Вавилова закон

Вид материала

Закон

Содержание Визуализация изображений В. Н. Синцов. Вильсона камера Вина закон излучения Вина закон смещения Винтовое движение Вириала теорема V характеризуются потенциалом U (r) U/2. Отсюда следует, напр., что для косм. тела (звёзды и др.) его гравитац. энергия U T и магн. энергией ξм Виртуальные перемещения Виртуальные состояния Виртуальные частицы Квантовая теория поля. Стеклянный капиллярный вискозиметр: 1 — измерит. резервуар; 2 — капилляр; 3 — приёмный сосуд; M Вихревое движение ВИХРЕВЫЕ ТОКИ (токи Фуко) Джоуля — Ленца законом Рис. 2. Возникновение электрич. скин-эф­фекта в проводнике с перем. током (Т указы­вает направление тока в нек-рый момент времен

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.

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, методы преобразования двухмерного распределения нек-рого параметра физ. поля невидимого для человече­ского глаза излучения предмета (ИК, УФ, рентгеновского, УЗ и др.) в видимое (чёрно-белое или цветное) изображение. При этом яркость или цвет элемента видимого изображения соответствует определ. величине пара­метра невидимого изображения, напр, давлению УЗ поля (см. Визуализация звуковых полей), энергетич. освещён­ности для ИК и УФ диапазонов и др. В ряде случаев возможна В. и. не только по распределению интенсив­ности, но и по распределению фазы (см. Фазовый контраст) или поляри­зации (см. о поляризац. микроскопе в ст. Микроскоп). В зависимости от диапазона невидимого излучения и его действия на приёмники оптиче­ского излучения существует неск. ме­тодов В. и.

Для излучений в рентг., УФ и ближ­ней ИК (до 1,3 мкм) области спектра применим фотографический метод, основанный на фотохим. дейст­вии излучения на приёмник (фотоплас­тинки, фотоплёнки и др. виды фото­слоев). В УФ и рентг. областях ис­пользуются также люминесцент­ные экраны (иногда в комби­нации с электронно-оптич. усилите­лем яркости изображения), телевиз. трубки.

В ближней ИК области широко применяется также фотоэлект­рический метод В. и., основан­ный на изменении фотопроводимости приёмника при ИК облучении. При­борами, использующими этот метод В. и., явл. электронно-оптические пре­образователи. В более длинноволно­вой ИК области (до 14 мкм) исполь­зуются системы тепловидения, основанные на температурной зависимости св-в чувствит. элемента системы, нагревающегося при погло­щении ИК излучения. В кач-ве температурно-чувствит. материалов ис­пользуются крист. люминофоры (лю­минесцентные экраны с тепловым ту­шением люминесценции под действием ИК излучения и даже СВЧ диапазона), тонкие плёнки полупроводников и пироэлектриков, магнитные тонкие плён­ки, холестерические жидкие крис­таллы и др. (см. Тепловидение).

Развиваются методы В. и., осно­ванные на параметрич. преобразова­нии частоты ИК излучения в нелиней­ных кристаллах при накачке лазер­ным излучением в видимое излучение (см. также Голография).

Совр. тепловизоры со сканирова­нием позволяют производить без к.-л. подсветки В. и. объектов, темп-ра к-рых на 0,1—0,2 °С превышает фоно­вую (обычно комнатную). Нескани­рующие методы В. и. при чувстви­тельности 10^-4—10^-6 Вт/см² и раз­решении до 10—20 штрихов/мм нашли применение в ИК голографии, дефек­тоскопии и лазерных исследованиях.

• Ллойд Дж., Системы тепловидения, пер. с англ., М., 1978; К о з е л к и н В. В., Усольцев И. Ф., Основы инфракрасной техники, 2 изд., М., 1974.

В. Н. Синцов.

