П падение тела

Вид материала

Документы

Содержание Плотность электрического тока Площадей закон Поверхностная ионизация Рис. 2. Характерные зависимости коэфф. поверхностной ионизации  (по оси ординат) в стационарных процессах от темп-ры Т. Е, ускоряю­щее поверхностные ионы, снижает величину l Поверхностная энергия Поверхностно-активные ве­щества Поверхностные явления) Поверхностное натяжение Поверхностные акустические волны Рэлея волны Поверхностные волны Поверхностные свойства по­лупроводников В. Б. Сандомирский.

Подобный материал:

• Тема «кинематика материальной точки», 29.33kb.
• Урок изучения новых знаний в 9-м классе по теме: "Свободное падение тел", 145.66kb.
• Программа вступительных испытаний по физике механика, 48.4kb.
• Тема: строение тела животных, 47.92kb.
• Конспект урока физики в 7 классе Тема : Вес тела, 40.5kb.
• Тема. Малые тела Солнечной системы, 383.39kb.
• Книга о душе, 521.77kb.
• Владимир Данченко принципиальные вопросы общей теории чакр и тантрическая концепция, 1664.57kb.
• Беседа – лекция. Прием наркотика – всегда полет, но в конце – всегда падение, 76.9kb.
• Беседа – лекция. Прием наркотика – всегда полет, но в конце – всегда падение, 83.01kb.

ПЛОТНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, векторная характеристика то­ка, равная по модулю электрич. за­ряду, проходящему за единицу време­ни через единичную площадку, пер­пендикулярную направлению упоря­доченного движения заряж. ч-ц. Если плотность заряда (заряд в единице объёма) , то П. э. т. j=v, где v — ср. скорость упорядоченного движе­ния заряж. ч-ц. При равномерном распределении П. э. т. по сечению про­водника сила тока в нём I=jS (S — площадь его поперечного сечения). В общем случае сила тока через поверхность S равна:

I=∫_Sj_пds,

где j_п — проекция j на нормаль к пло­щадке ds.

ПЛОЩАДЕЙ ЗАКОН, закон движе­ния материальной точки (или центра масс тела) под действием центр. силы, согласно к-рому: а) траекторией точки явл. плоская кривая, лежащая в пло­скости, проходящей через центр силы; б) площадь, ометаемая радиусом-век­тором точки, проведённым из центра силы, растёт пропорционально вре­мени, т. е. точка движется с пост. секторной скоростью. Открыт нем. астрономом И. Кеплером для движе­ния планет вокруг Солнца в 1609 (см. Кеплера законы}, а для общего случая доказан И. Ньютоном (1687).

С. М. Тарг.

р—n-ПЕРЕХОД, то же, что элек­тронно-дырочный переход.

ПОБОЧНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ (бли­ки), вторичные изображения предме­тов в оптич. приборах, появляющиеся в поле осн. изображения вследствие отражения света от поверхностей, ог­раничивающих оптич. детали (линзы, призмы, пластинки и пр.). Если ярко освещённые участки изображаемого предмета граничат с резко очерченны­ми тенями, то попадание П. и. от таких

участков на осн. изображения затенён­ных участков может заметно исказить изображение предмета. П. п. ослаб­ляют, просветляя поверхности оптич. деталей (см. Просветление оптики) и покрывая поглощающими покрытия­ми диафрагмы, оправы и др. механич. детали оптич. прибора, от к-рых может отразиться свет.

ПОВЕРКА средств измерений, опре­деление погрешностей средств измере­ний и установление их пригодности к применению. П. производится ор­ганами метрологической службы при помощи эталонов и образцовых средств измерений. Обязательной гос. П. под­лежат средства измерений, применяе­мые для учёта материальных ценностей, гос. испытаний, экспертиз, регистра­ции нац. и междунар. рекордов в спор­те, а также для П. исходных образцо­вых средств измерений. Ведомственной П. подлежат все остальные сред­ства измерений.

