От лат evaporo испаряю и греч grapho пи­шу), метод получения изображений объектов в их собственном (обычно ик) тепловом излучении. Предложен нем

Вид материала

Документы

Содержание Электроны проводимости Больцмана статистикой. Твёрдое тело. Штарка эффект) В. А. Замков. U, к-рая определяет напряжённость электрич. поля E Т различен у разных в-в. У металлов за­висимость (Т) Элек­трические разряды в газах, Плазма) Е энергия, приобретаемая ч-цей в этом поле в промежутке между столкнове­ниями, равная еЕl Электророждение частиц Электрослабое взаимодейст­вие Гаусса теорема. Электростатическая индукция Электростатические линзы Электростатический измери­тельный механизм Электростатическое поле V/V—относительная объёмная деформация, А=(/2)d(д/дd) И. С. Желудев. Электрохимический потен­циал Элементарная длина ... Полное содержание

Подобный материал:

• Реферат по русскому языку на тему: «Типы словарей», 284.65kb.
• Метод распознавания изображений гистологических препаратов в задачах медицинской диагностики, 31.25kb.
• Конспект лекций для 16-и часового курса начертальная геометрия издание 2-ое, 578.52kb.
• Обработка и передача изображений, 243.48kb.
• Социоло́гия (от лат socius общественный; др греч. λόγος мысль, причина) наука о закономерностях, 85.75kb.
• Isbn 5-7262-0634 нейроинформатика 2006, 165.42kb.
• М. В. Лычагин Зав кафедрой д э. н., профессор, 986.65kb.
• Предложен метод неразрушающего акустического контроля многофазных макрооднородных композитных, 14.58kb.
• От греч autos -сам, bios жизнь, grapho пишу, лит прозаический жанр; как правило, последовательное, 2051.5kb.
• М. В. Корытова научный руководитель Р. Т. Файзуллин, д т. н., профессор Омский государственный, 26.14kb.

ЭЛЕКТРОНЫ ПРОВОДИМОСТИ, электроны металлов и полупроводни­ков, упорядоченное движение к-рых обусловливает электропроводность. В конденсиров. средах часть эл-нов (как правило, валентные) отрывается от своих атомов (делокализируется). Области разрешённых значений энер­гии— разрешённые зоны — делокализов. эл-на чередуются с запрещённы­ми зонами. Э. п.— эл-ны частично за­полненных разрешённых зон (зон про­водимости; см. Твёрдое тело). В полу­проводниках Э. п. появляются только при нек-ром возбуждении (достаточ­но высокой темп-ре, освещении, внед­рении примесей и т. п.). В металлах Э. п. есть всегда; при Т=0 К они за­нимают все состояния с энергией, меньшей Ферми энергии. В кристалле состояние Э. п. напоминает состояние свободного эл-на. В частности, оно характеризуется определ. квазиим­пульсом р, аналогичным импульсу свободного эл-на. Внутри разрешён­ной зоны энергия В эл-на в кристал­ле — сложная периодич. ф-ция р.

Св-ва Э. п. удобно описывать в тер­минах кинетич. теории газов. В ПП, когда Э. п. относительно мало, газ Э. п. хорошо описывается Больцмана статистикой. В металлах Э. п. об­разуют вырожденный ферми-газ при всех темп-рах (см. Вырожденный газ). Для описания вз-ствий между Э. п. используют теорию ферми-жидкости.

• См. лит. при ст. Твёрдое тело.

Э. М. Эпштейн.

ЭЛЕКТРООПТИКА, раздел оптики, в к-ром изучаются изменения оптич. свойств среды под действием элек­трич. поля и вызванные этими изме­нениями особенности вз-ствия опти­ческого излучения (света) со средой, помещённой в поле. Наложение элек­трич. поля на свободные атомы или др. квантованные системы приводит к снятию вырождения и расщеплению энергетических уровней, пропорцио­нальному квадрату напряжённости поля или (в более сильных полях) его первой степени. В результате это-

892


то линии испускания и поглощения распадаются на ряд компонент, отли­чающихся не только частотой, но и поляризацией (см. Штарка эффект); несовпадение поглощений для разл. поляризаций света приводит к наве­дённому полем дихроизму. Кроме того, поскольку каждой линии поглощения соответствует своя дисперсионная кри­вая, несовпадение последних для разл. поляризаций света связано с анизо­тропией электронной поляризуемос­ти и проявляется в малоинерционном (10^-13—10^-14 с) наведённом элек­трич. полем двулучепреломлении сре­ды (электрический Керра эффект, Поккельса эффект).

