Вавилова закон

Вид материала

Закон

Содержание Рис. 2. Область самовоспламенения стехиометрич. смеси водорода с кислородом (за­штрихована). Ядерный взрыв). Взрывная волна Взрывная волна в воздухе. Зависимость давления р в нек-рой точке от времени t: р Взрывная электронная эмис­сия U — напряжение между катодом и анодом в процессе В. э. э., d — Вибрационные спектры Вигнеровская кристаллиза­ция Видемана эффект Видемана — франца закон Видимой речи прибор Визуализация звуковых по­лей

Подобный материал:

• Н. И. Вавилова аналитический отчет, 217.51kb.
• Урок по общей биологии в 11 классе «Дело академика Вавилова», 851.64kb.
• Селекция- одомашнивание, 126.51kb.
• Уважаемые коллеги!, 64.43kb.
• Українське товариство генетиків І селекціонерів ім. М.І. Вавилова, 45.97kb.
• «Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова», 377.27kb.
• Саратовский Государственный Аграрный Университет им. Н. И. Вавилова. Кафедра Акушерства, 248.61kb.
• О. Б. Ширяев Институт общей физики ран, 119991, Москва, ул. Вавилова,, 20.28kb.
• Главное управление образования, 70.84kb.
• Издательский дом, 529.99kb.

взрыв, очень быстрое выделение энергии в ограниченном объёме, свя­занное с внезапным изменением состоя­ния в-ва и сопровождаемое обычно разбрасыванием окружающей среды. Наиболее характерными явл. В., при к-рых на первом этапе внутренняя химическая (или ядерная) энергия превращается в тепловую. По срав­нению с обычным топливом хим. взрывчатые в-ва (В В) обладают не­большим тепловыделением [~4•10³ кДж/кг (или ~10³ ккал/кг)], но из-за малого времени хим. превращения (~10^-5 с), к-рое происходит без учас­тия кислорода воздуха, в-во не успе­вает разлететься в процессе В. и об­разует газ с высокой темп-рой (2•10³— 4•10³К) и давлением до 10 ГПа (10⁵атм). Расширение газа приводит в движение окружающую среду — возникает взрывная волна, скорость распространения которой вблизи очага В. достигает несколько км/с. Взрывная волна оказывает механи­ческое действие на окружающие объ­екты.

При определ. темп-pax, давлении и др. параметрах конденсиров. ВВ и взрывоопасные газовые смеси могут храниться длит. время — хим. реак­ции в них при этих условиях прак­тически не идут. Однако при неболь­ших изменениях указанных парамет­ров может произойти резкий переход от крайне медленного протекания хим. реакции к её прогрессивному самоускорению (автоускорению), т. е. к возникновению В. или к самовос­пламенению (см. Горение). Наличие таких критич. условий — характер­ная черта хим. ВВ.

Тепловой В. осуществляется в условиях, когда оказывается невоз­можным тепловое равновесие между реагирующим в-вом и окружающей средой. При достаточно больших зна­чениях энергии активации Е (разнос­тях между ср. энергией ч-ц, вступаю­щих в хим. реакцию, и ср. энергией всех ч-ц в реагирующей системе) скорость хим. реакции w быстро воз­растает с увеличением темп-ры Т ВВ по закону Аррениуса: w~zexp(-E/RT), где R — универсаль­ная газовая постоянная, z — предэкспоненц. множитель, значение к-рого зависит от механизма элем. акта реакции. Таким же образом растёт и скорость тепловыделения Q₊ в объёме в-ва V:

Q₊~Vqzexp(-E/RT)

73


(q — тепловой эффект реакции). Теплоотвод же во внеш. среду Q_- через поверхность S зависит от Т гораздо слабее:

Q_-~/r(T-T₀)S

( — коэфф. теплопроводности, r — линейный размер тела, Т₀ — темп-ра среды). Условию теплового равновесия соответствует равенство Q₊=Q_-, т. е. выделяющаяся в ходе реакции теплота должна полностью отводиться через поверхность ВВ. Вследствие силь­ной нелинейно­сти ф-ции тепловыделения Q₊(T)



Рис. 1. Диаграмма Семёнова.