Описание методов и технич. приёмов П. конкретных средств измерений со­держится в соответствующих гос. стандартах или методич. указаниях. Не­редко методы П. и соответствующие компарирующие приборы указывают­ся в п о в е р о ч н ы х с х е м а х, устанавливающих порядок и точность передачи размеров единиц от эталонов образцовым, а от них — рабочим сред­ствам измерений.

• Б у р д у н Г. Д., Марков Б. Н., Основы метрологии, М., 1972; Тю­рин Н. И., Введение в метрологию, М., 1973.

К. П. Широков.

ПОВЕРХНОСТНАЯ ИОНИЗАЦИЯ, термич. десорбция (испарение) положи­тельных (положит. П. и.) или отрица­тельных (отрицат. П. и.) ионов с по­верхностей тв. тел. Чтобы эмиссия ионов при П. и. была стационарной, скорость поступления на поверхность соответствующих атомов, молекул или радикалов (за счёт диффузии этих ч-ц из объёма тела или протекающей одно­временно с П. и. адсорбции ч-ц из газовой фазы) должна равняться сум­марной скорости десорбции ионов и нейтральных ч-ц. П. и. происходит и при собств. испарении тв. тел, напр. тугоплавких металлов.

Количеств. хар-кой П. и. служит степень П. и. =n_i/n₀, где n_i; и n₀— потоки одновременно десорбируемых одинаковых по хим. составу ионов и нейтральных ч-ц (см. Ленгмюра — Саха уравнение). Характер вз-ствия ч-ц с поверхностями представляют обычно в форме потенциальных кри­вых системы поверхность тв. тела — ч-ца, выражающих зависимость энергии связи ч-цы с поверхностью V(х). от расстояния х между ними. На рис. 1 такие кривые, схематически изображе­ны для нейтральной ч-цы А и поло­жит. иона А_i. Расстояние х_р соответст­вует равновесному состоянию ч-цы у поверхности, а глубины «потенциаль­ных ям» l_i и l₀ равны теплотам десорб­ции положит. иона и нейтральной ч-цы соответственно. Переход с кри­вой А на кривую А; на расстоянии

550


х от поверхности соответствует ионизации ч-цы с переводом освобо­дившегося эл-на в тв. тело. Необходи­мая для этого энергия равна e(U_i-); U_i — ионизационный потенциал ч-цы,



e — работа выхода; е — заряд эл-на. Из рис. 1 непосредственно следует, что для положит. П. и. разность теплот десорбции в ионном и нейтральном состояниях (1_i+-l₀)=e(U_i-). Ана­логично для П. и. с образованием отрицат. иона (l_i--l₀)=e(-), где e — энергия сродства к электрону ч-цы.



Рис. 2. Характерные зависимости коэфф. поверхностной ионизации  (по оси ординат) в стационарных процессах от темп-ры Т.


П. и. наиболее эффективна для ч-ц с l_i0 и >U_i или >. Коэфф. П. п. =/(1+) для них уменьшается с ростом абс. темп-ры десорбции Т (рис. 2, кривая 1). При обратных не­равенствах величина  увеличивается с возрастанием Т (рис. 2, кривая 2). Если при Т>Т₀ соблюдается условие эффективной П. и. (l_i<l₀ и n_i>>n₀), то при Т= Т₀ знак (l₀-l_i) меняется, а  начинает скачкообразно падать до малых значений. Т₀ наз. темпера­турным порогом П. и.

Внеш. электрич. поле Е, ускоряю­щее поверхностные ионы, снижает величину l_i. При E<10⁷ В/см это сни­жение l_i=ееE=3,8•10^-4E эВ(Е должно быть выражено в В/см). Со­ответственно растёт а. Если l_i<l₀ и n_i>n₀, то при стационарной П. и. внеш. поле Е уменьшает температур­ный порог ионизации Т₀. Так, напр., для атомов Cs на W Т₀ с 1000 К при E=10⁴ В/см снижается до 300 К при E=10⁷ В/см. Это даёт основание рас­сматривать явления десорбции и ис­парения ионов электрич. полем при низких Т как П. и. Совр. эксперим. техника позволяет наблюдать П. и. ч-ц с Ui10 В и 0,6 В. С помощью электрич. поля эти пределы могут быть расширены.