Другой механизм влияния электрич. поля на оптич. свойства в-ва связан с определённой ориентацией в поле молекул, обладающих постоянным дипольным моментом, или анизотропи­ей поляризуемости. В результате у первоначально изотропного ансамбля молекул появляются св-ва одноосного кристалла. Характерное время ориентационных процессов колеблется от 10^-11—10^-12 с для газов и чистых жидкостей до 10^-2 с и больше для коллоидных растворов, молекул, аэро­золей и т. п. Особенно сильно вы­ражен ориентационный эффект в жидких кристаллах (время релаксации ~10^-8с). В тв. телах при наложении электрич. поля наблюда­ется появление оптической анизо­тропии, обусловленной установлением различий в средних расстояниях меж­ду ч-цами решётки вдоль и поперёк поля (стрикционный эффект). Как ориентационный, так и стрикционный эффекты не только дают существ. вклад в эффект Керра, но и приводят к изменению интенсивнос­ти и деполяризации рассеянного света под влиянием электрич. поля (т. н. дитиндализм).

Появление лазеров привело к на­блюдению в электрич. полях оптич. частоты многих электрооптич. эф­фектов, известных ранее для пост. поля (напр., оптич. Щтарка и Керра эффекты, оптич. стрикци­онный эффект и др.), а также к наблюдению новых явлений Э., свя­занных с изменением поляризуемости атомов и молекул при их возбуждении. К их числу относится явление обра­зования фазовых дифракц. решёток в интерференц. поле интенсивных ко­герентных световых потоков. Харак­терной особенностью электрооптич. яв­лений в полях оптич. частоты явля­ется их резонансный характер.

Электрооптич. явления широко при­меняются для создания устройств уп­равления оптич. излучением (модуля­торы, дефлекторы, оптич. фазовые ре­шётки и др.) и оптич. индикаторов {жидкокрист. дисплеи, цифровые ин­дикаторы и др.), для регистрации напряжённости поля, напр. в плазме по эффекту Штарка, а также для ис­следования строения в-ва, внутримол. процессов, явлений в растворах

и кристаллах и т. п. Большую роль электрооптич. явления играют в нели­нейной оптике (см. Самофокусировка света).

• Блинов Л. М., Электро- и магнито­оптика жидких кристаллов, М., 1978; К е л и х С., Молекулярная нелинейная оп­тика, пер. с польск., М., 1981.

В. А. Замков.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ (электри­ческая проводимость, проводимость),

способность тела пропускать элек­трич. ток под воздействием электрич. поля, а также физ. величина, коли­чественно характеризующая эту спо­собность. Проводники всегда содер­жат свободные (или квазисвободные) носители заряда — эл-ны, ионы, на­правленное (упорядоченное) движе­ние к-рых и есть электрич. ток. Э. большинства проводников (металлов, ПП, плазмы) обусловлена наличием в них свободных эл-нов (в плазме не­большой вклад в Э. вносят также ионы). Ионная Э. свойственна электро­литам.

Сила электрич. тока I зависит от приложенной к проводнику разнос­ти потенциалов U, к-рая определяет напряжённость электрич. поля E внутри проводника. Для изотропного проводника пост. сечения Е= -U/L, где L — длина проводника. Плот­ность тока j зависит от значения Е в данной точке и в изотропных про­водниках совпадает с E по направле­нию. Эта зависимость выражается Ома законом: j=E; постоянный (не зависящий от E) коэфф.  и наз. Э. или удельной Э. Величина, обратная о, наз. удельным электрич. сопро­тивлением: =1/. Для проводников разной природы значения  (и ) существенно различны. В общем слу­чае зависимость j от E нелинейна и  зависит от IS; в этом случае вводят дифф. Э. =dj/dE. Э. измеряют в единицах (Ом•см)^-1 или (в СИ) в (Ом•м)^-1.

В анизотропных средах, напр. в монокристаллах, а — тензор второго ранга, и Э. для разных направлений в кристалле может быть различной, что приводит к неколлинеарности Е и j.

В зависимости от а все в-ва делятся на проводники: >10⁶ (Ом•м)^-1, ди­электрики: <10^-8 (Ом•м)^-1 и ПП с промежуточными значениями а. Это деление в значит. мере условно, т. к. Э. меняется в широких преде­лах при изменении состояния в-ва. Э. зависит от темп-ры, структуры в-ва (агрегатного состояния, дефектов и пр.) и от внеш. воздействий (магн. поля, облучения, напряжённости элек­трич, поля и т. п.).

Мерой «свободы» носителей заряда в проводнике служит отношение ср. времени свободного пробега (т) к характерному времени столкновения (t_ст)^: /t_ст>>1; чем больше это отноше­ние, тем с большей точностью можно считать ч-цы свободными. Методы молекулярно-кинетич. теории газов позволяют выразить  через концен­трацию (n) свободных носителей заряда, их заряд (е) и массу (m) и время свободного пробега:

=ne²/m=ne,

где  — подвижность ч-цы (см. Под­вижность носителей тока), равная v_cр/E=e/m, v_cp — ср. скорость направл. движения (т. н. дрейфовая скорость). Если ток обус­ловлен i заряж. ч-цами разного сорта, то =_in_ie_i_i. Подвижность эл-нов (вследствие их малой массы) настоль­ко больше ионной, что ионная Э. су­щественна только в случае, когда свободные эл-ны практически отсутст­вуют. Перенос массы под воздейст­вием тока, напротив, связан с движе­нием ионов.