такое равновесие не всегда возможно. На рис. 1 приведены графики скорос­тей тепловыделения Q₊ и теплоотвода Q_- (прямые 1—3) при различных Т₀ (диаграмма Семёнова). При низких Т₀ (подкритич. состояние) графики Q₊ (T) и Q_-(T) пересекаются. Точка их пересечения а соответствует мед­ленному течению реакции при темп-ре Г, мало отличающейся от Т⁽¹⁾₀. При по­вышении Т₀ прямые теплоотвода сме­щаются вправо, и при нек-рой критич. темп-ре Т о прямая 2 касается Q₊(T), точка пересечения отсутст­вует, и, следовательно, тепловое рав­новесие невозможно. Если Т₀>T*₀ (надкритич. состояние), хим. экзотермич. реакция самоускоряется — выде­ление теплоты приводит к повыше­нию Т, что, в свою очередь, увеличи­вает скорость тепловыделения — воз­никает тепловой В.

Условие возникновения теплового В. формулируется в виде неравенства >*, где безразмерный параметр  зависит от величин, характеризую­щих хим. реакцию, условия теплоотвода и размеры тела:



а *— число, определяемое только формой тела (напр., для шара *=3,32, причём в этом случае r — ра­диус шара). Тепловой В. выражен тем ярче, чем лучше выполняются

неравенства RT₀/E<<1 и cRT²₀(Eq)<<1 (с — теплоёмкость ВВ). Если эти не­равенства выполняются плохо, теп­ловой взрыв вырождается — одно­временно с ростом Т происходит быстрое выгорание исходного в-ва, к-рое смазывает картину В.

Цепной В. осуществляется в та­ких системах, где хим. реакция раз­вивается как разветвлённая цепная

реакция, в процессе к-рой возникают большие концентрации (сравнимые с концентрациями исходных в-в) актив­ных ч-ц — радикалов, ведущих ре­акцию. В простейшем случае скорость изменения концентрации n радикалов описывается ур-нием:

dn/dt=w₀+(f-g)n,

где t — время, w₀ — скорость спон­танного зарождения радикалов, f и g — факторы разветвления и обрыва цепей. От знака =f-g зависит ход



Рис. 2. Область самовоспламенения стехиометрич. смеси водорода с кислородом (за­штрихована).

цепного процесса. При <0 концент­рация активных центров n=w₀/||, ничтожна из-за малой скорости их зарождения, и реакция практически не идёт. Если >0, число активных центров лавинообразно (экспонен­циально) растёт. Критич. условие =0 соответствует возникновению цепного В. Кривая (Т, р)=0 (р — давление; рис. 2) ограничивает об­ласть самовоспламенения, имеющую обычно вид полуострова. Границы «по­луострова» наз. верхним и нижним пределами цепного В.

Тепловой и цепной режимы проте­кания В. могут осуществляться и при яд. превращениях — реакциях синтеза и деления ядер (см. Ядерный взрыв).

В. могут быть вызваны резкими внеш. воздействиями — ударом, тре­нием, ударной волной, возникшей при В. другого заряда. Причиной В. при ударе, по-видимому, явл. локаль­ный разогрев в-ва. Ударная волна вызывает специфич. вид взрывного превращения, к-рое происходит не одновременно по всему заряду, а распространяется в пр-ве с пост. ско­ростью,— возникает детонация.

К В. относятся также процессы, в к-рых выделяется не внутр. энер­гия в-ва, а энергия внеш. источника. Примерами могут служить В. при ударе тел, движущихся с большими скоростями (падение крупных метео­ритов); В. проволочек металла, испа­ряемых под действием сильного им­пульса электрич. тока; В. в среде, в к-рой сфокусировано мощное лазер­ное излучение (лазерная искра); В. при внезапном освобождении сжатого газа (разрушение стенок газовых бал­лонов) и т. п.

