Вавилова закон
Вид материала | Закон |
- 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.
ВЛАСОВА УРАВНЕНИЕ, кинетич. ур-ние (типа кинетического уравнения Больцмана) для бесстолкновительноц плазмы. См. Плазма.
ВМОРОЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, см. Магнитная гидродинамика.
ВНЕСИСТЕМНЫЕ ЕДИНИЦЫ, единицы физ. величин, не входящие ни в одну из существующих систем единиц. В. е. можно разделить на независимые (определяемые без помощи других единиц, напр. градус Цельсия, бел) и произвольно выбранные, но выражаемые нек-рым числом других единиц (напр., атмосфера, лошадиная сила, световой год, парсек).
ВНЕШНЕЕ ТРЕНИЕ, см. Трение внешнее.
ВНУТРЕННЕЕ ТРЕНИЕ в твёрдых телах, свойство твёрдых тел необратимо превращать в теплоту механич. энергию, сообщённую телу в процессе его деформирования. В. т. связана с двумя разл. группами явлений — неупругостью и пластич. деформацией. Неупругость представляет собой отклонение от св-в упругости при деформировании тела в условиях, когда остаточные деформации практически отсутствуют. При деформировании с конечной скоростью в теле возникает отклонение от теплового равновесия. Напр., при изгибе равномерно нагретой тонкой пластинки, материал к-рой расширяется при нагревании, растянутые волокна охладятся, сжатые — нагреются, вследствие чего возникает поперечный перепад темп-ры, т. е. упругое деформирование вызовет нарушение теплового равновесия. Последующее выравнивание темп-ры путём теплопровод-
79
ности представляет собой процесс, сопровождаемый необратимым переходом части упругой энергии в теплоту (т. н. релаксац. процесс — см. Релаксация). Этим объясняется наблюдаемое на опыте затухание свободных изгибных колебаний пластинки — т. н. термоупругий эффект.
При упругом деформировании сплава с равномерным распределением атомов разл. компонентов может произойти перераспределение атомов в в-ве, связанное с различием их размеров. Восстановление равновесного распределения атомов путём диффузии также представляет собой релаксац. процесс. Проявлениями неупругих, или релаксационных, св-в, кроме упомянутых, явл. упругое последействие в чистых металлах и сплавах, упругий гистерезис и др.
Деформация, возникающая в упругом теле, зависит не только от приложенных к нему внешних механич. сил, но и от темп-ры тела, его хим. состава, внешних магн. и электрич. полей (магнито- и электрострикция), величины зерна, его крист. структуры и т. д. Это приводит к многообразию релаксац. явлений, каждое из к-рых вносит свой вклад в В. т. Если в теле одновременно происходит неск. релаксац. процессов, каждый из к-рых можно характеризовать своим временем релаксации i то совокупность всех времён релаксации отдельных релаксац. процессов образует т.н. релаксац. спектр этого материала, характеризующий его при данных условиях; каждое структурное изменение в образце меняет релаксац. спектр.
Величину В. т. измеряют по затуханию свободных колебаний (продольных, поперечных, крутильных, изгибных), по резонансной кривой для вынужденных колебаний, по относит. рассеянию упругой энергии за один период колебаний. В. т. явл. источником сведений о процессах, возникающих в тв. телах, в частности в чистых металлах и сплавах, подвергнутых разл. механич. и тепловым обработкам.
В. т. при пластической деформации. Если силы, действующие на тв. тело, превосходят предел упругости и возникает пластич. течение, то можно говорить о квазивязком сопротивлении течению (по аналогии с вязкой жидкостью), сопровождающимся превращением механич. энергии в теплоту. Механизм В. т. при пластич. деформации существенно отличается от механизма В. т. при неупругости (см. Пластичность, Ползучесть материалов). Различие в механизмах рассеяния энергии определяет разницу в значениях вязкости, отличающихся на 5—7 порядков (вязкость пластич. течения, достигающая величины 1013—1015 Па•с.
