мс² и уширены (см. Резонансное поглощение). В тв. теле благодаря вз-ствию атомов энергия отдачи пре­вращается в энергию колебаний крист. решётки; т. е. отдача приводит к рождению добавочных фононов. Если энергия отдачи (на одно ядро) меньше ср. энергии фонона, характерной для данного кристалла, то не каждый акт поглощения -кванта будет сопрово­ждаться рождением фонона. В таких «бесфононных» случаях внутр. энер­гия кристалла не изменяется. Кинетич. же энергия, к-рую приобретает кристалл в целом, воспринимая им­пульс отдачи, пренебрежимо мала (массу кристалла можно рассматри­вать бесконечно большой по сравне­нию с массой отд. атома).

Вероятность такого процесса до­стигает неск. % и десятков % при ξ₀150 кэВ. При увеличении энер­гии вероятность возбуждения фоно­нов при отдаче ядра растёт и вероят­ность М. э. быстро убывает. Вероят­ность М. э. возрастает при пониже­нии темп-ры Т (уменьшается вероят­ность возбуждения фононов при от­даче). Обычно для наблюдения М. э. необходимо охлаждать источник и поглотитель -квантов до темп-ры жидкого азота или жидкого гелия, однако для -переходов очень низких энергий (напр., ξ₀=14,4 кэВ для -перехода ядра ⁵⁷Fe или 23,9 кэВ для -перехода ядра ¹¹⁹Sn) М. э. можно наблюдать до T~1000°C. Вероятность М. э. тем больше, чем больше харак­терная для данного кристалла ср. энергия фононов (чем больше Дебая температура кристалла).

Исключительно малая ширина ре­зонансных линий (10^-10 эВ) позволяет использовать М. э. для измерения малых сдвигов энергии -квантов, вызванных теми или иными воздей­ствиями на излучающее или поглоща­ющее ядро или -квант. Напр., если сдвиг обусловлен ядерным Зеемана эффектом, измерение зеемановских расщеплений позволяет определить внутр. магн. поля, действующие на ядра (см. Мёссбауэроеская спектро­скопия).

Измерение вероятности М. э. и её зависимости от темп-ры позволяет по­лучить сведения об особенностях вз-ствия атомов в тв. телах и о коле­баниях атомов в крист. решётке. Из­мерения, в к-рых используется М. э., отличаются высокой избирательно­стью, т. к. в каждом эксперименте резонансное поглощение наблюда­ется только для ядер одного сорта. Это позволяет эффективно приме­нять М. э. в тех случаях, когда атомы, на ядрах к-рых наблюдается М. э., входят в состав тв. тел в виде приме­сей. М. э. используется для исследо­вания электронных состояний при­месных атомов в металлах и полупро­водниках и для изучения особенностей колебаний примесных атомов в кри­сталлах. М. э. применяется в биоло­гии (напр., исследование электронной структуры гемоглобина), в геологии (разведка и экспресс-анализ руд), для целей хим. анализа, для измере­ния скоростей и вибраций. М. э. наблюдается для 73 изотопов 41-го элемента; самым лёгким среди них явл. ⁴⁰К, самым тяжёлым — ²⁴³Am.

• Эффект Мессбауэра. Сб. статей, под ред. Ю. Кагана, М., 1962; Мессбауэр Р., Эффект RK и его значение для точных изме­рений, в кн.: Наука и человечество, М., 1962; Фрауэнфельдер Г., Эффект Мессбауэра, пер. с англ., М., 1964; Шпи­нель В. С., Резонанс гамма-лучей в кри­сталлах, М., 1969; Химические применения мессбауэровской спектроскопии, пер. с англ., М., 1970.

Н. Н. Делягин.

МЁССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКО­ПИЯ, метод изучения вз-ствия ядра с электрич. и магн. полями, создавае­мыми его окружением, основанный на использовании Мессбауэра эффекта. Эти вз-ствия вызывают сдвиги и рас­щепления уровней энергии ядра, что проявляется в сдвигах и расщеплени­ях мёссбауэровских линий. Энергия таких вз-ствий 10^-4 эВ, однако сверхтонкая структура мессбауэров­ской линии легко наблюдаема благода­ря малой естеств. ширине линии. Для этого используется Доплера эффект. Источнику -излучения сообщается скорость v (относительно поглотите­ля), при этом энергия -кванта меня­ется на величину ξ = ξ₀v/с (ξ₀— энергия -перехода). Скорости v в интервале 0,1 —1,0 см/с приводят к смещению линии на величину по­рядка её естеств. ширины. М ё с с б а у э р о в с к и е с п е к т р о-

407


м е т р ы (рис. 1) измеряют зависи­мость резонансного поглощения -квантов от скорости источника V. Максимум поглощения наблюдается, когда сдвиг мёссбауэровской линии, вызванный этим вз-ствием, компен­сируется доплеровским сдвигом.

Важнейшими типами вз-ствий ат. ядра с внеядернымн полями явл. электрич. монопольное, электрич. квадрупольное и магн. дипольное вз-ствия.



Рис. 1. Схема мёсобауэровского спектрометра.



Рис. 2. Сдвиг 6 и расщепление мёссбауэров­скои линии.


Электрич. монопольное вз-ствие (вз-ствие ядра с электростатич. полем, создаваемым в области ядра ок­ружающими его эл-нами) приводит к изомерному хим. сдвигу -линии (рис. 2, а, б), к-рый наблюдается, если источник и поглотитель химиче­ски не тождественны. Изомерный сдвиг () пропорц. электронной плот­ности вблизи ядра, и его величина — важная хар-ка хим. связи атомов в тв. телах. По величине  можно су­дить о степени «ионности» и «ковалентности» хим. связи, об электроотрица­тельности атомов, входящих в сос­тав молекул и т. д. Исследование хим. сдвигов позволяет также получать сведения о распределении заряда в ядрах.

Электрическое квадрупольное вз-ствие — вз-ствие электрич. квадрупольного момента ядра Q с неоднородным электрич. полем — приводит к расщеплению яд. уровней, в результа­те чего в спектрах поглощения на­блюдаются две (или больше) линии. Напр., для ядер ⁵⁷Fe, ¹¹⁹Sn и ¹²⁵Те в спектрах поглощения присутствует квадрупольный дублет (рис. 2, в). Разность энергии между компонента­ми дублета () пропорц. произведе­нию Q на градиент электрич. поля в об­ласти ядра. Т. к. последний характе­ризует симметрию зарядов, окружа­ющих ядро, то исследование квадрупольного вз-ствия позволяет полу­чить информацию об электронных кон­фигурациях атомов и ионов, об осо­бенностях структуры тв. тел, а также о квадрупольных моментах ядер.