ВИЛЛАРИ ЭФФЕКТ (магнитоупругий эффект), влияние механич. де­формаций (растяжения, кручения, из­гиба и т. д.) на намагниченность фер­ромагнетика. Открыт в 1865 итал. фи­зиком Э. Влллари (Е. Villari). При постоянном упругом напряжении, на­ложенном на ферромагн. образец, из­менение (прирост) намагничен­ности образца с ростом магн. поля сначала увеличивается, затем про­ходит через максимум (точка В и л л а р и) и в пределе убывает до нуля. В. э. обратен магнитострикции. Ферромагнетики (напр., Ni), к-рые при намагничивании сокращаются в размерах (обладают отрицат. магнитострикцией), при растяжении уменьшают свою намагниченность (отрицат. В. э.). Наоборот, растяже­ние ферромагнетиков с положит. маг-

76


нитострикцией, напр. стержня из сплава Ni (65%)—Fe (35%), приводит к увеличению их намагниченности (положит. В. э.). При сжатии знак В. э. меняется на обратный. В. э. в областях смещения и вращения (см. Намагничивание} объясняется тем, что при действии механич. напряжений изменяется доменная структура фер­ромагнетика — векторы намагничен­ности J_s доменов меняют свою ориен­тацию без изменения абс. величины J_s. Эти явления, как и магнитострикция в области техн. намагничивания, определяются магн. силами вз-ствия атомов в решётке (преобладанием магнитоупругой энергии над энергией магн. анизотропии кристалла). В. э. применяется для создания магн. ма­териалов с особыми св-вами методом механич. деформации.

• См. лит. при ст. Магнитострикция.

Р. 3. Левитин.

ВИЛЬСОНА КАМЕРА, прибор для наблюдения следов (треков) заряж. ч-ц. Основан на конденсации пересыщенного пара на ионах, об­разующихся вдоль траектории заряж. ч-цы. Ч-цы могут либо испускаться источником, помещённым внутри ка­меры, либо попадать в неё извне. Треки фотографируются неск. фото­аппаратами для получения стереоскопич. изображения. Природу и св-ва ч-цы можно установить по величине её пробега и импульсу, измеряемому по искривлению траекторий ч-ц в магн. поле, в к-рое помещена В. к. (рис.). В. к. сыграла важную роль в истории яд. физики. Изобретённая англ. физиком Ч. Вильсоном (Ch. Wil­son) в 1912 (Ноб. пр. 1927), она на протяжении неск. десятилетий была единств. трековым детектором для регистрации яд. излучений. В 50— 60 гг. она утратила значение, уступив место пузырьковым, камерам и искровым камерам.




• Вильсон Дж., Камера Вильсона, пер. с англ., М., 1954; Дас Гупта Н., Гош С., Камера Вильсона и ее применения в физике, пер. с англ., М., 1947. См. также лит. при ст. Детекторы.

ВИНА ЗАКОН ИЗЛУЧЕНИЯ, закон распределения энергии в спектре рав­новесного излучения в зависимости от абс. темп-ры Т. Открыт нем. физиком В. Вином (W. Wien), к-рый в 1893

вывел ф-лу для общего вида распре­деления энергии в спектре равновес­ного излучения (названную впослед­ствии формулой Вина):



где u_v — спектр. плотность энергии излучения, приходящаяся на единич­ный интервал частот v, a f — нек-рая ф-ция от v/T. В 1896 Вин получил зависимость u_v от v и Т в явном виде:



(С₁ и C₂ — постоянные коэффициенты). В. з. и. представляет собой предель­ный случай Планка закона излучения для больших v (малых длин волн =c/v).

ВИНА ЗАКОН СМЕЩЕНИЯ, закон, утверждающий, что длина волны ,_макс, на к-рую приходится максимум энер­гии в спектре равновесного излуче­ния, обратно пропорциональна абс. темп-ре T излучающего тела: _максT=b (b — постоянная Вина). В. з. с. яв­ляется следствием формулы Вина (см. Вина закон излучения). Впервые по­лучен нем. физиком В. Вином в 1893 из термодинамич. соображений.

ВИНТОВОЕ ДВИЖЕНИЕ, движение тв. тела, слагающееся из прямолиней­ного поступат. движения со скоростью v и вращения с угл. скоростью со вокруг оси aa₁ параллельной направ­лению скорости v (рис.).