Приведённые выше закономерности П. и. справедливы (подтверждены опы­том) для однородных поверхностей. Однако на практике чаще приходится иметь дело с неоднородными поверх­ностями, на к-рых количеств. хар-ки неодинаковы на разл. участках. В таких случаях указанные зависимости  от Т и Е сохраняются для нек-рых усреднённых значений l₀, l_i и . П. и. используется в ионных источ­никах, в чувствит. детекторах ч-ц, в термоэлектронных преобразователях (для компенсации пространств. заряда эл-нов). П. и. перспективна для раз­работки плазменных двигателей, а так­же лежит в основе мн. методов изуче­ния физ.-хим. хар-к поверхностей тв. тел и взаимодействующих с ними ч-ц.

• 3 а н д б е р г. Э. Я., И о н о в Н. И., поверхностная ионизация, М., 1969.

Н. И. Ионов.

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ, избы­ток энергии поверхностного слоя на границе раздела фаз (по сравнению с энергией в-ва внутри тела), обуслов­ленной различием межмолекулярных взаимодействий в обеих фазах. При увеличении поверхности раздела, т. е. при переводе молекул (атомов) в по­верхностный слой, совершается работа против нескомпенсированных сил меж­молекулярного вз-ствия у границы раздела, равная удельной с в о б о д н о й П. э.  (для жидких поверхно­стей она тождественна поверхностному натяжению). Полная П. э. u=-Т(д/дТ), где второй член представ­ляет собой скрытую теплоту образова­ния единицы площади поверхности (с в я з а н н а я э н е р г и я) в необ­ратимом изотермич. процессе при тем-пре Т. Величина д/дТ — удель­ная п о в е р х н о с т н а я э н т р о п и я (обычно отрицат. величина). Сво­бодная П. э. линейно уменьшается с ростом Т, полная П. э. явл. темпера­турным инвариантом, но для полярных жидкостей она может несколько воз­растать за счёт диссоциации. Вблизи критической температуры T_кр раз­личие св-в соседствующих объёмных фаз нивелируется и при Т= T_кр исче­зает.

ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕ­ЩЕСТВА, вещества, способные ад­сорбироваться на поверхности раздела двух фаз, понижая её поверхностное натяжение. К П.-а. в. относятся органич. соединения с асимметричной мол. структурой, молекулы к-рых со­держат ат. группы, резко различаю­щиеся характером вз-ствия с окружаю­щей средой (напр., водой). Так, моле­кулы П.-а. в. включают один или неск. углеводородных радикалов (RС_nН_2n+1, RC₆H₅ и др.) — лиофильная (гидро­фобная) часть молекулы, и одну или неск. полярных групп (ОН^-, СООН^-, NH₂^-, SO₃^- и др.) — гидрофильная часть (см. Гидрофильность и гидрофобность), Такая структура наз. дифильной, она обусловливает высокую адсорбц. ак­тивность П.-а. в. Работа адсорбции таких молекул достаточно велика, чтобы даже при малой их концентра­ции поверхностное натяжение резко снизилось (напр., на границе водный раствор — воздух при темп-ре 20°С с 72,8 мДж/м² до ~28—30 мДж/м²). П.-а. в. классифицируют по харак­теру диссоциации на анионактивные, катионактивные, неионогенные, амфолитные и высокомолекулярные. Ти­пичное анионактивное П.-а. в.— жи­ровое мыло, представляющее собой смесь солей жирных (карбоновых) кислот с длинными углеводородными цепями (общая ф-ла RCOONa). Ха­рактерная особенность этих П.-а. в. заключается в том, что они диссоции­руют в водных растворах, так что но­сителем поверхностной активности явл. длинноцепочечные анионы RCOO^-, что резко повышает (по срав­нению с соответствующими кислотами) растворимость мыл и позволяет полу­чать высокие концентрации их р-ров. В таких р-рах П.-а. в. находятся не в виде отд. молекул (ионов), а в форме больших агрегатов — м и ц е л л, что придаёт р-рам коллоидные св-ва и в результате высокую смачивающую спо­собность, т. е. придаёт им эффектив­ные моющие св-ва. Кроме естеств. жи­ровых мыл, существуют синтетич. мылоподобные в-ва, имеющие сходное с ними мол. строение, напр. ионогенные солеобразные анионактивные и катионактивные (дающие длинноцепочечные катионы) соединения. Группу неионогенных мыл составляют соедине­ния, содержащие в молекулах неск. полярных групп, что сообщает им так­же повышенную растворимость в воде. К амфолитным П.-а. в. относятся со­единения, образующие в зависимости от условий (растворителя, кислотности среды и т. д.) либо анионактивные, ли­бо катионактивные в-ва. И, наконец, особую группу составляют высокомо­лекулярные П.-а. в., состоящие из большого числа повторяющихся ли­нейных звеньев, каждое из к-рых со­держит полярные и неполярные груп­пы.