В. используют в геологии, при строи­тельстве плотин, каналов, тоннелей, в военном деле. Действие В. может быть усилено в определ. направлении (см. Кумулятивный эффект).

В научных исследованиях при по­мощи В. достигаются экстремально

высокие значения р, Т и плотностей в-ва . Его используют для получе­ния магн. полей высокой напряжён­ности, для осуществления фазовых переходов и получения новых в-в (см. Давление высокое).

При эксперим. исследовании взрыв­ных процессов изучаются энерговы­деление разл. в-в, хар-ки взрывных и детонационных волн и распределение в них физ. параметров (р, , Т, спектр. состава эл.-магн. излучения, скорости хим. реакций). Для изучения В. со­здана спец. аппаратура — высокоско­ростные киносъёмочные аппараты, электронные приборы, позволяющие следить за развитием процессов, про­текающих за чрезвычайно малые про­межутки времени (до 10^-11 с).

• Семенов Н. Н., Цепные реакции, Л., 1934; Франк-Каменецкий Д. А., Диф­фузия и теплопередача в химической кинети­ке, М.— Л., 1947; Физика взрыва, 2 изд., М., 1974; Зельдович Я. Б., Компанеец А. С., Теория детонации, М., 1955; Щелкин К. И., Трошин Я. К., Газодинамика горения, М.,1963; Седов Л. И., Методы подобия и размерности в механике, 9 изд., М., 1981.

Б. В. Новожилов.

ВЗРЫВНАЯ ВОЛНА, порождённое взрывом движение среды. Под воз­действием высокого давления газов, образовавшихся при взрыве, окру­жающая очаг взрыва среда испыты­вает сжатие и приобретает большую скорость. Движение передаётся от одного слоя к другому, так что об­ласть, охваченная В. в., быстро рас­ширяется. Скачкообразное изменение состояния в-ва на фронте В. в., наз. ударной волной, распространяется со сверхзвук. скоростью.

Осн. параметрами, характеризую­щими В. в., являются макс. давление



Взрывная волна в воздухе. Зависимость давления р в нек-рой точке от времени t: р₀ — исходное давление;  — время дейст­вия; p_m — давление на фронте волны.


p_m, время действия  и импульс s=



По мере удаления от места взрыва макс. давление и им­пульс уменьшаются, а время дейст­вия растёт (рис.).

В. в. обладают св-вом подобия. Расстояние r, на к-ром волна имеет заданную интенсивность, связано с энергией взрыва q соотношением

а макс. давление и импульс имеют вид:



Хотя ф-ции f и  в большинстве слу­чаев неизвестны, приведённые соот­ношения позволяют методом модели­рования решать мн. задачи о воздейст­вии В. в. на среду.


74


На больших расстояниях от места взрыва В. в. вырождается в звуковую (или упругую в тв. среде) волну.

• См. лит. при ст. Взрыв.

ВЗРЫВНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИС­СИЯ, испускание интенсивного элект­ронного потока, обусловленное пере­ходом в-ва катода (металлич. острия) из конденсиров. фазы в плотную плаз­му в результате разогрева локальных областей катода. Переход металл — плазма инициируется взрывом метал­ла, к-рый чаще всего происходит за счёт разогрева металла током авто­электронной эмиссии большой плот­ности (j'=10⁸—10⁹ А/см²). При этом время до взрыва t в =A/j², где А —коэфф., определяемый теплофиз. св-вами катода. Нач. взрыв и дальней­шая В. э. э. сопровождаются образо­ванием у катода плазмы, к-рая рас­ширяется со скоростью v~10⁶ см/с. Ток В. э. э. при взрыве одиночного

острия I= 3,7•10^-5U^3/2(vt/(d-vt)), где U — напряжение между катодом и анодом в процессе В. э. э., d — рас­стояние между ними, t — время. В. э. э. сопровождается уносом ма­териала с катода. Для уменьшения этого эффекта необходимо уменьшать электронный ток. Однако если этот ток становится меньше нек-рой критич. величины, то В. э. э. прекраща­ется. В. э. э. используется в сильно­точных ускорителях эл-нов и импульс­ных источниках рентг. лучей высокой интенсивности.