Магн. дипольное вз-ствие обычно наблюдается в магнитно-упорядочен­ных в-вах (ферро-, антиферро-ферримагнитных), в к-рых на ядра действу­ют сильные магн. поля (напряжён­ностью ~10⁶ Э). Энергия магн. дипольного вз-ствия пропорц. произве­дению магн. поля Н на магн. момент ядра и зависит от их взаимной ориен­тации. Магн. дипольное вз-ствие при­водит к расщеплению осн. и возбуж­дённого состояний ядер, в результате чего в спектре поглощения появля­ется неск. линий, число к-рых соот­ветствует числу возможных -переходов между магн. подуровнями (см. Зеемана эффект) этих состояний. Напр., для ядра ⁵⁷Fe число таких пере­ходов равно 6 (рис. 2, г). По расстоя­нию между компонентами магн. сверх­тонкой структуры можно определить напряжённость магн. поля, действую­щего на ядро в тв. теле. Величины этих полей очень чувствительны к осо­бенностям электронной структуры тв. тела, к составу магн. материалов, поэтому исследование магн. сверх­тонкой структуры используется для изучения св-в кристаллов. Зависи­мость сверхтонкой структуры мёссбауэровского спектра от вида электрон­ных волновых ф-ций позволяет ис­пользовать данные М. с. для изуче­ния распределения зарядовой и спи­новой плотности в тв. телах, для хим. анализа и т. п. Чувствительность формы мёссбауэровского спектра к динамич. эффектам используется в М. с. для изучения диффузии атомов, спиновой релаксации, динамич. яв­лений при фазовых переходах и т. д.

Регистрация вторичных ч-ц (рент­геновских квантов, эл-нов конверсии внутренней), сопровождающих рас­пад возбуждённого состояния ядра после резонансного поглощения -кванта, позволяет изучать поверхно­сти тв. тел. Напр., при регистрации конверсионных эл-нов возможно ис­следование поверхностных слоев тол­щиной ~1000 Å.

• См. лит. при ст. Мёссбауэра эффект.

Н. Н. Делягин.

МЕТАЛЛИДЫ, то же, что металличе­ские соединения.

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ, тип хим. связи атомов в в-вах, обладающих металлич. св-вами. М. с. обу­словлена большой концентрацией в та­ких кристаллах эл-нов проводимости. Отрицательно заряженный «электрон­ный газ» удерживает положительно заряженные ионы на определённых расстояниях друг от друга (см. Ме­таллы, Кристаллохимия).

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ (металлиды), твёрдые фазы сплавов металлов друг с другом (интерметаллич. соединения) или с нек-рыми неметаллами (напр., с Н, В, N, С, Si), обладающие металлическими св-вами. В отличие от твёрдых раст­воров М. с. относятся к т. н. проме­жуточным фазам, т. е. имеют крист. решётку, отличную от решёток, обра­зующих фазу компонентов. На ди­аграммах состояния М. с. характери­зуются б. или м. узкой областью гомо­генности (т. е. их состав может отли­чаться от определённого стехиометрического), и от др. фаз диаграммы отделены двухфазными областями.

По своей природе М. с. делят на ряд классов: электронные соеди­нения, структура к-рых определя­ется электронной концентрацией; т. н. фазы внедрения, построен­ные на базе тв. растворов внедрения в решётку металла малых атомов не­металлов (напр., Н, N); нек-рые интерметаллич. соединения (и н т е р м е т а л л и д ы), имеющие сложные ре­шётки (-фазы, фазы Лавеса). Многие интерметаллиды не обладают металлич. св-вами и поэтому не явл. М. с. К М. с. можно отнести и упоря­доченные тв. растворы, образующиеся в результате фазового перехода 1-го рода.

А. Л. Ройтбурд.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СТЁКЛА (стекловидные металлы, метглассы), метал­лич. сплавы в стеклообразном состоя­нии, образующиеся при сверхбыстром охлаждении металлич. расплава (ско­рость охлаждения 10⁶ К/с). Быстрый теплоотвод достигается, если, по край­ней мере, один из размеров изготов­ляемого образца достаточно мал (фоль­га, лента, проволока). Расплющива­нием капли расплава между охлаждае­мыми наковальнями получают фольгу шириной 15 — 25 мм и толщиной 40—70 мкм, а охлаждением на враща­ющемся барабане (диске) или про­каткой струи между двумя валками — ленту шириной 3—6 мм и толщиной 40—100 мкм. Выдавливанием рас­плава в охлаждённую жидкость мо­гут быть изготовлены М. с. в виде проволоки.

Состав М. с.: ~ 80% переходных (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Pr и др.) или благородных металлов и ок. 20% поливалентных неметаллов (В, С, N, Si, P, Ge и др.), играющих роль стеклообразующих элементов. При­меры — бинарные сплавы (Au₈₁Si₁₉, Pd₈₁Si₁₉ и Fe₈₀B₂₀) и псевдобинарные сплавы, состоящие из 3—5 и более компонентов. М. с.— метастабильные системы, к-рые кристаллизуются при

408


нагревании до темп-ры, равной ок. ¹/₂ темп-ры плавления.

Изучение М. с. позволяет исследо­вать природу металлич., магн. и др. св-в тв. тел. Высокая прочность (при­ближается к теор. пределу для кри­сталлов) в сочетании с большой пла­стичностью и высокой коррозионной стойкостью делает М. с. перспектив­ными упрочняющими элементами для материалов и изделий. Нек-рые М. с. (напр., Fe₈₀B₂₀) — ферромагнетики с очень низкой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью, что обусловливает их применение в качестве магнитно-мягких материа­лов. Другой важный класс аморфных магн. материалов — сплавы редких земель с переходными металлами. Перспективно использование электрич. и акустич. св-в М. с. (высокое и слабо зависящее от темп-ры электрич. сопротивление, слабое поглощение звука).

• В о н с о в с к и й С. В., Туров Е. А., Металлические стекла и аморфный магнетизм, «Изв. АН СССР. Сер. физ.», 1978, т. 42, № 8, с. 1570; Петраковекий Г. А., Амор­фные магнетики, «УФН», 1981, т. 134, в. 2, с. 305. См. также лит. при ст. Магнитно-мяг­кие материалы.