П.-а. в. изменяют поверхностные св-ва в-в (см. Поверхностные явления) и применяются в качестве смачивате­лей (см. Смачивание), фтолационных реагентов, пенообразователей, диспергаторов — понизителей твёрдости, пластифицирующих добавок, модифи­каторов кристаллизации и др. ПОВЕРХНОСТНОЕ ДАВЛЕНИЕ (пло­ское давление, двумерное давление), сила, действующая на единицу длины границы раздела (барьера) чистой по­верхности жидкости и поверхности той же жидкости, покрытой адсорбц. сло­ем поверхностно-активного вещества. П. д. направлено в сторону поверх­ности чистой жидкости перпендику­лярно барьеру. Определяется разно­стью поверхностных натяжений чис­той жидкости и жидкости с адсорбц. мономолекулярным слоем.

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ, термодинамич. характеристика по­верхности раздела 2 фаз (тел), опреде­ляемая работой обратимого изотермич. образования единицы площади этой поверхности. Измеряется в Дж/м² или Н/м. В случае жидкой поверхности

551


раздела П. н. можно рассматривать также как силу, действующую на еди­ницу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объемах фаз. П. н. на границе 2 конденсиро­ванных фаз обычно наз. межфазным натяжением. Работа образования но­вой поверхности затрачивается на преодоление сил межмолекулярного сцепления (когезии) при переходе мо­лекул в-ва из объёма тела в поверхностный слой. Равнодействующая меж­молекулярных сил в поверхностном слое не равна нулю (как в объёме тела) и направлена внутрь той фазы, в к-рой силы сцепления больше. Т. о.. П. н.— мера некомпенсированности межмолекулярных сил в поверх­ностном (межфазном) слое, или избыт­ка свободной энергии в поверхностном слое по сравнению со свободной энер­гией в объёмах фаз. Для подвижных жидкостей П. н.— величина, тождест­венно равная свободной поверхностной энергии.

Благодаря П. н. жидкости при от­сутствии внеш. воздействий принима­ют форму шара (миним. поверхность и миним. значение свободной поверх­ностной анергии). П. н. не зависит от величины и формы поверхности, если объёмы фаз достаточно велики по сравнению с размерами молекул. При повышении темп-ры, а также под воз­действием поверхностно-активных ве­ществ оно уменьшается. Расплавы металлов имеют наибольшее среди жидкостей П. н. (у Pt при 2300 К П. н. равно 1820 дин/см, у Hg при комнатной темп-ре — 484 дин/см).