Хар-р зависимости Э. от темп-ры Т различен у разных в-в. У металлов за­висимость (Т) определяется в осн. уменьшением времени свободного пробега эл-нов с ростом темп-ры Т: увеличение темп-ры приводит к воз­растанию тепловых колебаний крист. решётки, на к-рых рассеиваются эл-ны, и  уменьшается (на квант. языке говорят о столкновении эл-нов с фононами). При достаточно высоких темп-рах, превышающих Дебая тем­пературу 6д, Э. металлов обратно пропорц. темп-ре: ~1/T; при T<<_Д ~7'^-5, однако ограничена оста­точным сопротивлением (см. Метал­лы). Нек-рые металлы, сплавы и ПП при понижении Т до неск. К перехо­дят в сверхпроводящее состояние с бесконечно большой проводимостью (см. Сверхпроводимость). Э. расплав­ленных металлов того же порядка, что и Э. этих металлов в тв. состоя­нии.

В ПП  резко возрастает при повы­шении темп-ры за счёт увеличения числа эл-нов проводимости и поло­жит. носителей заряда — дырок (см. Полупроводники). Диэлектрики имеют заметную Э. лишь при очень высоких электрич. напряжениях: при нек-ром (большом) значении Е происходит пробой диэлектриков.

Прохождение тока через частично или полностью ионизов. газы (плазму) обладает своей спецификой (см. Элек­трические разряды в газах, Плазма); напр., в полностью ионизованной плазме Э. не зависит от плотности и возрастает с ростом темп-ры пропорц. Т^3/2, достигая Э. хороших металлов. Об Э. жидкостей см. Электролиты, Электролиз.

Отклонение от закона Ома в пост. поле Е наступает, если с ростом Е энергия, приобретаемая ч-цей в этом поле в промежутке между столкнове­ниями, равная еЕl (где l — ср. длина свободного пробега), становится по­рядка или больше kT. В металлах условию eEl>>kT удовлетворить трудно, а в ПП, электролитах и осо­бенно в плазме явления в сильных электрич. полях весьма существенны.

893


В перем. эл.-магн. поле а зависит от частоты  и от длины волны  электрич. поля (временная и пространств. дисперсии, проявляющиеся при ^-1, l). Характерное св-во хо­роших проводников в том, что даже при <<^-1 ток сконцентрирован вблизи поверхности проводника (скин-эффект) .

Измерение Э.— один из важных методов исследования материалов, в частности для металлов и ПП — их чистоты. Кроме того, измерение Э. позволяет выяснить динамику носи­телей заряда в макроскопич. теле, хар-р их вз-ствия (столкновений) друг с другом и с др. объектами в теле.

Э. металлов и ПП существенно за­висит от величины магн. поля, осо­бенно при низких темп-рах (см. Галь­ваномагнитные явления).

М. И. Каганов.

ЭЛЕКТРОРОЖДЕНИЕ ЧАСТИЦ, про­цесс рождения ч-ц на нуклонах и ат. ядрах под действием заряж. лептонов (эл-нов, позитронов и мюонов), в к-ром ч-цы образуются (в отличие от фоторождения частиц) вирту­альными фотонами, испускаемыми лептонами.

ЭЛЕКТРОСЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТ­ВИЕ, объединённая калибровочная теория эл.-магн. и слабого вз-ствий. См. Слабое взаимодействие.

ЭЛЕКТРОСТАТИКА, раздел элек­тродинамики, в к-ром изучается вз-ствие неподвижных электрич. за­рядов (электростатич. вз-ствие). Такое вз-ствие осуществляется посредством электростатического поля. Осн. за­кон Э.— Кулона закон.

Источниками электростатич. поля явл. электрич. заряды. Этот факт выражает Гаусса теорема. Электро­статич. поле потенциально, т. е. работа сил, действующих на заряд со стороны электростатич. поля, не за­висит от формы пути.

Электростатич. поле удовлетворя­ет ур-ниям:

divD=4, rotE=0,

где I) — вектор электрич. индукции, Е — напряжённость электрич. поля,  — плотность свободных электрич. зарядов. Первое ур-ние представляет собой дифф. форму теоремы Гаусса, а второе выражает потенц. хар-р электростатич. сил поля. Эти ур-ния можно получить как частный случай Максвелла уравнений.

Типичные задачи Э.— нахождение распределения зарядов на поверх­ностях проводников по известным полным зарядам или потенциалам электростатическим каждого из них, а также вычисление энергии системы проводников по их зарядам и потен­циалам.

• Т а м м И. Е., Основы теории электри­чества, 9 изд., М., 1976; Калашни­ков С. Г., Электричество, 4 изд., М., 1977 (Общий курс физики).

Г. Я. Мякишев.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИЯ, наведение электрич. заряда в проводниках или диэлектриках, по­мещённых в пост. электрич. поле.