Е. А. Туров.

МЕТАЛЛООПТИКА, раздел физики, в к-ром изучается вз-ствие металлов с эл.-магн. волнами оптич. диапазона (электродинамич. св-ва металлов). Для металлов характерны: большие коэфф. отражения волн R в широком диапазоне длин волн , что связано с высокой концентрацией в металле эл-нов проводимости. Взаимодействуя с эл.-магн. волной, падающей на по­верхность металла, эл-ны проводимо­сти создают переменные токи, в ре­зультате чего большая часть энергии, приобретённой ими от эл.-магн. поля, излучается в виде вторичных волн, к-рые, складываясь, создают отражён­ную волну. Часть энергии, поглощён­ная эл-нами, передаётся ионам решёт­ки благодаря вз-ствию их с эл-нами. Токи проводимости экранируют внеш­нее эл.-магн. поле и приводят к за­туханию волны внутри металла (см. Скин-эффект).

Эл-ны проводимости могут погло­щать сколь угодно малые кванты ћ эл.-магн. энергии ( — частота излучения). Поэтому они вносят вклад в оптич. св-ва металла, к-рый особенно велик в радиочастотной и ИК областях спектра.

Оптич. св-ва металла связаны с его комплексной диэлектрической проницаемостью

()='()-i(4/)() ('— диэлектрич. проницаемость за вычетом вклада эл-нов проводимости,  — электропроводность металла) или по­казателем преломления n=n'-i= ( — показатель поглоще­ния). Комплексность n отражает экс­поненциальное затухание волны внут­ри металла. В ИК и оптич. обла­сти частот в первом приближении ()=()-(_п/)², где _п — плаз­менная частота эл-нов. При частотах

ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛОВ



* Соответствует =0,5893 мкм.

_п в металле возбуждаются п л а з м е н н ы е к о л е б а н и я эл-нов. Они приводят к появлению области прозрачности при _п.

В УФ диапазоне R падает, и ме­таллы по своим оптич. св-вам прибли­жаются к диэлектрикам; при ещё больших частотах (рентг. область) оптич. св-ва определяются эл-нами внутр. оболочек атомов, и металлы не отличаются от диэлектриков. Как и в диэлектриках, в металлах наблюда­ются полосы поглощения, связанные с резонансным возбуждением пере­ходов между разными энергетич. зона­ми эл-нов. Эти резонансы приводят к особенностям в '(). Благодаря силь­ному вз-ствию эл-нов полосы погло­щения в металле значительно шире, чем в диэлектрике. Обычно у метал­лов наблюдается неск. полос, рас­положенных гл. обр. в видимой и ближней УФ, реже в ИК областях спектра.

Волны, отражённые от поверхно­сти металла, поляризованные в пло­скости падения и перпендикулярно к ней, имеют разность фаз. Поэтому пло­ско поляризованный свет после отра­жения становится эллиптически поля­ризованным. В отличие от диэлектри­ков для волн, поляризованных в пло­скости падения, всегда R0.

• Соколов А. В., Оптические свойства металлов, М., 1961; Б о р н М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., М., 1970; Ги н з б у р г В. Л., Мотулевич Г. П., Оп­тические свойства металлов, «УФН» 1955 т. 55, в. 4, с. 469.

МЕТАЛЛОФИЗИКА, в широком смыс­ле раздел физики, изучающий строе­ние и св-ва металлов. М.— составная часть физики твёрдого тела. Строение реальных металлов характеризуется наличием трёх структур разл. мас­штаба: атомно-кристаллической, де­фектной (см. Дефекты) и гетерофазной(сплавы, тв. растворы). С этим свя­зано существование трёх направле­ний М.: микроскопич. теория ме­таллов, исследование дефектов и их влияния на механич., электрич. и др. св-ва металлов (см. Пластичность), изучение фаз и гетерофазных метал­лич. материалов (часто именно этот раздел называют М.). Все три направ­ления с разл. сторон решают общую проблему — установление связей физ. св-в металла с его строением и зависимости внутр. строения метал­лов от внеш. условий.

• См. лит. при ст. Металлы.

МЕТАЛЛЫ (от греч. metallon, перво­начально — шахта, руда, копи), про­стые в-ва, обладающие в обычных ус­ловиях характерными св-вами: вы­сокими электропроводностью и теп­лопроводностью, отрицательным тем­пературным коэфф. электропровод­ности, способностью хорошо отражать эл.-магн. волны (блеск и непрозрач­ность), пластичностью. М. в тв. сос­тоянии имеют крист. строение. В паро­образном состоянии М. одноатомны. Перечисленные св-ва М. обусловлены их электронным строением. В твёр­дых и жидких М. не все эл-ны связаны со своими атомами: значит. часть эл-нов может перемещаться; энергия этих эл-нов (электронов проводимо­сти) соответствует зоне проводимости М. (см. Зонная теория). М. можно представить в виде остова из положит. ионов, погружённого в «электронный газ». Последний компенсирует силы взаимного электростатич. отталкива­ния положит. ионов и тем самым свя­зывает их в твёрдое тело (металлич. связь).

Из известных (1980) 106 хим. элементов 83—М. Если в периодич. системе элементов провести прямую от В до At (см. табл.), то М. будут расположены слева от неё. Совокуп­ность перечисленных св-в присуща типичным М. (напр., Cu, Au, Ag, Fe) при обычных условиях (атм. давле­нии, комнатной темп-ре). При очень высоких давлениях (~10⁵—10⁶ атм или 10¹⁰—10¹¹ Па) св-ва М. могут значи­тельно измениться, а неметаллы приоб­рести металлич. св-ва. Металлич. блеск присущ только компактным металлич. образцам и металлич. плёнкам, мелко­дисперсные порошки М. часто имеют чёрный или серый цвет. Многие эле­менты по одним св-вам можно отнести к М., по другим — к неметаллам.

409




410


Особенно много таких «нарушений» имеется вблизи границы, обозначенной в таблице. Напр., Ge — М. по внеш. виду и хим. св-вам, а по величине и хар-ру электропроводности — полу­проводник; существуют также полу­металлы. Металлич. сплавы по св-вам имеют много общего с М., поэтому их нередко относят к М.