На легкоподвижных границах жид­кость — газ (пар) или жидкость — жидкость П. н. можно измерить, напр., по массе капли, отрывающейся от кон­ца вертикальной трубки (сталагмо­метра); по величине макс. давления, необходимого для продавливания в жидкость пузырька газа; по форме капли, лежащей на поверхности, и т. д. Эксперим. определение П. н. тв. тел затруднено тем, что их молекулы (ато­мы) лишены возможности свободно перемещаться. Исключение составляет пластическое течение металлов при температурах, близких к точке плавления. Вследствие анизотропии кристаллов П. н. на разных гранях кристалла различно. Понятия П. н. и свободной поверхностной энергии для тв. тел не тождественны. Дефекты кристаллич. решётки, гл. обр. дисло­кации, рёбра и вершины кристаллов, границы зёрен поликристаллич. тел, выходящие на поверхность, вносят свой вклад в свободную поверхностную энергию. П. н. тв. тел обычно опреде­ляют косвенно, исходя из межмолеку­лярных и межатомных взаимодейст­вий. Величиной и изменениями П. н. обусловлены мн. поверхностные явле­ния (см. также Капиллярные явления).

• А д а м Н. К., Физика и химия поверх­ностей, пер. с англ., М.—Л., 1947. См. также лит. при ст. Поверхностные явления.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ (ПАВ), упругие волны, распространяющиеся вдоль свободной поверхности тв. тела или вдоль гра­ницы тв. тела с др. средами и затухаю­щие при удалении от границ. ПАВ бывают двух типов: с вертикальной поляризацией, у к-рых вектор колебат. смещения ч-ц среды расположен в плоскости, перпендикулярной к гра­нице (вертикальная плоскость), и с го­ризонтальной поляризацией, у к-рых вектор смещения ч-ц среды параллелен границе и перпендикулярен направ­лению распространения волны.

Простейшими и наиболее часто встречающимися на практике ПАВ с вертикальной поляризацией явл.



Схематич. изображение поверхностных волн разл. типа. Сплошной штриховкой обозначены тв. среды, преры­вистой — жидкость; х — направление распространения волны; u, v и w — компоненты смещения ч-ц в данной среде; кривые изображают примерный ход изменения амплитуды смещений с удалением (ft границы раздела сред.

а — Рэлея волна на свободной границе тв. тела; б — затухающая волна типа рэлеевской на границе тв. тело — жидкость; наклон­ные линии в жидкой среде изображают волновые фронты отходящих волн, толщи­на линий пропорциональна амплитуде смещений; в — незатухающая поверхност­ная волна на границе тв. тело — жидкость; г —волна Стоунли на границе раздела двух тв. сред; 9 — волна Лява на границе тв. полупространство — тв. слой.


Рэлея волны, распространяющиеся вдоль границы тв. тела с вакуумом или достаточно разрежённой газовой средой (рис., а). Фазовая скорость волн Рэлея c_R0,9c_t, где c_t— фазо­вая скорость плоской поперечной вол­ны. Если тв. тело граничит с жид­костью и скорость звука в жидкости c_жR в тв^. теле, то на границе воз­можно распространение затухающей волны рэлеевского типа (рис., б) с фа­зовой скоростью, на неск. % меньшей c_R. Помимо затухающей ПАВ на границе жидкости и тв. тела всегда существует незатухающая ПАВ с вертикальной поляризацией, бегущая вдоль границы с фазовой скоростью, меньшей c_ж и скоростей продольных с_l и поперечных c_t волн в тв. теле (рис., в).

Вдоль границы двух тв. сред, плот­ности и модули упругости к-рых не сильно различаются, может распро­страняться ПАВ Стоунли, состоящая как бы из двух рэлеевских волн (по одной в каждой среде — рис., г). Фазовая скорость волн Стоунли мень­ше с_l и c_t в обеих граничных средах.

Кроме ПАВ рэлеевского типа, существуют волны с горизонтальной поляризацией (волны Лява), к-рые мо­гут распространяться на границе тв. полупространства с тв. слоем (рис., д).

Это волны чисто поперечные. Их фазо­вая скорость заключена в пределах между фазовыми скоростями попереч­ных волн в слое и полупространстве. Волны Лява распространяются с дис­персией; при малых толщинах слоя их фазовая скорость стремится к скорости с_t в полупространстве.