В проводниках квазисвобод­ные эл-ны перемещаются под дейст­вием внеш. электрич. поля до тех пор, пока заряд не перераспределится так, что создаваемое им электрич. поле внутри проводника полностью ском­пенсирует внеш. поле и суммарное поле внутри проводника станет рав­ным нулю. В результате на отд. участ­ках поверхности проводника (в це­лом нейтрального) образуются рав­ные по величине наведённые (инду­цированные) заряды противополож­ного знака.

Диэлектрики в пост. элек­трич. поле поляризуются: происхо­дит либо нек-рое смещение положит. и отрицат. зарядов внутри атомов (мо­лекул), что приводит к образованию электрич. диполей (см. Поляризуе­мость), либо частичная ориентация молекул, обладающих электрич. мо­ментом, в направлении поля. В обоих случаях электрич. дипольный мо­мент диэлектрика становится отлич­ным от нуля, а на поверхности диэ­лектрика появляются связ. заряды. Если поляризация неоднородная, то связ. заряды появляются и внутри диэлектрика. Поляризованный ди­электрик порождает электростатич. поле, направленное против внеш. поля и ослабляющее его (см. Диэлектрики).

Г. Я. Мякишев.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ЛИНЗЫ, см. Электронные линзы.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРА­ТОР, устройство, в к-ром высокое пост. напряжение создаётся при помо­щи механич. переноса электрич. за­рядов. Различают Э. г. с диэлектрич. транспортёром зарядов и с транспор­тёром, состоящим из металлич. ци­линдров или стержней, разделённых изоляторами (транспортёр с проводя­щими зарядоносителями). Диэлект­рич. транспортёры могут быть выпол­нены в виде жёсткого цилиндра или диска (роторные Э. г.) либо в виде гибкой ленты (генерато­ры Ван-де-Граафа). УЭ. г. с диэлектрич. транспортёром (рис. 1) заряд непрерывно стекает на него со щётки или пластинки и переносится внутрь полого высоковольтного элек­трода Э, где заряд стекает на этот элек­трод. Переносимый транспортёром ток равен: I= bv, где  — поверхностная плотность заряда, b — ширина тран­спортёра, v — его линейная скорость. Если у высоковольтного электрода на транспортёр наносятся заряды об­ратной полярности, переносимый ток увеличивается вдвое. Плотность за­рядов а ограничена возникновением поверхностных электрич. разрядов и обычно составляет (3—4) •10^-9 Кл/см² при токе I<1 мА.

У транспортёра с проводящими за­рядоносителями заряды наносятся на их поверхность методом электростатич. индукции и пе­редаются высоко­вольтному электроду дискр. порциями.



Рис. 1. Схема электро­статич. генератора с диэлектрич. транспортё­ром зарядов: Т — транс­портёр ширины b; Щ — устройства (щётки и острия) для нанесения и съёма зарядов; Э — вы­соковольтный электрод.


Пе­реносимый транспор­тёром ток равен: I=qN, где q — за­ряд зарядоносителей, N — число зарядоносителей, касающихся высоковольт­ного электрода за 1 с. Транспортёр из цилиндров (п е л л е т р о н) пе­редаёт ток ~ 0,1 мА, транспортёр из стержней (л а д д е т р о н) — до 0,5 мА при скорости перемещения но­сителей ~10 м/с. Возможно парал­лельное включение неск. транспор­тёров.

Напряжение на выходе Э. г. про­порц. сопротивлению нагрузки и току транспортёра I. Регулировать и ста­билизировать его можно, изменяя ток в цепи нагрузки или плотность  наносимых на транспортёр зарядов. В первом случае постоянная времени регулятора составляет неск. мс, во втором — десятые доли с. Э. г. име­ют малую запасённую энергию W= CU ² (С — ёмкость высоковольтного



894


электрода, U — напряжение генера­тора), а также невысокий кпд (15—20% из-за больших аэродинамич. по­терь). У Э. г. с гибким транспортёром ток нагрузки обычно не превышает долей мА, а у роторных Э. г. —10 мА.

Первые Э. г. (Р. Дж. Ван-де-Грааф, 1931) имели открытую конструкцию, и у большинства из них напряжение не превышало 1 MB. В дальнейшем секционированные высоковольтные конструкции (рис. 2) и изоляция из сжатых газов позволили повысить напряжение до неск. MB. Созданы Э. г. типа пеллетрон и ладдетрон на напряжение 15—20 MB с изоляцией из элегаза (SF₆).

Э. г. используются гл. обр. в высо­ковольтных ускорителях заряж. ч-ц, а также в слаботочной высоковольт­ной технике.

• К о м а р Е. Г., Основы ускорительной техники, М., 1975; Электростатические уско­рители заряженных частиц, М., 1963.

М. П. Свиньин.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИ­ТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ, изме­рит. преобразователь электрич. на­пряжения в механич. перемещение на основе вз-ствия двух (или более) за­ряж. проводников, один из к-рых явл. подвижным.