• Месяц Г. А., Генерирование мощных наносекундных импульсов, М., 1974; Бугаев С. П. [и др.], Взрывная эмиссия элект­ронов, «УФН», 1975, т. 115, в 1, с. 101; Месяц Г. А., Фурсей Г. Н., Взрыв­ная электронная эмиссия начальных стадий вакуумных разрядов, в кн.: Ненакаливае­мые катоды, М., 1974.

Г. А. Месяц.

ВИБРАЦИОННЫЕ СПЕКТРЫ, то же, что колебательные спектры.

ВИБРАЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕ­РИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ, электро­магнитный преобразователь (резонанс­ного типа) электрич. колебаний в механические. Применяется как со­ставная часть частотомеров и нуль-индикаторов (вибрац. гальванометров в мостовых и компенсац. схемах перем. тока низкой частоты — до 100 Гц). В. э. м. представляет собой элект­ромагнит, поле к-рого воздействует на подвижную часть механизма — сталь­ную пластину, мембрану, нить и т. п. Если удвоенная частота перем. тока, протекающего через обмотку электро­магнита, оказывается равной частоте собств. колебаний подвижной части или близкой к ней, то амплитуда её колебаний резко увеличивается. Час­тотомер на основе В. э. м. представ­ляет собой сочетание электромагнита, возбуждаемого электрич. током, час­тота к-рого измеряется, с набором стальных вибрац. пластинок, частоты собств. колебаний к-рых образуют дискр. ряд с шагом не менее 0,2 Гц. Относит. погрешность измерений та­ких частотомеров ~ 1%.

• Электрические измерения, под ред. А. В. Фремке, Е. М. Душина, 5 изд., Л., 1980; Справочник по электроизмерительным приборам, 2 изд., Л., 1977. В. П. Кузнецов.

ВИГНЕРОВСКАЯ КРИСТАЛЛИЗА­ЦИЯ, образование периодич. про­странств, структуры в электронном газе твёрдого тела. Предсказана амер. физиком Ю. П. Вигнером (Е. P. Wigner) в 1934. В. к. возможна, когда при низких темп-pax энергия кулоновского расталкивания эл-нов пре­восходит их кинетич. энергию. Пред­ставление о В. к. используется при интерпретации фазовых переходов ме­талл — диэлектрик, в теории сильно легиров. полупроводников, при из­учении поверхности тв. тел, а также эл-нов над поверхностью жидкого ге­лия и др.

• См. лит. при ст. Твёрдое тело.

ВИДЕМАНА ЭФФЕКТ, возникнове­ние деформации кручения у ферромагн. стержня, по к-рому течёт электрич. ток, при помещении стержня в про­дольное магн. поле. Открыт в 1858 нем. физиком Г. Видеманом (G. Wiedemann). В. э.— одно из проявлений магнитострикции в поле, образован­ном сложением продольного магн. поля и кругового магн поля, созда­ваемого электрич. током. Если элект­рич. ток (или магн. поле) явл. пере­менным, то в стержне возбуждаются крутильные колебания. ВИДЕМАНА — ФРАНЦА ЗАКОН утверждает, что отношение коэфф. теплопроводности  к уд. электро­проводности  для металлов при оди­наковой темп-ре постоянно: /=const. Установлен в 1853 экспери­ментально нем. физиками Г. Видема­ном и Р. Францем (R. Franz). В 1881 дат. физик Л. Лоренц эксперименталь­но показал, что это отношение пропорц. Т: /=LT, где L — число Ло­ренца, одинаковое практически для всех металлов при комнатной и более высоких темп-pax Т. В.— Ф. з. впер­вые был объяснён нем. физиком П. Друде (1902), к-рый рассматривал эл-ны в металле как газ и применил к нему методы кинетич. теории газов (электро- и теплопроводность метал­лов обусловливается в осн. движением свободных эл-нов). В дальнейшем на базе квант. статистики для L было получено выражение:

L =(³/3)(k/e)²=2,45•10^-8 ВтОм/К²,

где е — заряд эл-на. При комнатной темп-ре наблюдаемые значения L хорошо согласуются (за нек-рым иск­лючением, напр. для Be) с теоретиче­скими. Отклонение эксперим. значе­ний L от теоретических совр. теория объясняет неупругостью столкновений эл-нов проводимости с колебаниями кристаллической решётки.

• См. лит. при ст. Металлы.

ВИДЕОИМПУЛЬС, см. в ст. Импульс­ный сигнал.

ВИДИМОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (видимый свет, свет), область спектра эл.-магн. колебаний, непосредственно воспринимаемая человеческим глазом. Харак­теризуется длинами волн в диапазоне от 400 до 760 нм. См. Свет (в узком смысле).

ВИДИМОЙ РЕЧИ ПРИБОР, прибор для наблюдения и регистрации изоб­ражений, показывающих изменение во времени спектра сложных звуков, в т. ч. звуков речи. Осн. идея В. р. п.— представление звуков речи в виде плоскостной картины в прямоуг. ко­ординатах время — частота. Интен­сивность каждой частотной состав­ляющей сложного звука в данный мо­мент времени отображается плотно­стью почернения чувствит. слоя фото­материала, электрохим. бумаги или яркостью свечения люминофора.

В. р. п. регистрирующего типа при­меняются при спектр. анализе неста­ционарных (изменяющихся во вре­мени) звуков. Состоят они из записы­вающей и воспроизводящей части А и анализирующей части В (рис.).



Схема прибора видимой речи регистрирую­щего типа: 1 — микрофон; 2 — магнитофон; 3, 4 и 5 — записывающая, воспроизводя­щая и стирающая головки; 6 — полосовой фильтр; 7 — записывающее устройство; 8 — барабан.


Звук записывают в течение определ. отрезка времени (неск. с) на магнито­фон, а затем его многократно воспро­изводят. С помощью полосового фильт­ра анализирующей части поочерёдно выделяют все частотные составляю­щие этого звука и подают на записы­вающее устройство, где на бланке из фотоматериала или электрохим. бу­маги получают почернение, тем боль­шее, чем сильнее в сигнале выражены частоты, соответствующие данной по­лосе пропускания фильтра. При каж­дом обороте барабана на бланке об­разуется «строка» с изменяющимся почернением, соответствующим изме­нению во времени спектр. интенсив­ности звука в этой полосе. Воспроиз­водя анализируемый звук большое число раз и меняя каждый раз час­тоту пропускания фильтра, получают совокупность последоват. строк, даю­щих картину изменения спектра во времени, по частоте и уровню интен­сивности.

В. р. п., в к-ром изображение по­лучается на слое люминофора, при­меняется в эксперим. лингвистике и в педагогич. практике при изучении иностр. языков, при обучении глухо­немых и исправлении недостатков речи. Этот прибор работает в реаль­ном масштабе времени, т. к. для

75


анализа в нём используют комплект параллельно включённых полосовых фильтров, охватывающих весь ана­лизируемый частотный диапазон.

• Беранек, Л., Акустические измерения, пер. с англ., М., 1952.

ВИДНОСТЬ (устар.), то же, что спектральная световая эффективность.