всегда значительно выше вязкости, вычисляемой из упругих колебаний и равной 107—108 Па•с). По мере роста амплитуды упругих колебаний всё большую роль начинают играть пластич. сдвиги, и величина вязкости растёт, приближаясь к значениям вязкости пластич. течения.
ВНУТРЕННЕЕ ТРЕНИЕ в жидкостях и газах, то же, что вязкость.
ВНУТРЕННЯЯ ЧЕТНОСТЬ (Р), одна из хар-к (квант. чисел) элем. ч-цы, определяющая поведение её волновой функции при пространственной инверсии (зеркальном отражении), т. е. при замене координат х-х, y-у, z-z. Если при таком отражении не меняет знака, В. ч. ч-цы положительна (Р=+1), если меняет — отрицательна (Р=-1). Для бозонов В. ч. ч-цы и античастицы одинаковы, для фермионов произведение В. ч. ч-цы и античастицы равно -1. См. также Чётность.
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ, энергия физ. системы, зависящая от её внутр. состояния. В. э. включает энергию хаотического (теплового) движения всех микрочастиц системы (молекул, атомов, ионов и т. д.) и энергию вз-ствия этих ч-ц. Кинетич. энергия движения системы как целого и её потенц. энергия во внеш. силовых полях в В. э. не входят. В термодинамике и её приложениях представляет интерес не само значение В. э. системы, а её изменение при изменении состояния системы. Поэтому обычно принимают во внимание только те составляющие В. э., к-рые изменяются в рассматриваемых процессах изменения состояния в-ва. , Понятие «В. э.» ввёл в 1851 англ. учёный У. Томсон (лорд Кельвин), определив изменение В. э. (U) физ. системы в к.-н. процессе как алгебр. сумму количеств теплоты Q, к-рыми система обменивается в ходе процесса с окружающей средой, и работы А, совершённой системой или произведённой над ней:
U=Q+A. (*)
Принято считать работу положительной, если она производится системой над внеш. телами, а кол-во теплоты положительным, если оно передаётся системе. Ур-ние (*) выражает первое начало термодинамики — закон сохранения энергии в применении к процессам, в к-рых происходит передача теплоты. Согласно закону сохранения энергии, В. э. явл. однозначной ф-цией состояния физ. системы, т. е. однозначной ф-цией независимых переменных, определяющих это состояние, напр. темп-ры Т и объёма V (или давления р). Однозначность В. э. приводит к тому, что, хотя каждая из величин Q и А зависит от хар-ра процесса, переводящего систему из состояния с В. э. U1 в состояние с энергией U2, изменение U определяется лишь значениями В. э. в нач. и кон. состояниях: U=U2-U1. Для любого замкнутого процесса, возвращающего систему в первонач. состояние (U2=U1), изменение В. э. равно нулю и Q=A (см. Круговой процесс). Изменение В. э. системы в адиабатическом процессе (т. е. при Q=0) равно работе, производимой над системой или произведённой системой: U=A ад. В случае простейшей физ. системы с малым межмол. вз-ствием — идеального газа — изменение В. э. сводится к изменению кинетич. энергии молекул:
U=МсVТ,
где М — масса газа, cV — уд. теплоёмкость при пост. объёме. . Поэтому U для идеального газа определяется только изменением темп-ры Т (закон Джоуля). В физ. системах, ч-цы к-рых взаимодействуют между собой (реальные газы, жидкости, тв. тела), В. э. включает также энергию межмол. и внутримол. вз-ствий. В. э. таких систем зависит как от темп-ры, так и от давления (объёма).
Экспериментально может быть измерено только изменение В. э. в к.-л. физ. процессе, то есть В. э. определяется с точностью до пост, слагаемого. Методы статистической физики позволяют в принципе теоретически рассчитать В. э. физ. системы, но также лишь с точностью до пост. слагаемого, зависящего от выбранного нуля отсчёта.