Различают два осн. типа Э. и. м.— с изменяющейся активной площадью проводников и с изменяющимся рас­стоянием между проводниками. Пер­вый тип Э. и. м. применяется в осн. в вольтметрах низких напряжений (до сотен В) и представляет собой ряд неподвижных камер (рис.) — их чис­ло определяет чувствительность ме­ханизма — и подвижных пластин.




Устройство электростатич. измерит. меха­низма с изменяющейся активной площадью проводников: 1 — неподвижные камеры; 2 — подвижные пластины; 4 — указатель (стрелка), расположенный на одной оси 3 с подвижными пластинами. Устройство, соз­дающее противодействующий механич. мо­мент, не показано.


При создании разности потенциалов между камерами и пластинами они заряжа­ются противоположными зарядами, и пластины втягиваются в камеры. Про­тиводействующий момент создаётся пружинами. В Э. и. м. второй группы, применяемых в вольтметрах для изме­рения напряжений до неск. десятков кВ, подвижная пластина располага­ется между неподвижными пластина­ми, с одной из к-рых соединена про­водником. Электростатич. силы вз-ст­вия перемещают подвижную пласти­ну. Противодействующее усилие создаётся за счёт веса подвижной плас­тины, поэтому механизм чувствителен к наклонам.

Э. и. м. нечувствителен к частоте измеряемого напряжения и большин­ству внеш. влияний, за исключением электростатич. полей, от к-рых его тщательно экранируют. Осн. область применения — вольтметры для изме­рения напряжений в маломощных и высоковольтных цепях пост. и перем. тока. Верхний предел измерений — до 100 кВ, диапазон частот — до 20 МГц. Для расширения диапазона из­мерений пользуются ёмкостными дели­телями и измерит. усилителями.

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

В. П. Кузнецов.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, электрич. поле неподвижных элек­трич. зарядов, осуществляющее вз-ствие между ними. Как и перем. электрич. поле, Э. п. характеризует­ся напряжённостью электрич. поля К — отношением силы, действующей со стороны поля на заряд, к величине заряда. Силовые линии напряжённос­ти Э. п. не замкнуты: они начинаются на положит. зарядах и оканчиваются на отрицательных (или уходят на бесконечность). В диэлектриках Э. п. характеризуется вектором электрич. индукции D, к-рый удовлетворяет Гаусса теореме. Э. п. потенциально, т. е. работа его по перемещению элек­трич. заряда между двумя точками не зависит от формы траектории; на замкнутом пути она равна нулю. Вследствие потенциальности Э. п. его можно характеризовать одной скалярной ф-цией — электростатич. потенциалом , связанным с вектором Е соотношением: Е=-grad. По­тенциал  удовлетворяет Пуассона уравнению. В однородном диэлектри­ке Э. п. вследствие поляризации ди­электрика убывает в 8 раз, где  — диэлектрическая проницаемость. Внут­ри проводников Э. п. равно нулю. Все точки поверхности проводника имеют один и тот же потенциал . Если в проводнике есть полость, то Э. п. в ней также равно нулю; на этом ос­нована электростатич. защита элек­трич. приборов.

ЭЛЕКТРОСТРИКЦИЯ, деформация диэлектриков, пропорц. квадрату на­пряжённости электрич. поля Е². Э. обусловлена поляризацией диэлектри­ков в электрич. поле и есть у всех диэлектриков — тв., жидких и газо­образных. Э. следует отличать от ли­нейного по полю Е обратного пьезоэффекта (см. Пьезоэлектрики).

В изотропных средах, в т. ч. в га­зах и в жидкостях, Э. наблюдается как изменение плотности под дейст­вием электрич. поля и описывается ф-лой:

V/V =AE², (1)

где  V/V—относительная объёмная деформация, А=(/2)d(д/дd) ( — сжимаемость, d — плотность,  — ди­электрич. проницаемость). Для ор­ганич. жидкостей (ксилол, толуол, нитробензол) A~10^-12 ед. СГСЭ. В анизотропных кристаллах Э. мож­но описать зависимостью между дву­мя тензорами 2-го ранга — тензором квадрата напряжённости электрич. по­ля и тензором деформации:

r_ij=_m_nR_ijmnE_mE_n. (2)

Здесь r_ij— компонента тензора де­формации, E _mE_n — составляющие электрич. поля. Коэфф. R_ij наз. коэфф. Э. Число независимых коэфф. Э. зависит от симметрии кристал­лов. Напр., для триклинных кристал­лов тензоры Э. имеют 36 независимых коэфф. Величина R_ij~10^-14—10^-10 ед. СГСЭ. В поле E~300 В•см r_ij~10^-6.

Иногда говорят о большой Э. у сегнетоэлектрикое. В действительности это обратный пьезоэффект, однако в сегнетоэлектрике, в к-ром объёмы раз­лично поляризованных доменов одина­ковы, деформация не зависит от на­правления поля. Под действием пе­рем. электрич. поля частоты  диэлект­рик в результате Э. колеблется с частотой 2 со (характерно для всех квадратичных эффектов). Э. может быть использована для преобразова­ния электрич. колебаний в звуко­вые.