Большинство М. кристаллизуется в кубических объёмно-центрированной (ОЦК) и гранецентрированной (ГЦК) решётках и гексагональной (ГПУ) решётке. Это соответствует наиб. плотной упаковке атомов. Лишь не­большое число М. имеет более слож­ные типы крист. решёток. Многие М. в зависимости от темп-ры и давления могут существовать в виде неск. крист. модификаций (см. Полимор­физм).

Электрические свойства. Уд. элект­ропроводность М. при комнатной темп-ре ~10-8'—10^-6 Ом^-1 •м^-1. Характер­ное св-во М. как проводников — ли­нейная зависимость между плотно­стью тока и напряжённостью при­ложенного электрич. поля (закон Ома). Носителями тока в М. явл. эл-ны проводимости, обладающие вы­сокой подвижностью. Согласно квантовомеханич. представлениям, в иде­альном кристалле эл-ны проводимо­сти (при отсутствии тепловых коле­баний крист. решётки) не встречают сопротивления на своём пути. Суще­ствование у реальных М. электрич. сопротивления — результат наруше­ния периодичности крист. решётки. Эти нарушения (дефекты) связаны как с тепловым движением атомов, так и с наличием примесных атомов, ва­кансий, дислокаций и др. статич. дефектов в кристаллах. На колебаниях и дефектах происходит рассеяние эл-нов. Мерой рассеяния служит длина свободного пробега l -— ср. расстоя­ние между двумя последовательными столкновениями эл-нов с дефектами. Величина уд. электропроводности а связана с l соотношением:



где n — концентрация эл-нов про­водимости (~10²² — 10²³ см^-3), е— за­ряд эл-на, р_F=2ћ(3n/8)^1/3— гра­ничный фермиевский импульс (см. Ферми поверхность). Зависимость  или уд. электросопротивления =^-1 от темп-ры Т связана с зависимостью l от Т. При комнатных темп-рах l~10^-6 см. При темп-pax, значительно превышающих Дебая температуру, сопротивление  обусловлено гл. обр. тепловыми колебаниями атомов и воз­растает с темп-рой линейно:

 =_ост(1+T). (2)

Постоянная , наз. температурным коэфф. сопротивления, имеет при темп-ре T=0°C типичное значение: =4•10^-3 К^-1. При более низких темп-pax, когда влиянием тепловых колебаний на рассеяние эл-нов можно пренебречь, сопротивление практически перестаёт зависеть от темп-ры. Это предельное значение сопротивле­ния наз. остаточным. Величина _ост характеризует концентрацию дефек­тов в решётке М. Удаётся получить столь чистые (с в е р х ч и с т ы е) и свободные от дефектов М., что у них _ост в 10⁴—10⁵ раз меньше уд. со­противления при комнатной темп-ре. В сверхчистых М. l достигает 10^-2 см. При низких темп-pax (T<<_D, _d— дебаевская темп-pa)  определяется ф-лой:

=_ост +AT² + BT⁵, (3)

где А и В — величины, не зависящие от Т. Член ВТ⁵ связан с рассеянием эл-нов на тепловых колебаниях ато­мов, а член АТ²— со столкновениями эл-нов друг с другом. Ф-ла (3) явл. приближённой.

У нек-рых М. и металлидов при определ. темп-ре, наз. критической, наблюдается полное исчезновение со­противления — переход в сверхпроводящее состояние (см. Сверхпрово­димость). Критич. темп-ры чистых М. лежат в интервале от неск. сотых долей К до 9 К, у металлидов — выше, напр. у Nb₃Ge критич. темп-ра 23,2 К.

Если металлич. образец, по к-рому течёт ток, поместить в пост. магн. поле, то в М. возникают явления, обу­словленные искривлением траекторий эл-нов в магн. поле в промежутках между столкновениями (гальваномаг­нитные явления). Среди них важное место занимают Холла эффект и магпиторезистиеный эффект. В магн. полях ~10⁴—10⁵ Э и более при низ­ких темп-pax у всех металлич. моно­кристаллов наблюдается осциллирую­щая зависимость электросопротивле­ния от магн. поля (Шубникова — де Хааза эффект).

При нагревании М. до высоких темп-р (напр., тугоплавких М. до ~2000—2500°С) наблюдается «испа­рение» эл-нов с поверхности М. (тер­моэлектронная эмиссия). Эмиссия эл-нов с поверхности М. происходит так­же под действием сильных электрич. полей E~10⁷ В/см в результате тун­нельного просачивания эл-нов через сниженный полем потенц. барьер (см. Автоэлектронная эмиссия). Наблюда­ются также явления фотоэлектронной эмиссии, вторичной электронной эмис­сии и ионно-электронной эмиссии. Пе­репад темп-ры вызывает в М. появле­ние электрич. тока или термоэдс (см. Термоэлектрические явления).

Тепловые свойства. Теплоёмкость М. обусловлена как ионным остовом (решёточная теплоёмкость С_р), так и электронным газом (электронная теплоёмкость С_э). Хотя концентрация эл-нов проводимости в М. очень вели­ка и не зависит от темп-ры, электрон­ная теплоёмкость наблюдается у большинства М. только при низких темп-pax, порядка неск. К (т. к. электронный газ в М. вырожден, темп-pa вырождения ~10⁴—10⁵ К). Величину С_э измеряют, пользуясь тем, что при уменьшении темп-ры С_р убывает пропорц. Т³, а С_э — пропорц. Т. Для Cu (одного моля) Cэ=0,9•10^-4 RT, для Pd С_э=1,6•10^-3RT, где R — газовая посто­янная. Эл-ны проводимости, обеспечи­вающие электропроводность, участ­вуют и в теплопроводности М. Между уд. электропроводностью и электрон­ной частью теплопроводности суще­ствует простое соотношение, наз. Видемана — Франца законом.

Взаимодействие металлов с электро­магнитными полями. Перем. электрич. ток при достаточно высокой частоте течёт по поверхности М., не проникая в его толщу (см. Скин-эффект). Эл.-магн. поле частоты  проникает в М. лишь на глубину скин-слоя тол­щиной 8. Напр., для Cu при =10⁸ Гц =6•10^-4 см. В таком слое поглощается часть эл.-магн. энергии. Другая часть переизлучается эл-нами и отражается (см. Металлооптика). В чистых М. при низких темп-рах обычно l>. При этом напряжён­ность поля существенно изменяется на длине свободного пробега, что про­является в хар-ре отражения эл.-магн. волн от поверхности М. (а н о м а л ь н ы й с к и н - э ф ф е к т).