В области низких темп-р при Т0 В. э. конденсированных систем (жидких и тв. тел) приближается к определ. пост. значению U0 (см. Третье начало термодинамики). Значение U0 может быть принято за начало отсчёта В. э.
В. э. явл. термодинамич. потенциалом (как ф-ция энтропии S и объёма V), дифференцированием U по S и V можно определить ряд других параметров системы.
• См. лит. при ст. Потенциалы термодинамические.
А. А. Лопаткин.
ВНУТРИКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, электрич. поле, существующее внутри кристаллов вследствие того, что на коротких (порядка межатомных) расстояниях поля, создаваемые положит. и отрицат. зарядами, не скомпенсированы. Реже В. п. называются также существующие внутри нек-рых кристаллов магн. поля. Для расчётов электрич. В. п. часто пользуются приближением точечных зарядов и диполей — ионы и молекулы, обладающие дипольным моментом, рассматриваются как точечные заряды или электрич. диполи, находящиеся в узлах крист. решётки. В. п. могут достигать напряжённости 108 В/см и более. Симметрия В. п. определяется гл. обр. симметрией кристалла. Величина и симметрия В. п. в данной точке кристалла зависит от деформаций, от наличия примесей, дефектов и от поляризации кристалла. В. п. непрерывно колеблется в небольших пределах относительно своего ср. значения благодаря колебаниям кристал-
80
лической решётки. Экспериментально электрич. В. п. исследуются оптическими и радиоспектроскопическими методами.
Значительные магн. поля возникают в кристаллах, содержащих парамагн. атомы. Они создают магн. поле, убывающее обратно пропорц. кубу расстояния от них (магн. диполи). Напр., магн. момент атомов переходных элементов создаёт в окружающем пр-ве (на расстояниях порядка межатомных) магн. поля, достигающие напряжённости магн. поля тысяч и даже десятков тысяч Э. Особый интерес представляют поля, создаваемые эл-нами на «собственном» ат. ядре, к-рые исследуются методами, основанными на ядерном магн. резонансе и Мёссбауэра эффекте.
• Бальхаузен К., Введение в теорию поля лигандов, пер. с англ., М., 1964. См. также лит. при ст. Ядерный магнитный резонанс и Мёссбауэра эффект.
ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ, тип связи, промежуточный между ковалентной химической связью и невалентным межат. вз-ствием и осуществляющийся с участием атома водорода, расположенного либо между молекулами, либо между атомами внутри молекулы. Примером межмолекулярной В. с. явл. связь между молекулами
воды:
внутри- и
межмолекулярные В. с. типа N—Н•••О часто встречаются в бпополимерах — белках, нуклеиновых кислотах и пр. В. с. объясняется тем, что эл-н атома водорода слабо связан с протоном и легко смещается к электроотрицат. атому, напр. к ближайшему атому кислорода или азота. В результате протон почти «оголяется», и создаются условия для сближения атомов О•••О или N•••O. См. также Межатомное взаимодействие.
В. Г. Дашевский.
ВОДОРОДНЫЙ ТЕРМОМЕТР, см. Газовый термометр.
ВОДОРОДНЫЙ ЦИКЛ (протон-протонный цикл), последовательность термоядерных реакций в звёздах, приводящая к превращению водорода в гелий без участия катализаторов. В. ц.— осн. источник энергии норм. однородных звёзд, в частности Солнца. Последовательность реакций В. ц. приведена в табл. 2 ст. Термоядерные реакции.
ВОДОРОДОПОДОБНЫЕ АТОМЫ, атом Н и ионы, состоящие из ядра и одного эл-на (Не+ , Li2+ , Ве3+ , . . .). Обладают сходными оптич. св-вами (см. Атом). В физике полупроводников В. а. наз. примесные атомы, у к-рых валентность на единицу больше или меньше, чем у атомов осн. в-ва полупроводника.