• Желудев И. С., Фотченков А. А., Электрострикция линейных диэлектриков, «Кристаллография», 1958, т. 3, в. 3, с. 308; Иона Ф., Ширане Д., Сегнетоэлектрические кристаллы, пер. с англ., М., 1965; Желудев И. С., Основы сегнетоэлектричества. М., 1973.

И. С. Желудев.

ЭЛЕКТРОХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, люминесценция специальных жидких люминофоров в электрич. поле, к-рая происходит в неск. этапов: под дейст­вием электрич. поля молекулы элект­ролита в р-ре диссоциируют, затем, при их рекомбинации, выделяется хим. энергия, к-рая идёт на возбуждение молекул активатора, присутствующего в растворе; возбуждённые молекулы активатора, возвращаясь в осн. сос­тояние, испускают квант света. Э. может быть использована для созда­ния индикаторных устройств: при возбуждении люминофора перем. электрич. полем свечение сосредото­чено вблизи электрода; применяя электроды спец. формы, можно созда­вать, т. о., светящиеся цифры, буквы

и т. д.

М. В. Фок.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕН­ЦИАЛ, аналог химического потенци­ала для систем, содержащих заряж. ч-цы (ионы, эл-ны, дырки); характе­ризует состояние к.-л. заряж. ком­понента г в фазе а при определ. внеш. условиях (темп-ре, давлении, хим. со­ставе фазы и электрич. поле). По опре­делению, Э. п. ^-_i=(дG/дn_i)_{Т, p,nji},

где G — значение Гиббса энергии, учи­тывающее наличие электрич. поля в

895


фазе , n_i —число молей компонен­та i в этой фазе. Э. п. можно опреде­лить также как умноженную на Аеогадро постоянную работу переноса заряж. ч-цы i из бесконечно удалён­ной точки с нулевым потенциалом внутрь фазы а. Во мн. случаях Э. п. формально разбивают на два слагае­мых, характеризующих хим. и элек­трич. составляющие такой работы: ^~_i ^~_i+z_iF^, где ^_i — хим. потен­циал ч-цы в фазе , z_i заряд ч-цы с учётом знака, F — Фарадея постоян­ная, ^ — электрический потенциал.

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ДЛИНА, то же, что фундаментальная длина.

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЯЧЕЙКА крис­талла, часть ат. структуры кристалла, параллельными переносами к-рой (трансляциями) в трёх измерениях можно построить всю крист. решётку. Э. я. имеет форму параллелепипеда, выбор её определяется симметрией кристаллов. См. Кристаллическая ре­шётка.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ, см. в ст. Квазичастицы.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ.

Введение. Э. ч. в точном значении это­го термина — первичные, далее не­разложимые ч-цы, из к-рых, по пред­положению, состоит вся материя. В совр. физике термин «Э. ч.» обычно употребляется не в своём точном зна­чении, а менее строго — для наимено­вания большой группы мельчайших ч-ц материи, подчинённых условию, что они не явл. атомами или ат. яд­рами (исключение составляет про­тон). В эту группу помимо протона входят: нейтрон, электрон, фотон, а также пи-мезоны, мюоны, тяжёлые лептоны (), нейтрино трёх типов (электронное, мюонное и -нейтрино), странные частицы (К-мезоны, гиперо­ны), разнообразные резонансы, мезоны со скрытым «очарованием» (J/,' и др.), «очарованные» частицы, ипсилон-час­тицы (), «красивые» ч-цы, проме­жуточные векторные бозоны (W ,Z°) — всего более 350 ч-ц, в осн. нестабиль­ных. Их число продолжает расти (и, скорее всего, неограниченно велико). Большинство перечисл. ч-ц не удовлет­воряет строгому определению элемен­тарности, поскольку, по совр. пред­ставлениям, они (в частности, протон и нейтрон) явл. составными системами (см. ниже). Общее св-во всех этих ч-ц заключается в том, что они явл. спе­цифич. формами существования мате­рии, не ассоциированной в ядра и ато­мы (иногда по этой причине их наз. «субъядерными ч-цами»).

В соответствии со сложившейся практикой термин «Э. ч.» употребля­ется ниже в кач-ве общего назв. субъ­ядерных ч-ц. При обсуждении ч-ц, претендующих на роль первичных элементов материи, будет использо­ваться термин «истинно Э. ч.».

Краткие исторические сведения.