Когда па-правление оси аа₁ остаётся неизмен­ным, тело, совершающее В. д., в ме­ханике наз. винтом, а ось аа₁ — осью винта. Винт наз. правым, когда у и со направлены так, как показано на рисунке, и левым, если направ­ление v или со изменить на противо­положное. Расстояние, проходимое за один оборот любой точкой тела, лежащей на оси винта, наз. шагом h винта, а величина p=v/ — параметром винта. Скорость v_M и ускорение w_m любой точки М винта, отстоящей от оси на расстоянии r, численно равны:



где w — ускорение поступат. движе­ния тела вдоль оси аа₁,  — угл. уско­рение вращения вокруг этой оси.

Если у и со постоянны, В. д. наз. равномерным. В этом случае шаг винта h=2v/=2p также постоя­нен, а любая точка винта, не лежа­щая на его оси, описывает винтовую линию.

Любое сложное движение свобод­ного тв. тела слагается в общем слу­чае из серии элем. или мгнов. В. д. При этом ось В. д., наз. мгновен­ной винтовой осью, непре­рывно изменяет своё направление в пр-ве и в самом движущемся теле.

С. М. Тарг.

ВИНЬЕТИРОВАНИЕ (от франц. vi­gnette — заставка), частичное затене­ние пучка лучей, проходящего через оптич. систему, обусловленное его ограничением диафрагмами системы. В. приводит к уменьшению освещён­ности изображения, даваемого систе­мой, при переходе от центра к краю поля зрения. Степень понижения ос­вещённости изображения в результате В. характеризуется коэфф. виньетирования, к-рый равен отношению те­лесных углов (или площадей попереч­ных сечений) двух проходящих через систему пучков световых лучей — наклонного и осевого, идущих от равноудалённых от системы точек. Коэфф. В. обычно выражается в %.В. полностью отсутствует только при совпадении плоскости входного люка (см. Поле зрения) с плоскостью объекта (соотв. плоскости выходного люка с плоскостью изображения); при этом изображение резко ограничено. В зеркальных и зеркально-линзовых системах возможно В., вызванное наличием 2-го отражат. элемента, пре­пятствующего распространению центр. лучей пучка.

В. играет существ. роль в фотообъ­ективах. Обычно оно не превышает 30—40%, но в широкоугольных объек­тивах может достигать 50—60%, в ре­зультате чего фотопластинка или фото­плёнка оказывается недоэкспонированной на краях. С возможностью В. необходимо считаться в спектральном, анализе, напр. в случае, когда должна быть обеспечена равномерная по всей высоте освещённость изображения щели спектрографа.

ВИРИАЛА ТЕОРЕМА (нем. Virial, от лат. vires, мн. ч. от vis — сила), соотношение, связывающее ср. кинетич. энергию ξ_k системы ч-ц, дви­жущихся в конечной области пр-ва, с действующими в ней силами:



где r_i— радиус-вектор i-той ч-цы, f_i — сила, действующая на неё; черта сверху означает усреднение по доста­точно большому промежутку времени.

Сумма



в и р и а л о м

Клаузиуса (нем. учёный Р. Клаузиус в 1870 доказал В. т. для классич. системы матер. точек). Если силы V характеризуются потенциалом U (r) (силовое поле потенциально), то вместо (*) имеем:



77


Для систем с U~1/r (взаимодейст­вующие по закону Кулона заряж. ч-цы или ч-цы в поле тяготения) ξ_к= - U/2. Отсюда следует, напр., что для косм. тела (звёзды и др.) его гравитац. энергия U_G отрицательна и по абс. значению вдвое больше кинетич. энергии поступат. теплового дви­жения ч-ц в-ва (энергия вращат. движения молекул, энергия колеба­ний атомов в молекулах и др. виды энергии внутримол. и внутриат. дви­жения в это соотношение не входят). Полная энергия такой системы ξ=ξ_k+U_G=-ξ_k, т.е. сообщение звезде энергии уменьшает энергию теплового движения её ч-ц (пони­жает темп-ру), а излучение энергии звездой приводит к увеличению кинетич. энергии ч-ц и увеличению темп-ры звезды (сжимаясь, звезда разогре­вается) .