Сильное пост. магн. поле Н суще­ственно влияет на радиочастотные св-ва М. Если на М., помещённый в сильное пост. магн. поле Н, падает эл.-магн. волна, частота к-рой кратна частоте прецессии эл-нов проводи­мости вокруг силовых линий поля Н, наблюдаются резонансные явления (см. Циклотронный резонанс). При опре­дел. условиях в толще М., находя­щемся в пост. магн. поле, могут рас­пространяться слабо затухающие эл.-магн. волны, т. е. скин-эффект исче­зает. Электродинамнч. св-ва М., поме­щённого в магн. поле, сходны , со св-вами плазмы в магн. поле и явл. ис­точником информации об эл-нах про­водимости.

Для эл.-магн. волн оптич. диапазо­на М., как правило, практически не­прозрачны. Тонкая структура линий характернстич. рентг. спектров, соот­ветствующая квант. переходам эл-нов из зоны проводимости на более глубо­кие уровни, отражает распределение эл-нов проводимости по уровням энер­гии.

Магнитные свойства. Все переход­ные металлы с недостроенными f- и d-электронными оболочками явл. па­рамагнетиками. Нек-рые из них при определ. темп-pax переходят в магнитоупорядоченное состояние (см. ферромагнетизм, А нгпиферромагнетизм, Кюри точка). Магн. упорядо­чение существенно влияет на все другие св-ва М., в частности на элек­трич. св-ва: в электрич. сопротивление вносит вклад рассеяние эл-нов на коле­баниях упорядоченной системы магн. моментов эл-нов (см. Спиновые волны).

411


Гальваномагн. явления при этом так­же приобретают специфич. черты.

Магн. св-ва всех остальных М. опре­деляют эл-ны проводимости, дающие вклад как в диамагнитную, так и в парамагнитную восприимчивости М., и ионы, к-рые, как правило, диамаг­нитны (см. Диамагнетизм). Магн. вос­приимчивость  для большинства М. сравнительно мала (~10^-6) и слабо зависит от темп-ры. При низких темп-pax и в сильных магн. полях у всех металлич. монокристаллов наблюда­ется сложная осциллирующая зави­симость суммарного магн. момента от поля Н (Де Хааза — ван Альфена эф­фект). Эффекты де Хааза — ван Альфена и Шубникова — де Хааза имеют общую природу.

Механические свойства. Многие М. и сплавы обладают комплексом механич. св-в, обеспечивающим их широ­кое применение в технике в кач-ве конструкц. материалов. Это в первую очередь сочетание высоких пластич­ности и вязкости со значительными прочностью, твёрдостью и упруго­стью, причём соотношение этих св-в может регулироваться в большом диа­пазоне с помощью механич. и термич. обработки М., а в сплавах — измене­нием (иногда незначительным) кон­центрации компонентов. Некоторые металлы (Zn, Sb, Bi) при комнатной температуре хрупки и становятся пластичными только при нагрева­нии.

Исходной хар-кой механич. св-в М. явл. модуль упругости G, опре­деляющий сопротивление крист. ре­шётки упругому деформированию и непосредственно отражающий вели­чину сил связи в кристалле. Сопротив­ление разрушению или пластич. де­формации идеального кристалла ве­лико (~10^-1 G). Но в реальных кри­сталлах эти хар-ки, как и все меха­нич. св-ва, определяются наличием дефектов, в первую очередь дислока­цией. Перемещение дислокаций по плотноупакованным плоскостям при­водит к скольжению — осн. механизму пластич. деформации М. (см. Плас­тичность). Важнейшая особенность М.— малое сопротивление перемеще­нию дислокации в бездефектном кри­сталле. Это сопротивление особенно мало в кристаллах с чисто металлич. связью, к-рые обычно имеют плотно-упакованные структуры (ГЦК или ГПУ). Увеличение сопротивления пла­стич. деформации (по крайней мере, в этих кристаллах) связано со вз-ствием движущихся дислокаций с др. де­фектами в кристаллах (с др. дислока­циями, примесными атомами, внутр. поверхностями раздела). Вз-ствие де­фектов определяется искажениями решётки вблизи них и пропорц. G. В результате большой плотности ди­слокаций и др. дефектов прочность М. возрастает.

В процессе деформации число дисло­каций в крист. решётке увеличивает­ся, соотв. растёт сопротивление пла­стич. деформации (д е ф о р м а ц и о н н о е у п р о ч н е н и е или н а к л ё п). По мере роста плотности дислокаций при пластич. деформации растёт неравномерность их распределе­ния, приводящая к концентрации на­пряжений в местах сгущения дисло­каций и зарождению очагов разруше­ния — трещин. Концентрации напря­жений имеются и без деформации в местах скопления примесей, ч-ц др. фаз и т. п. Но, вследствие пластич­ности М., деформация вблизи скопле­ний предотвращает разрушение. Одна­ко если сопротивление движению ди­слокации растёт, то это приводит к хрупкому разрушению.

• Френкель Я. И., Введение в тео­рию металлов, 3 изд., М.—Л., 1958; Абри­косов А. А., Введение в теорию нормаль­ных металлов, М., 1972; Физические ос­новы металловедения, М., 1955; Ш у л ь ц е Г., Металлофизика, пер. с нем., М., 1971; Уайэтт О. Г., Д ь ю-Х ь ю з Д., Металлы, керамики, полимеры, пер. с англ., М., 1979; Бернштейн М. Л., 3 а й м о в с к и й В. А., Механические свойства металлов, М., 1979.

М. И. Каганов.

МЕТАМАГНЕТИК, вещество, обла­дающее в слабых магн. полях св-вами антиферромагнетиков, а в полях на­пряжённостью выше 5—10 кЭ — св-ва­ми ферромагнетиков. Типичными М. явл. слоистые соединения типа FeCl₂, в к-рых слои ионов железа, обладающих магнитным моментом, отделены друг от друга двойным слоем немагн. ионов хлора. Слои магн. ионов представля­ют собой двухмерные ферромагнети­ки, внутри этих слоев между ионами имеется сильное ферромагнитное об­менное вз-ствие (см. Ферромагнетизм). Между собой соседние слои магн. ионов связаны антиферромагнитно (см. Антиферромагнетизм). В резуль­тате в системе магн. моментов уста­навливается упорядоченное состоя­ние в виде слоистой магн. структуры из чередующихся по направлению на­магниченности ферромагн. слоев. Нейтронографич. исследования (см. Ней­тронография) подтвердили существо­вание такой магн. структуры в



Кривая намагничи­вания метамагнетика FeBr₂ (J— на­магниченность об­разца, Н — напря­жённость внеш. магн. поля). В поле Н—40 кЭ (при 4,2 К) в FeBr₂ происходит фазовый переход I рода в ферромагн. со­стояние.