Открытие Э. ч. явилось закономер­ным результатом общих успехов в изучении строения в-ва, достигнутых физикой к кон. 19 в. Первой открытой Э. ч. был эл-н — носитель отрицат. электрич. заряда в атомах (англ. физик Дж. Дж. Томсон, 1897). В 1919 англ. физик Э. Резерфорд об­наружил среди ч-ц, выбитых из ат. ядер, протоны — ч-цы с единичным положит. зарядом и массой, в 1840 раз превышающей массу эл-на. Дру­гая ч-ца, входящая в состав ядра,— нейтрон — была открыта в 1932 англ. физиком Дж. Чедвиком. Пред­ставление о фотоне как ч-це берёт своё начало с работы нем. физика М. Планка (1900), выдвинувшего предположение о квантованности энергии эл.-магн. излучения абсолют­но чёрного тела. В развитие идеи Планка А. Эйнштейн (1905) постули­ровал, что эл.-магн. излучение явл. потоком отд. квантов (фотонов), и на этой основе объяснил закономер­ности фотоэффекта. Прямые эксперим. доказательства существова­ния фотона были даны амер. физика­ми Р. Милликеном (1912—15) и A. Комптоном (1922; см. Комптона эффект). Существование нейтрино как особой Э. ч. впервые предположено B. Паули (1930); экспериментально электронное нейтрино открыто лишь в 1953 (амер. физики Ф. Райнес, К. Коуэн). Позитрон — ч-ца с мас­сой эл-на, но с положит. электрич. зарядом, была обнаружена в составе косм. лучей амер. физиком К. Ан­дерсоном в 1932. Позитрон был пер­вой открытой античастицей (см. ни­же). В 1936 Андерсон и С. Неддермейер (США) обнаружили при иссле­довании косм. лучей мюоны (обоих знаков электрич. заряда) — ч-цы с массой ок. 200 масс эл-на, а в осталь­ном удивительно близкие по св-вам к е^- и е⁺ . В 1947 также в косм. лу­чах группой англ. физика С. Пауэлла были открыты ⁺- и ^--мезоны. Су­ществование подобных ч-ц было пред­положено япон. физиком X. Юкавой в 1935. В кон. 40-х— нач. 50-х гг. была открыта большая группа ч-ц с необычными св-вами, получивших назв. «странных». Первые ч-цы этой группы— К⁺- и К ^--мезоны, -гипероны — были обнаружены в косм. лучах. Последующие открытия стран­ных ч-ц были сделаны с помощью ус­корителей заряж. ч-ц. С нач. 50-х гг. ускорители превратились в осн. инструмент для исследования Э. ч. Были открыты антипротон (1955), антинейтрон (1956), антисигма-ги­пероны (1960), а в 1964 — самый тя­жёлый гиперон ^-. В 1960-х гг. на ускорителях было обнаружено боль­шое число крайне неустойчивых (по сравнению с др. нестабильными, точ­нее, квазистабильными, Э. ч.) ч-ц, по­лучивших назв. резонансов, составля­ющих осн. часть Э. ч. В 1962 выясни­лось, что существуют два разных нейтрино: электронное и мюонное. В 1974 были обнаружены массивные (в 3—4 протонные массы) и в то же время относительно устойчивые (по сравнению с обычными резонансами) J/ и '-частицы. Они оказались тесно связанными с новым семейством Э. ч.— «очарованных», первые пред­ставители к-рого (D°, D⁺ , F⁺ , ⁺_c) были открыты в 1976. В 1975 был от­крыт тяжёлый аналог эл-на и мюона — -лептон, в 1977 — -частицы с массой порядка десяти протонных масс, в 1981— «красивые» ч-цы, а в 1983— промежуточные векторные бозоны.

Т. о., за годы, прошедшие после от­крытия эл-на, было выявлено огромное число разнообразных микрочастиц. Мир Э. ч. оказался очень сложно уст­роенным, а их св-ва во мн. отношениях неожиданными.

Основные свойства. Классы вза­имодействий. Все Э. ч. явл. объекта­ми исключительно малых масс и раз­меров. У большинства из них массы имеют порядок величины массы про­тона, равной 1,6•10^-24 г (для ч-ц с ненулевой массой заметно меньше лишь масса эл-на: 0,9•10^-27 г). Раз­меры протона, нейтрона, -мезона и др. адронов порядка 10^-13 см, а эл-на и мюона не определены, но они меньше 10^-16 см. Микроскопич. массы и размеры Э. ч. обусловлива­ют квант. специфику их поведения. Характерные де-бройлевские длины волн Э. ч., как правило, сравнимы или больше их типичных размеров. В соответствии с этим квант. законо­мерности явл. определяющими в пове­дении Э. ч.

Наиболее важное квант. св-во всех Э. ч.— способность рождаться и унич­тожаться (испускаться и поглощать­ся) при вз-ствии с др. ч-цами. В этом отношении они полностью аналогичны фотонам. Все процессы с Э. ч. (вклю­чая распады) протекают через после­довательность актов их поглощения и испускания.

Разл. процессы с Э. ч. при изуч. энергиях заметно отличаются по ин­тенсивности протекания. В соответст­вии с этим вз-ствия Э. ч. феноменоло­гически делят на неск. классов: силь­ное, эл.-магн. и слабое. Кроме того, все Э. ч. обладают гравитац. вз-ст­вием.