Для равновесной системы, обладаю­щей, кроме кинетич. энергии молекул ξ_k, кинетич. энергией турбулент­ного движения ξ _T и магн. энергией ξ_м, В. т. записывается в виде:

2(ξ_k+ξ_T) + U_G + ξ_M = 0.

• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Механика, 3 изд., М., 1973 (Теоретическая физика, т. 1); 3 е л ь д о в и ч Я. Б., Н о в и к о в И. Д., Теория тяготения и эволю­ция звезд, М., 1971.

ВИРТУАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ,

то же, что возможные перемещения.

ВИРТУАЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДЫ в кван­товой теории, переходы физ. микроси­стемы из одного состояния в другое, связанные с рождением и уничтоже­нием виртуальных частиц. ВИРТУАЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ в квантовой теории, короткоживущие промежуточные состояния микросисте­мы, в к-рых нарушается обычная связь между энергией, импульсом и массой системы (см. Виртуальные частицы). В. с. обычно возникают при столкно­вениях микрочастиц. Напр., столкно­вение нейтронов ' с протонами в су­щественной мере происходит путём образования и быстрого распада дей­трона в В. с.

ВИРТУАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ в кван­товой теории, частицы, к-рые имеют такие же квант. числа (спин, электрич. и барионный заряды и др.), что и соответствующие реальные ч-цы, но для к-рых не выполняется обычная (справедливая для реальных ч-ц) связь между энергией (ξ), импульсом (р) и массой (m) ч-цы: ξ²р²с²+m²c⁴. Воз­можность такого нарушения вытекает из квант. неопределённостей соотноше­ния между энергией и временем и мо­жет происходить лишь на малом про­межутке времени (что препятствует эксперим. регистрации В. ч.); поэтому В. ч. существуют только в промежу­точных (имеющих малую длитель­ность) состояниях и не могут быть зарегистрированы. Особая роль В. ч. состоит в том, что они явл. переносчиками вз-ствия. Напр., два эл-на взаи­модействуют друг с другом путём испускания одним эл-ном и погло­щения другим виртуального фотона. Адроны при высоких энергиях в осн. взаимодействуют друг с другом путём обмена комплексом В. ч., наз. р е д ж е о н о м (см. Редже полюсов метод). Каждый из этих последоват. актов (поглощения и испускания) невоз­можен без нарушения связи между импульсом и энергией.

• См. лит. при ст. Квантовая теория поля.

А. В. Ефремов.

ВИСКОЗИМЕТР (от позднелат. viscosus — вязкий и греч. metreo — изме­ряю), прибор для определения вяз­кости. Наиболее распространены В. капиллярные, ротационные, с дви­жущимся шариком, ультразвуковые. Определение вязкости капил­лярными В. основано на Пуазёйля законе и состоит в измерении времени протекания известного кол-ва жид­кости или газа через узкие трубки круглого сечения (капилляры) при заданном перепа­де давления (рис.). В ротационных В. исследуемая вязкая среда находится в за­зоре между двумя соосными телами (ци­линдры, конусы, сферы,



Стеклянный капиллярный вискозиметр: 1 — измерит. резервуар; 2 — капилляр; 3 — приёмный сосуд; M₁ и М₂ — метки, служащие для измерения времени ис­течения жидкости из изме­рит. резервуара.


их сочетание), причём одно из тел (ро­тор) вращается, а другое неподвижно. Вязкость определяется по крутящему моменту при заданной угл. скорости или по угл. скорости при заданном крутящем моменте. Действие В. с движущимся шариком в трубке с исследуемой жидкостью осно­вано на Стокса законе; вязкость оп­ределяется по скорости прохождения падающим шариком промежутков между метками на трубке В.