На границах кристаллов могут су­ществовать все те же типы ПАВ, что и в изотропных тв. телах, только дви­жение ч-ц в волнах усложняется. Так, на нек-рых плоскостях кристаллов, обладающих пьезоэлектрич. свойства­ми, волны Лява подобно волнам Рэ­лея могут существовать на свободной поверхности (без тв. слоя); это т. н. э л е к т р о з в у к о в ы е в о л н ы. Наряду с обычными волнами Рэлея, в нек-рых образцах кристаллов вдоль свободной границы может распространяться затухающая волна, излучаю­щая энергию в глубь кристалла (псевдорэлеевская волна). Наконец, в пьезополупроводниковом кристалле воз­можно вз-ствие ПАВ с эл-нами про­водимости, приводящее к усилению этих волн.

На свободной поверхности жидкости упругие ПАВ существовать не могут, но на частотах УЗ диапазона и ниже там могут возникать поверхност­ные волны, в к-рых определяющими явл. не упругие силы, а поверхностное натяжение (т. н. к а п и л л я р н ы е в о л н ы). См. также Волны на по­верхности жидкости.

ПАВ ультра- и гнперзвукового диа­пазонов широко используются в тех­нике для всестороннего неразрушаю­щего контроля поверхности и поверх­ностного слоя образца, для создания микроэлектронных схем обработки электрич. сигналов в акустоэлектронике и т. д.

• Викторов И. А., Звуковые поверх­ностные волны в твердых телах, М., 1981.

И. А. Викторов.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОЛНЫ электро­магнитные, волны, распространяющие­ся вдоль нек-рой поверхности и имею­щие распределение полей E, Н, доста­точно быстро убывающее при удале­нии от неё в одну (односторонняя

552


П. в.) или обе (истинная П. в.) сто­роны. Односторонняя Ц. в. возникает, напр., на границе раздела двух сред с диэлектрич. проницаемостями ₁ и ₂ при падении плоской волны из среды с большей диэлектрич. прони­цаемостью под углом, превышающим угол полного внутреннего отражения. Истинная П. в. может существовать на границе плазма — диэлектрик (в частности, плазма — вакуум).

• Вайнштейн Л. А., Электромагнит­ные волны, М., 1957; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Электродинамика сплош­ных сред, М., 1959.

И. Г. Кондратьев.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ПО­ЛУПРОВОДНИКОВ, свойства, обус­ловленные поведением носителей заря­да (электронов и дырок) вблизи гра­ницы раздела полупроводника с др. средой. На поверхности существуют поверхностные состояния носителей, плотность к-рых (число состояний, приходящихся на единичный интервал энергии и на единицу площади поверх­ности) для разл. полупроводников порядка 10¹⁰—10¹⁴ эВ^-1•см^-1. Заполнение этих состояний носителями (они «прилипают» к поверхности) создаёт поверхностный заряд, а в области око­ло поверхности возникает объёмный заряд противоположного знака. Т. о. образуются приповерхностные слои, обогащённые или обеднённые носите­лями, и между «поверхностью» и «объёмом» возникает разность потенци­алов — поверхностный потенциал _s (поверхностный изгиб энергетич. зон). Величина _s определяет изменение рав­новесных концентраций носителей на поверхности по сравнению с объёмом. Типичные значения _s~0,1 В. Вблизи поверхности носители испытывают до­полнительное по сравнению с объёмом рассеяние (поверхностные дефекты, фононы, поля дефектов от пограничной среды и т. п.), характеризуемое по­верхностной подвижностью носителей тока. Участие поверхностных состоя­ний в неравновесных процессах гене­рации и рекомбинации носителей опи­сывается поверхностными сечениями их захвата и выброса. Это св-во можно характеризовать скоростью поверх­ностной рекомбинации неравновесных носителей. Термоэлектронная эмиссия полупроводника и электрич. св-ва кон­такта полупроводника с др. средой за­висят от их работы выхода и энергии сродства к электрону. • Новое в исследовании поверхности твер­дого тела, пер. с англ., в. 2, М., 1977.

В. Б. Сандомирский.