ВОЗБУЖДЕНИЕ атома или молекулы, переход атома или молекулы из основного состояния в состояние с большей энергией (на один из вышележащих уровней энергии). В. происходит при столкновениях ч-ц (см. Столкновения атомные) или при вз-ствии ч-цы
с квантами эл.-магн. излучения (как правило, в тех случаях, когда энергия, получаемая ею в акте вз-ствия, недостаточна для её ионизации). Всякое состояние атома или молекулы, кроме основного, наз. возбуждённым состоянием; каждое из них характеризуется определ. кол-вом энергии (энергией В.), к-рое ч-ца получает при переходе из основного в данное возбуждённое состояние. Если последнее не явл. метастабильным состоянием, то после очень кратковрем. пребывания в нём (для атомов~10-8 с) ч-ца самопроизвольно переходит в основное или др. состояние с меньшей энергией. Ср. время существования возбуждённого состояния наз. временем жизни ч-цы на уровне энергии. Атомы и молекулы в возбуждённых состояниях обычно значительно более химически активны, чем в основном состоянии.
ВОЗБУЖДЁННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ, увеличение электропроводности диэлектриков и полупроводников при освещении (см. Фотопроводимость) или при электронной бомбардировке их поверхности (электронно-возбужденная проводимость). В. п. обусловлена генерацией электронно-дырочных пар.
ВОЗБУЖДЁННОЕ СОСТОЯНИЕ квантовой системы, состояние атома, молекулы и др. квант. систем с энергией выше минимальной из дискр. ряда возможных для этой системы энергий. Возбуждёнными наз. все состояния, кроме основного состояния (состояния с мин. энергией). Для перехода системы в В. с. её необходимо возбудить — сообщить ей энергию (см., напр., Возбуждение). В. с. обладают, как правило, конечными временами жизни. Уровни энергии, соответствующие В. с., также наз. возбуждёнными.
ВОЗГОНКА (сублимация), переход в-ва из тв. состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. ВОЗДУХ, смесь газов, из к-рых состоит атмосфера Земли (азот — 78,08%, кислород — 20,95%, инертные газы и водород — 0,94%, СO2—0,03%, в небольших кол-вах O3, CO, NH3, CH4, SO2 и др.). Средняя мол. м.— ок. 29 атомных ед. При 0°С давление В. на ур. м. 101 325 Па (1 ат, или 760 мм рт. ст.). В этих, т. н. нормальных, условиях масса 1 л В. равна 1,2928 г; темп-pa кипения жидкого В. при норм. давлении — ок. 83 К. Показатель преломления 1,00029, диэлектрич. проницаемость 1,000059. Критич. темп-pa В.-140,7°С, критич. давление 3,7 МН/м2.
Для большинства расчётов В. можно считать идеальным газом (отклонения св-в В. от св-в идеального газа характеризуется коэфф. сжимаемости, к-рый при 0°С равен 1,00060). Теплоёмкость, вязкость и теплопроводность В. в значит. степени зависят от давления и темп-ры.
ВОЗДУШНЫЙ ТЕРМОМЕТР, см. Газовый термометр.
ВОЗМОЖНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (виртуальные перемещения), элементарные (бесконечно малые) перемещения, к-рые точки механич. системы могут совершать из занимаемого ими в данный момент времени положения, не нарушая наложенных на систему связей (см. Связи механические). В. п.— понятия чисто геометрические, не зависящие от действующих сил; они определяются только видом наложенных на систему связей и вводятся как хар-ки этих связей, показывающие, какие перемещения при наложенных связях остаются для системы возможными. Напр., если связью для точки явл. к.-н. поверхность и точка находится на ней в данный момент в положении М (рис.),
то В. п. точки в этот момент будут элем. отрезки (векторы) длиной s, направленные по касательной к поверхности в точке М. Перемещение по любому другому направлению не будет В. п., т. к. при этом нарушится связь (точка не останется на поверхности). Понятие «В. п.» относится и к покоящейся и к движущейся точке. Если связь со временем не изменяется, то истинное элем. перемещение ds движущейся точки из положения М совпадает с одним из В. п.