Действие ультразвуковых В. основано на измерении скорости за­тухания колебаний пластинки из магнитострикц. материала, погружённой в исследуемую среду. Колебания воз­буждаются короткими (~10—30 мкс) импульсами тока в катушке, на­мотанной на пластинку. При коле­баниях пластинки в этой же катушке наводится эдс, пропорц. скорости пла­стинки, колебания к-рой затухают тем быстрее, чем больше вязкость среды. При уменьшении эдс до нек-рого по­рогового значения в катушку посту­пает новый возбуждающий импульс. Вязкость среды определяют по час­тоте следования импульсов.

Помимо В., позволяющих выразить результаты измерений в единицах

динамич. или кинематич. вязкости, существуют В. для измерения вяз­кости жидкостей в условных едини­цах (напр., с). Такой В. представляет собой сосуд с калиброванной сточной трубкой; вязкость оценивается по вре­мени истечения определ. объёма жид­кости.

•Измерения в промышленности, пер. с нем., ., 1980.

ВИСКОЗИМЕТРИЯ, раздел измерит. физики и техники, посвящённый из­учению и разработке методов измере­ния вязкости. Разнообразие методов и конструкций приборов для измере­ния вязкости — вискозиметров — об­условлено широким диапазоном зна­чений вязкости (от 10^-5 Н•с/м² у га­зов до 10¹² Н•с/м² у нек-рых полиме­ров), а также необходимостью изме­рять вязкость в условиях низких и высоких темп-р и давлений (напр., вязкость сжиженных газов, расплав­ленных металлов, водяного пара при высоких давлениях). Наиболее рас­пространены методы В., основанные на Пуазёйля законе, Стокса законе, на изучении затухания периодич. ко­лебаний пластины, помещённой в ис­следуемую среду, и др.

Особую группу образуют методы измерения вязкости в малых объ­ёмах среды (микровязкость). Они осно­ваны на наблюдении броуновского движения, подвижности ионов, диф­фузии ч-ц.

• Барр Г., Вискозиметрия, пер. с англ., Л.— М., 1938; Тарг С. М., Основные за­дачи теории ламинарных течений, М., 1951; Ф у к с Г. И., Вязкость и пластичность неф­тепродуктов, М., 1951; Голубев И. Ф., Вязкость газов и газовых смесей, М., 1959. См. также лит. при ст. Вискозиметр.

ВИХРЕВОЕ ДВИЖЕНИЕ, движение жидкости или газа, при к-ром их ма­лые элементы (ч-цы) перемещаются не только поступательно, но и вращаются около нек-рой мгновенной оси.

Подавляющее большинство течений жидкости и газа, к-рые происходят в природе или осуществляются в тех­нике, представляет собой В. д. Напр., при движении воды в трубе имеет место В. д. как в случае ламинарного течения, так и в случае турбулент­ного течения. Вращение элем. объ­ёмов обусловлено здесь тем, что на стенке из-за прилипания жидкости скорость её равна нулю, а при удале­нии от стенки быстро возрастает, так что скорости соседних слоев значи­тельно отличаются друг от друга. В ре­зультате тормозящего действия одного слоя и ускоряющего действия дру­гого возникает вращение ч-ц, т. е. имеет место В. д. Примерами В. д. явл. также: вихри воздуха в атмосфе­ре, к-рые часто принимают огромные размеры и образуют смерчи и циклоны; водяные вихри, к-рые образуются сзади устоев моста; воронки в воде реки и т. п.

Количественно В. д. можно оха­рактеризовать вектором  угл. ско­рости вращения ч-ц, к-рый зависит от координат точки в потоке и от вре­мени. Вектор и наз. вихрем среды

78


в данной точке; если =0 в нек-рой области течения, то в этой области течение безвихревое. Вращающиеся среды могут образовывать вихревые трубки или отд. слои. Вихревая труб­ка не может иметь внутри жидкости ни начала, ни конца; она или может быть замкнутой (вихревое кольцо), или должна иметь начало и конец на границах жидкости (напр., на поверх­ности обтекаемого тела; на поверх­ности сосуда, внутри к-рого заклю­чена жидкость; на поверхности зем­ли — в случае смерчей; на поверхности воды или на дне реки — в случае вих­рей в текущей воде и т. п.).