FeCl₂, FeBr₂, FeCO₃ и др. М. Вслед­ствие относительно слабой антиферромагн. связи между слоями и не очень большой магнитной анизотро­пии самих слоев внеш. магн. поля напряжённостью выше 5—10 кЭ мо­гут превратить слоистый М. в одно­родный намагниченный ферромагне­тик, что отражается на кривой намаг­ничивания М. (рис.). Фазовый переход

I рода, при к-ром векторы намагничен­ности всех слоев М. устанавливаются параллельно приложенному магн. по­лю, наз. метамагнитным.

Часто термин «М.» распространяют на все антиферромагнетики, в к-рых эфф. магн. поле анизотропии Н_A (от­ветственное за ориентацию маги. мо­ментов относительно кристаллографич. осей) больше (или равно) Н_E — эфф. поля антиферромагн. обменного вз-ствия.

• Л а н д а у Л. Д., Возможное объяснение зависимости восприимчивости от поля при низких температурах, Собр. трудов, т. 1, М., 1969; Боровик-Романов А. С., Антиферромагнетизм, в кн.; Антиферромаг­нетизм и ферриты, М., 1962 (Итоги науки. Физико-математические науки, т. 4); В о н с о в с к и й С. В., Магнетизм, М., 1971

А. С. Боровик-Романов

МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ (от греч. meta...— приставка, озна­чающая здесь изменение, переход к ч.-л. другому, и лат. stabilis — устой­чивый) в термодинамике, состояние неустойчивого равновесия физ. макроскопич. системы, в к-ром система может находиться длит. время, не переходя в более устойчивое (при данных условиях) состояние (фазу).

Существование М. с. связано с осо­бенностями кинетики фазовых пере­ходов. Фазовый переход начинается с возникновения зародышей новой фазы: пузырьков пара при переходе жидко­сти в пар, микрокристалликов при переходе жидкости в крист. состояние и т. п. Для образования зародышей требуются затраты энергии на созда­ние поверхностей раздела фаз. Росту образовавшихся зародышей мешает значит. кривизна их поверхности (см. Капиллярные явления), приводящая при кристаллизации к повышенной растворимости зародышей тв. фазы, при конденсации жидкости — к испа­рению мельчайших капелек, при па­рообразовании — к повышенной упру­гости пара внутри маленьких пузырь­ков. Указанные факторы могут сде­лать энергетически невыгодными воз­никновение и рост зародышей новой фазы и задержать переход системы из М. с. в абсолютно устойчивое состоя­ние при данных условиях. Факто­ром, способствующим сохранению М. с., может быть высокая вязкость в-ва, препятствующая, напр., уста­новлению упорядоченного располо­жения молекул в аморфных тв. те­лах (кристаллизации стёкол).

М. с. часто встречается в природе а используется в науке и технике. С су­ществованием М. с. связаны, напр., явления магн., электрич. и упругого гистерезиса, закалка стали, образо­вание пересыщенных р-ров и т. п. В науч. исследованиях пар в перегре­том состоянии использовался для ре­гистрации треков заряж. ч-ц в Виль­сона камере; в совр. пузырьковых камерах для тех же целей применяют находящиеся в М. с. жидкости.

• Л а н д а у Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Ста­тистическая физика, 3 изд., ч. 1, М., 1976, § 21, 162 (Теоретическая физика, т. 5); Ш т р а у ф Е. А., Молекулярная физика,

412


М.-Л., 1949; С а м о й л о в и ч А. Г., Тер­модинамика и статистическая физика, М., 1953; Рейф Ф., Статистическая физика, лер. с англ., М., 1972 (Берклеевский курс финики, т. 5).

Г. Я. Мякишев.

МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ квантовых систем, возбуждённое энергетич. состояние ат. систем (атомов, молекул, ат. ядер), в к-ром они могут существовать длит. время (квазиста­бильны). Метастабильными явл. та­кие возбуждённые состояния, кван­товые переходи из к-рых в состояния с меньшей энергией, сопровождаю­щиеся излучением (испусканием фо­тонов), запрещены отбора правилами (точными или приближёнными) и, сле­довательно, либо совсем не могут про­исходить, либо маловероятны. Мера метастабильности состояния — его время жизни =1/A, где А — полная вероятность перехода из данного сос­тояния во все состояния с меньшей энергией. В предельном случае строго запрещённых переходов А=0, = и состояние стабильно. Обычно вре­мена жизни для М. с. атомов и моле­кул составляют от долей секунды до неск. секунд.

Атомы и молекулы в М. с. играют важную роль в элем. процессах. В разреж. газах энергия возбуждения может длит. время сохраняться ч-цами в М. с. и затем передаваться др. ч-цам при столкновениях, что вызывает по­слесвечение. Процессы люминесценции сложных молекул связаны с наличием метастабильных молекул в триплетных возбуждённых состояниях, пере­ходы из к-рых в основное синглетное состояние запрещены приближён­ным правилом отбора по спиновому квант. числу (S=0). О М. с. ядер см. Изомерия атомных ядер.

М. А. Ельяшевич.

МЕТАЦЕНТР, точка, от положения к-рой зависит устойчивость равнове­сия (остойчивость) плавающего тела. При равновесии на плавающее тело, кроме силы тяжести Р, приложенной в центре тяжести (ЦТ) тела (рис.), действует ещё выталкивающая сила А, линия действия к-рой проходит через т. н. центр водоизмещения — ЦВ (центр тяжести массы жидкости в объёме погружённой части тела).



[Положение метацентра М при устойчивом (a) и неустойчивом (б) равновесии плаваю­щего тела.


В наиболее важном для практики слу­чае, когда плавающее тело имеет про­дольную плоскость симметрии, точ­ка пересечения этой плоскости с ли­нией действия выталкивающей силы и наз. М. При наклонах тела положе­ние М. меняется. Плавающее тело будет остойчивым, если самый низ­ший из М. (иногда только его и наз.

М.) будет лежать выше центра тяжести тела.

МЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА, возвышение метацентра над центром тяжести плавающего тела. М. в. служит мерой остойчивости судна. МЕТР (франц. metre, от греч. metron — мера) (м, т), единица длины, основная в СИ. До 1960 междунар. эталоном М. была штриховая мера длины — брусок из платиноиридиевого сплава, хранящийся в Между­нар. бюро мер и весов в Севре (близ Парижа). Согласно принятому в 1960 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам определению, «Метр — длина, равная 1650763, 73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р₁₀ и 5d₅ атома криптона-86». Гос. первичный эталон СССР для воспроизведения ед. длины — метра и передачи её размера др. ме­рам длины представляет собой ком­плекс аппаратуры, включающий ин­терферометры для точного измере­ния длин. Первичный эталон М. позволяет воспроизводить М. со ср. квадратическим отклонением, не пре­вышающим 5•10^-9м.

• ГОСТ 8.020-75. ГСИ. Государственный первичный эталон и общесоюзная повероч­ная схема для средств измерений длины.

МЕТРИКА ПРОСТРАНСТВА-ВРЕ­МЕНИ в теории относительности, за­даёт расстояния (интервалы) между точками пространства-времени (со­бытиями) и, т. о., полностью опре­деляет геометрические свойства че­тырёхмерного пространства-времени. См. Относительности теория, Тяготение.

МЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МЕР, со­вокупность единиц физ. величин, в основу к-рой положены 2 ед.: длины — метр и массы — килограмм. М. с. м. была разработана во Франции в 18 в. во время Великой франц. революции. По предложению комиссии из круп­нейших франц. учёных метр был опре­делён как десятимиллионная часть ¹/₄ длины парижского геогр. мериди­ана, килограмм как масса 1 дм³ дистиллированной воды при 4°С. Раз­меры, наименования и определения др. единиц М. с. м. (площади — кв. метр, объёма — кубич. метр и др.) были выбраны так, чтобы система не носила нац. хар-ра и могла быть принята всеми странами. Отличит. особенностью М. с. м. явился прин­цип десятичных соотношений при об­разовании кратных единиц и дольных единиц. Удачный выбор принципов, положенных в основу М. с. м., со­действовал тому, что в 1875 17 стран, в т. ч. Россия, подписали Метрич. конвенцию для обеспечения между­нар. единства и усовершенствования метрич. системы.

М, с. м. была допущена, к приме­нению в России законом от 4.6.1899, проект к-рого был разработан Д. И. Менделеевым, и введена в кач-ве обязательной декретом СНК РСФСР

от 14.9.1918, а для СССР — постанов­лением СНК СССР от 21.7.1925. На основе М. с. м. возник целый ряд частных, охватывающих лишь отд. разделы физики или отрасли техники систем единиц и отд. внесистемных единиц. Развитие науки и техники, а также междунар. связей привело к созданию в сер. 20 в. на основе М. с. м. единой, охватывающей все области измерений системы единиц — Международной системы единиц (СИ), к-рая принята в кач-ве обязатель­ной в СССР с 1982 (ГОСТ 8.417-81).

• Широков К. П., 50-летие метрической системы в СССР, «Измерительная техника», 1968, № 9; Б у р д у н Г. Д., Единицы физи­ческих величин, 4 изд., М., 1967.

К. Г. Широков.

МЕТРИЧЕСКИЙ ТЕНЗОР, совокуп­ность величин, определяющих геом. свойства пространства (его метри­ку). В теории относительности М. т. определяет метрику простран­ства-времени.

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА, обеспечивает единство измерений в стране (т. е. такое состояние измере­ний, при к-ром их результаты выра­жены в узаконенных ед. и погрешности измерений известны с заданной ве­роятностью), включая стандартиза­цию ед. физ. величин, их воспроизве­дение с помощью гос. эталонов, пере­дачу размеров единиц всем применяе­мым в стране средствам измерений, гос. испытания новых образцов средств измерений, надзор за состоянием и применением уже находящихся в экс­плуатации средств измерений, орга­низацию гос. системы стандартных справочных данных (сбор и публика­цию официальных данных о физ. кон­стантах и св-вах в-в и материалов), проведение метрологич. экспертизы стандартов, нормативно-техн. и про­ектной документации, надзор за соб­людением стандартов и кач-вом вы­пускаемой продукции и др. метро­логич. мероприятия, а также уча­стие в работах междунар. метроло­гич. организаций. Науч. сторону М. с. обеспечивают метрологич. институты, хранящие эталоны и ведущие науч. исследование по проблемам метроло­гии. В СССР М. с. подразделяется на государственную и ведомственную. Гос. М. с. возглавляет Гос. комитет СССР по стандартам (Госстандарт СССР).

• Метрологическая служба СССР, М., 1968; ГОСТ 1.25—76. Государственная система стандартизации. Метрологическве обеспече­ние. Основные положения.

К. П. Широков.

МЕТРОЛОГИЯ (от греч. metron — мера и logos — слово, учение), на­ука об измерениях и методах дости­жения повсеместного их единства и требуемой точности. К осн. пробле­мам М. относятся: общая теория изме­рений, образование единиц физ. ве­личин и их систем, методы и средства измерений, методы определения точ-

413


ности измерений (теория погрешностей измерении), основы обеспечения един­ства измерений и метрологич. ис­правности средств измерений (за­конодательная М.), создание эта­лонов и образцовых средств измере­ний, методы передачи размеров еди­ниц от эталонов образцовым и далее рабочим средствам измерений.

Первоначально М. занималась опи­санием разл. рода мер (линейных, вместимости, веса, времени), а также монет, применявшихся в разных стра­нах, и нахождением соотношений между ними (теперь это область историч. М.). Поворотным моментом в развитии М. стало заключение в 1875 Метрич. конвенции (17 государ­ствами, в т. ч. Россией), учрежде­ние Междунар. бюро мер и весов и создание эталонов метрич. мер. Совр. М. опирается на физ. эксперимент высокой точности, она использует достижения физики, химии и др. естеств. наук, но вместе с тем находит свои оптим. решения задач изучения св-в физ. объектов.

Общая теория измерений оконча­тельно ещё не сложилась, в неё входят сведения и обобщения, получен­ные в результате анализа и изучения измерений и их элементов: физ. ве­личин, их единиц, средств и методов измерений, получаемых результатов измерений.