Понятием «В. п.» пользуются для определения условий равновесия и ур-ний движения механич. системы (см. Возможных перемещений принцип, Д'Аламбера — Лагранжа принцип), а также при нахождении числа степеней свободы системы.
С. М. Тарг.
ВОЗМОЖНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПРИНЦИП, один из вариационных принципов механики, устанавливающий общее условие равновесия механич. системы. Согласно В. п. п., для равновесия механич. системы с идеальными связями (см. Связи механические) необходимо и достаточно, чтобы сумма работ Ai всех приложенных к системе активных сил на любом возможном перемещении системы была равна нулю. Математически В. п. п. выражается ур-нием:
AiFisicosi=0, (*)
где fi — действующие активные силы, 6s; — величины возможных перемещений точек приложения этих сил, i — углы между направлениями сил и возможных перемещений. Для систем с неск. степенями свободы ур-ние (*) может составляться для каждого независимого перемещения в отдельности. В. п. п. позволяет найти условия равновесия системы с идеальными связями, не вводя неизвестных реакций связей, что существенно упрощает решение и расширяет класс разрешимых задач. О применении метода, аналогичного даваемому
81
В. п. п. к решению задач динамики,
см. Д'Аламбера — Лагранжа принцип.
С. М. Тарг.
ВОЗМУЩЕНИЙ ТЕОРИЯ, метод приближённого решения ур-ний, содержащих к.-л. малые параметры; в ур-ннях, описывающих физ. системы, В. т. используется в тех случаях, когда некрое воздействие на эту систему (возмущение) может считаться малым.
Метод В. т. состоит в том, что сначала находится более простое решение для «невозмущённой» системы, а затем с помощью этого решения вычисляются поправки, вносимые возмущением. «Подправленное» решение можно использовать для нахождения след. поправки и т. д. Таким образом, В. т. сводится к последовательному, поэтапному уточнению решения (отсюда другое назв. В. т.— метод последовательных приближений). Решение получается в виде ряда по степеням нек-рой безразмерной величины, характеризующей возмущение. Когда возмущение действительно мало, каждый последующий член данного ряда много меньше предыдущего, и поэтому можно ограничиться лишь первыми членами ряда (первыми поправками).
Исторически В. т. первоначально применялась в небесной механике для приближённого решения трёх тел задачи. Здесь роль невозмущённой задачи играет кеплерова задача для двух тел. Возмущение, вызываемое движением третьего тела, считается малым и описывается малыми членами ур-ний движения.
В. т. явл. одним из важных методов решения осн. ур-ния квант. механики — Шрёдингера уравнения и применяется во всех случаях, когда вз-ствие можно разбить на две части: основную, почти полностью определяющую состояние системы, и относительно менее существенную (возмущение), приводящую лишь к незначит. изменению этого состояния. Напр., решая задачу об атоме водорода, помещённом во внеш. электрич. поле (Штарка эффект), напряжённость к-рого много меньше напряжённости кулоновского поля ядра (в пределах атома), сначала пренебрегают воздействием внеш. поля, т. е. находят волн. ф-ции, уровни энергии и др. физ. величины для невозмущёиного атома, затем, используя «невозмущённые» волн. ф-ции, находят поправки к уровням, обусловленные воздействием внеш. поля. Иногда эту процедуру последоват. уточнения приходится проделывать неск. раз, подсчитывая поправки всё более высокого порядка.
Особое значение приобрела В. т. в квант. теории эл.-магн. поля (квант. электродинамике) для вычисления амплитуд разл. процессов. Способы точного решения ур-ний квант. теории
полей неизвестны. В то же время вычисления по В. т. приводят в квант. электродинамике к результатам, прекрасно согласующимся с опытом.