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ЗВУКОВЫХ ПО­ЛЕЙ, методы получения видимой кар­тины распределения величин, харак­теризующих звуковое поле. В. з. п. применяется для изучения звук. по­лей сложной формы, для целей де­фектоскопии и медицинской диагно­стики, а также для визуализации акустич. изображений предметов, к-рые получены либо с помощью акустич. фокусирующих систем (звук. оптика), либо с помощью голографии акусти­ческой. Простейший пример В. з. п.— Хладни фигуры.

Методы В. з. п. можно разбить на три группы: 1) методы, использую­щие основные, линейные хар-ки звук. поля — звуковое давление, колебатель­ные смещения частиц, перем. плот­ность среды; 2) методы, основанные на квадратичных эффектах — на дефор­мации водной поверхности под дейст­вием пондеромоторных сил акустич. поля, акустических течениях, эффек­те диска Рэлея', 3) методы, использую­щие вторичные эффекты, возникаю­щие при распространении звук. волн достаточной интенсивности в жидко­сти: тепловые эффекты, ускорение про­цессов диффузии, воздействие УЗ на фотослой, дегазация жидкости, аку­стич. кавитация.

В методах первой группы для полу­чения картины распределения звук. давления самый распространённый приём — сканирование исследуемого поля миниатюрным приёмником зву­ка, напряжение на выходе к-рого модулирует яркость перемещаемого синхронно с ним точечного источника света. Этот метод обычно используют в диапазоне частот до 100 кГц. Более современный вариант подобного ме­тода В. з. п., используемый в диапа­зоне частот от 100 кГц до неск. десят­ков МГц, осуществляется в электронно-акустич. преобразователях: рас­пределение звук. давления преобра­зуется с помощью пьезоэлектрич. плас­тинки в соответствующее распределе­ние электрич. потенциала на её по­верхности, к-рое считывается элект­ронным лучом и преобразуется с по­мощью электроннолучевого осцилло­графа (кинескопа) в видимое изобра­жение звук. поля.

Изменение плотности среды в звук. поле приводит к изменению показа­теля преломления для световых лу­чей; оно может быть выявлено чисто оптич. приёмами, как, напр., теневым методом, методом фазового контраста, дифракцией света на ультразвуке, методом акустич. голографии и др.

Среди методов второй группы наи­большее распространение получил ме­тод поверхностного рельефа, основан­ный на св-ве свободной поверхности жидкости вспучиваться под действием падающего на неё изнутри жидкости звук. пучка. Получающийся рельеф хорошо виден при косом освещении. Для реализации метода диска Рэлея в смеси воды и ксилола образуют взвесь мельчайших чешуек лёгкого металла (напр., алюминия). В отсут­ствии звука эти чешуйки ориентиро­ваны беспорядочно, образуя при осве­щении матово-серую поверхность, а под действием звук. волны часть из них принимает определ. ориентацию, в результате чего на сером фоне по­является видимое изображение звук. поля.

В третьей группе методов следует отметить тепловое воздействие УЗ и его способность ускорять процессы диффузии. Для реализации теплового метода в исследуемое поле помещают тонкий экран из хорошо поглощаю­щего звук материала. Неравномерный нагрев экрана под действием УЗ может быть визуализирован разл. спо­собами: применением термочувствит. красок и жидких кристаллов, нанесён­ных тонким слоем на поглощающий экран; использованием электронно-оптич. преобразователей, чувствитель­ных к ИК излучению; возбужде­нием или гашением люминесценции и пр.

На способности УЗ ускорять про­цессы диффузии основаны фотодиффуз. методы. Предварительно засве­ченная фотобумага погружается в раз­бавленный р-р проявителя; в местах, на к-рые действовал УЗ, диффузия проявителя в желатину сильно уско­ряется и бумага быстро чернеет. •Бергман Л., Ультразвук и его при­менение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957, гл. 3, § 4, гл. 6, § 4; Розенберг Л. Д., Визуализация ультразвуко­вых изображений, «Вестник АН СССР», 1958, № 3, с. 33; Э л ь п и н е р И. Е., Ультра­звук. Физ.-химич. и биол. действие, М.,1963.