В М., как и в физике, физ. величина трактуется как св-во физ. объектов (систем), общее в качеств. отношении для многих объектов, но в количеств, отношении индивидуальное для каж­дого объекта, т. е. как св-во, к-рое может быть для одного объекта в то или иное число раз больше или меньше, чем для другого (напр., масса, темп-pa, скорость движения).

Для получения объективной коли­честв. оценки величины выбирают единицу этой величины (для нек-рых величин — шкалу физической вели­чины). Единица — это физ. величина (конкретная), числовое значение к-рой по условию принято равным единице. С развитием науки от случайного вы­бора единиц отд. величин перешли к построению систем единиц. В М. рас­сматриваются теор. аспекты связей между физ. величинами и принципы построения систем единиц, а также конкретные системы.

Каждое из измерений представляет собой физ. опыт, выполняемый с по­мощью одного или нескольких спец. техн. средств (средств измерений), нроградуированных в принятых еди­ницах. Для достижения единства изме­рений (т. е. такого состояния измере­ний, при к-ром их результаты вы­ражены в узаконенных ед. и погреш­ности измерений известны с задан­ной вероятностью) должны произво­диться, в частности, правильная гра­дуировка и периодич. поверка применяемых в стране средств измерений. Для этого необходимы эталоны единиц и парк образцовых средств измерений. М. изучает способы воспроизведения единиц с помощью эталонов и пути повышения их точности, а также ме­тоды передачи размеров единиц (ме­тоды поверки).

Большой раздел М. посвящён ме­тодам нахождения оценок погрешно­стей измерений, для чего использу­ется аппарат теории вероятностей и матем. статистики.

Законодательная М. рассматрива­ет вопросы, связанные с достижением единства измерений и единообразия средств измерений и нуждающиеся в регламентации и контроле со сторо­ны государства. Для проведения в жизнь всех необходимых для этого мероприятий в СССР организована метрологическая служба.

• Маликов С. Ф., Тюрин Н. И., Введение в метрологию, 2 изд., М., 1966; Бурдун Г. Д., Марков Б. Н., Основы метрологии, 2 изд., М., 1975; Ш и р о к о в К. П., Об основных понятиях метрологии, «Тр. метрологических ин-тов СССР», 1972, в. 130.

К. П. Широков.

МЕХАНИКА [от греч. mechanike (techne) — наука о машинах, искусство построения машин], наука о механич. движении матер. тел и происходя­щих при этом вз-ствиях между ними. Под механич. движением понимают изменение с течением времени взаим­ного положения тел или их ч-ц в пр-ве. В природе — это движение не­бесных тел, колебания земной коры, воздушные и морские течения и т. п., а в технике — движения разл. летат. аппаратов и транспортных средств, частей двигателей, машин и механиз­мов, деформации элементов разл. кон­струкций и сооружений, движения жидкостей и газов и мн. др. Рассмат­риваемые в М. вз-ствия представля­ют собой те действия тел друг на друга, результатами к-рых явл. изме­нения скоростей точек этих тел или их деформации, напр. притяжения тел по закону всемирного тяготения, взаимные давления соприкасающихся тел, воздействия ч-ц жидкости или газа друг на друга и на движущиеся в них тела.

Под М. обычно понимают т. н. классич. М., в основе к-рой лежат Ньюто­на законы механики, а предметом её изучения явл. движения любых матер. тел (кроме элементарных частиц), со­вершаемые со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Дви­жение тел со скоростями порядка ско­рости света рассматриваются в от­носительности теории, а внутриат. явления и движение элем. ч-ц изу­чаются в квантовой механике.

При изучении движения матер. тел в М. вводят ряд абстрактных поня­тий, отражающих те или иные св-ва реальных тел; ими являются: 1) м а т е р и а л ь н а я т о ч к а — объект пренебрежимо малых размеров, имею­щий массу; это понятие применимо, когда тело движется поступательно

или когда в изучаемом движении мож­но пренебречь вращением тела вокруг его центра масс. 2) Абсолютно твёрдое тело — тело, расстоя­ние между двумя любыми точками к-рого всегда остаётся неизменным; это понятие применимо, когда можно пренебречь деформацией тела. 3) Сплошная изменяемая среда; это понятие применимо, когда при изучении движения изменяе­мой среды (деформируемого тв. тела, жидкости, газа) можно пренебречь мол. структурой среды. При изучении сплошных сред прибегают к след. аб­стракциям, отражающим при данных условиях наиболее существ. св-ва со­ответствующих реальных тел: идеаль­но упругое тело, пластич. тело, идеальная жидкость, вязкая жид­кость, идеальный газ и др. В соответ­ствии с этим М. разделяют на: М. ма­тер. точки, М. системы матер. точек, М. абсолютно тв. тела и М. сплошной среды. Последняя в свою очередь под­разделяется на теорию упругости, теорию пластичности, гидродинамику, аэродинамику, газовую динамику и др. В каждом из этих подразделов в соответствии с хар-ром решаемых задач выделяют: статику — учение о рав­новесии тел под действием сил, ки­нематику — учение о геом. св-вах движения тел и динамику — учение о движении тел под действием сил. Изучение осн. законов и принципов, к-рым подчиняется механнч. движе­ние тел, и вытекающих из этих за­конов и принципов общих теорем и ур-ний составляет содержание т. н. общей, или теоретической, М. Разделами М., имеющими само­стоят. значение, явл. также теория колебаний, теория устойчивости рав­новесия и устойчивости движения, теория гироскопа, механика тел пе­ременной массы, теория автоматич. ре­гулирования, теория удара и др. Важное место в М., особенно в М. сплошных сред, занимают эксперим. исследования, проводимые с помощью разнообразных механич., оптич., электрич. и др. физ. методов и приборов. М. тесно связана со многими др. разделами физики. Ряд понятий и методов М. при соответствующих обоб­щениях находит приложение в оптике, статистич. физике, квант. М., элек­тродинамике, теории относительности и др. (см., напр., Действие, Канони­ческие уравнения механики, Лагранжа функция, Лагранжа уравнения в общей механике, Наименьшего действия принцип). Кроме того, при решении ряда задач газовой динамики, теории взрыва, теплообмена в движущихся жидкостях и газах, динамики раз­реженных газов, магнитной гидроди­намики и др. одновременно использу­ются методы и ур-ния как теор. М., так и термодинамики, мол. физики, теории электричества и др. Важное значение М. имеет для мн. разделов астрономии, особенно для небесной механики.

414