В движущейся среде, лишённой вязкости (идеальная жидкость), вих­ри не могли бы самопроизвольно по­явиться, а будучи созданы, не могли бы затухать. В средах с малой вязко­стью (вода, воздух) В. д. возникает в тех областях течения, где вязкость всего сильнее проявляется: в слое вблизи обтекаемого тела, в т. н. по­граничном слое, заполненном сильно завихрённой средой. Вихри погранич­ного слоя сбегают с поверхности об­текаемого тела и создают за этим те­лом след в форме тех или иных обра­зований (вихревых слоев или вихре­вых дорожек). Вихри, возникающие при движении тела в среде, опреде­ляют значит. часть подъёмной силы и силы лобового сопротивления, дей­ствующих на него. Поэтому изучение В. д. имеет большое значение для расчёта и конструирования крыльев самолётов, возд. винтов, лопаток тур­бин и т. д.

• Прандтль Л., Гидроаэромеханика, пер. с нем., 2 изд., М., 1951; Фабри­кант Н. Я., Аэродинамика. Общий курс, М., 1964.

ВИХРЕВЫЕ ТОКИ (токи Фуко), замк­нутые электрич. токи в массивном проводнике, возникающие при изме­нении пронизывающего его магн. по­тока. В. т. явл. индукционными то­ками (см. Электромагнитная индук­ция), они образуются в проводящем теле либо вследствие изменения во времени магн. поля, в к-ром оно нахо­дится (рис. 1),




Рис. 1. Вихревые то­ки (пунктирные ли­нии) в сердечнике ка­тушки, включённой в цепь перем. тока I; указанное направле­ние вихревых токов соответствует момен­ту увеличения магн. индукции В, создава­емой в сердечнике то­ком.


либо в результате дви­жения тела в магн. поле, приводя­щего к изменению магн. потока через тело или к.-л. его часть. В. т. замы­каются непосредственно в проводящей массе, образуя вихреобразные кон­туры. Согласно Ленца правилу, магн. поле В. т. направлено так, чтобы противодействовать изменению магн. потока, индуцирующему эти В. т.

В. т. приводят к неравномерному распределению магн. потока по сечению магнитопровода. Это объяс­няется тем, что в центре сечения магнитопровода напряжённость магн. поля В. т., направленная навстречу осн. магн. потоку, имеет наибольшее значение. В результате такого «вы­теснения» поля при высоких частотах поток проходит лишь в тонком поверх­ностном слое сердечника. Это явление наз. магнитным скин-эффектом (аналогично электрич. скин-эффекту).

В соответствии с Джоуля — Ленца законом, В. т. нагревают проводники, в к-рых они возникли, что приводит к потерям энергии. Для их умень­шения и снижения эффекта «вытеснения» магн. поля магнитопроводы из­готовляют не из сплошного куска, а из изолированных друг от друга отд. пластин, заменяют ферромагн. материалы магнитодиэлектриками и др.




Рис. 2. Возникновение электрич. скин-эф­фекта в проводнике с перем. током (Т указы­вает направление тока в нек-рый момент времени).


В. т. возникают и в самом провод­нике, по к-рому течёт перем. ток, что приводит к неравномерному распре­делению тока по сечению проводника. В моменты увеличения тока в про­воднике индукционные В. т. направ­лены у поверхности проводника по первичному току, а у оси провод­ника — навстречу току (рис. 2). В ре­зультате внутри проводника ток уменьшится, а у поверхности увели­чится. Токи высокой частоты практи­чески текут в тонком поверхностном слое, внутри же проводника тока нет. Это явление наз. электриче­ским скин-эффектом.

Вз-ствие В. т. с осн. магн. потоком приводит в движение проводящее тело. Это явление используется в измерит. технике, в машинах перем. тока и т. д.