В кач-ве примера рассмотрим задачу о вз-ствии электрон-позитронного поля с эл.-магн. полем. Само это вз-ствие будем считать малым возмущением. В нулевом приближении, т. е. когда возмущение (вз-ствие полей) считается равным нулю, ч-цы, соответствующие этим полям (эл-ны и позитроны, фотоны), явл. свободными; иными словами, всё выглядит так, как если бы электрич. заряды эл-нов и позитронов обратились в нуль (вз-ствие отсутствует). Первое приближение наглядно соответствует следующему: все ч-цы движутся как свободные до нек-рой точки, в к-рой происходит их встреча и где в результате вз-ствия начальные ч-цы исчезают, а вместо них появляются новые ч-цы, к-рые от момента своего возникновения также движутся как свободные. Т. о., первое приближение учитывает лишь один акт вз-ствия, точнее, один акт вызванных вз-ствием превращений ч-ц. В следующих — во втором, третьем и т. д. приближениях учитывается соотв. два, три и т. д. акта вз-ствия.
Описание вз-ствия эл-нов, позитронов и фотонов по В. т. можно изобразить графически (такие графики
наз. Фейнмана диаграммами). Напр., если свободный эл-н изображать сплошной, а фотон — волнистой линиями, то в первом приближении (в первом порядке по В. т.) испускание и поглощение фотона эл-ном даются графиками, изображёнными на рис. 1 и 2. (Реальные процессы такого типа запрещены, т. к. в них не выполняются одновременно законы сохранения энергии и импульса.) Процесс рассеяния фотонов на эл-нах — Комптон эффект — связан минимум с двумя актами вз-ствия: актом испускания и актом поглощения фото-
на эл-ном. Поэтому самый низкий порядок В. т., описывающий такой процесс, второй. Соответствующие графики на рис. 3 и 4 отличаются лишь временной последовательностью актов испускания и поглощения. График на рис. 3, напр., расшифровывается так: в нач. момент присутствует один эл-н и один фотон (причём каждая из ч-ц имеет определённые импульс, энергию, спин); в момент времени t1 фотон поглощается эл-ном, и эл-н
переходит в новое состояние (или: исчезают обе нач. ч-цы, и возникает новая ч-ца — эл-н в отличном от начального, промежуточном, состоянии); в момент t2 этот эл-н испускает новый (рассеянный) фотон и сам переходит в кон. состояние (или: промежуточный эл-н поглощается, а вместо него возникают кон. эл-н и новый фотон). Т. к. промежуточный эл-н существует кон. время t2-t1, то появляется квант. неопределённость энергии ξ~h/(t2-t1) (см. Неопределённостей соотношение), к-рая и снимает запрет на соответствующий каждой из «вершин» графика (точек, в к-рых осуществляется вз-ствие ч-ц) акт испускания или поглощения фотона.
При вычислении амплитуды процесса, отвечающего к.-л. графику, по всем t1 и t2>t1 производится интегрирование; это отражает тот факт, что вз-ствие с одинаковой вероятностью может произойти в любой момент времени. Учёт каждого акта вз-ствия даёт вклад в амплитуду, пропорциональный электрич. заряду е. Поэтому разложение по В. т. можно назвать разложением по заряду. Вероятность процесса (равная квадрату модуля амплитуды процесса), к-рому отвечает график с n вершинами, пропорц. величине n, где =е2/hc1/137—постоянная тонкой структуры. Малость величины а по сравнению с единицей обычно рассматривается как аргумент, позволяющий отбрасывать высшие приближения В. т.
В. т. приводит к появлению бесконечно больших значений для нек-рых физ. величин; для устранения этих бесконечностей в квант. электродинамике разработан метод перенормировок. Вопрос о суммировании всех членов ряда, даваемых В. т., остаётся пока открытым.
В. И. Григорьев.