Сильное взаимодействие вызывает процессы, протекающие с наибольшей, по сравнению с др. процессами, ин­тенсивностью, и приводит к самой сильной связи Э. ч. Именно оно обус­ловливает связь протонов и нейтро­нов в ядрах атомов.

В основе электромагнитного вза­имодействия лежит связь ч-ц с эл.-магн. полем. Обусловленные им про­цессы менее интенсивны, чем процес­сы сильного вз-ствия, а порождаемая им связь Э. ч. заметно слабее. Эл.-магнитное взаимодействие, в частно­сти, ответственно за связь ат. электро­нов с ядрами и связь атомов в моле­кулах.

896


Слабое взаимодействие вызывает очень медленно протекающие про­цессы с Э. ч., в том числе распады ква­зистабильных Э. ч., времена жизни большинства к-рых лежат в диапазо­не 10^-6—10^-14с.

Гравитац. вз-ствие на характерных для Э. ч. расстояниях ~10^-13 см даст чрезвычайно малые эффекты из-за малости масс Э. ч., но может быть существенным на расстояниях ~10^-33 см (см. ниже).

«Силу» разл. классов вз-ствий Э. ч. можно приближённо охарактеризовать безразмерными параметрами, связан­ными с квадратами констант связи для соответствующих вз-ствий. Для сильного, эл.-магн., слабого и грави­тац. вз-ствий протонов при энергии процесса в системе центра инерции (с. ц. и.) ~1 ГэВ эти параметры соот­носятся как 1:10^-2:10^-10:10^-38. Необходимость указания энергии процесса связана с тем, что для слабого вз-ствия безразмерный параметр зависит от энергии. Кроме того, сами интенсивности разл. процессов по-разному зависят от энергии. Это при­водит к тому, что относит. роль разл. вз-ствий, вообще говоря, меняется с ростом энергии ч-ц, так что разделе­ние вз-ствий на классы, основанное на сравнении интенсивностей процессов, надёжно осуществляется при не слишком высоких энергиях. Разные классы вз-ствий имеют, однако, и др. специфику, связанную с разл. св-вами их симметрии, к-рая способ­ствует их разделению и при более вы­соких энергиях. В пределе самых боль­ших энергий деление вз-ствий Э. ч. на классы, по-видимому, утрачивает физ. смысл (см. «Великое объедине­ние»).

В зависимости от участия в тех или иных видах вз-ствий все изуч. Э. ч., за исключением фотона, разбиваются на две осн. группы: адроны и лептоны. Адроны характеризуются наличием у них сильного вз-ствия наряду с эл.-магн. и слабым, лептоны участвуют только в эл.-магн. и слабом вз-ствиях. (Наличие гравитац. вз-ствия у всех Э. ч., включая фотон, подразумева­ется.)

Характеристики Э. ч. Каждая Э. ч. наряду со спецификой присущих ей вз-ствий описывается набором дискр. значений определ. физ. величин -своими хар-ками (дискр. значения, измеренные в соответствующих ед., обычно образуют совокупность целых или дробных чисел, к-рые наз. квант. числами Э. ч.). Общими хар-ками всех Э. ч. явл. масса т, время жизни т, спин J и электрич. заряд Q.

В зависимости от времени жизни Э. ч. делятся на стабильные, квази­стабильные и нестабильные (резонансы). Стабильными в пределах точности совр. измерений явл. эл-н (>5•10²¹ лет), протон (>10³¹ лет), фотон и нейтрино. К квазистабильным отно­сят ч-цы, распадающиеся за счёт эл.-магн. и слабого вз-ствий; их времена

жизни >10^-20 с. Резонансами наз. Э. ч., распадающиеся за счёт сильного вз-ствия; их характерные времена жизни 10^-22 —10^-24 с. Спин Э. ч. явл. целым или полуцелым кратным по­стоянной Планка п. В этих ед. спин я- и К-мезонов равен 0, у протона, нейтрона и эл-на J=¹/₂, у фотона J=1 и т. д. Существуют ч-цы и с боль­шим спином. Электрич. заряды Э. ч. явл. целыми кратными величины е1,6•10^-19 Кл, наз. элементарным электрическим зарядом. У известных Э. ч. Q=0, ±1, ±2.

Помимо указанных величин, Э. ч. дополнительно характеризуются ещё рядом квант. чисел, к-рые наз. «вну­тренними». Лептоны несут специфич. лептонный заряд (L): электронный L_e, равный +1 для е^- и v_e, мюонный L_, равный +1 для ^- и v_ , и L_ , свя­занный с -лептоном (L_ =+1 для ^-и -1 для ⁺). Для адронов L=0. Адронам с полуцелым спином припи­сывают барионный заряд В(│В│=1). Адроны с B=+1 образуют подгруппу барионое, с В=0 — подгруппу мезо­нов. Для лептонов В=0. Для фотона B=0 и L=0.

Адроны подразделяются на обыч­ные (нестранные) ч-цы (протон, нейт­рон, -мезоны), странные ч-цы, «оча­рованные» и «красивые» ч-цы. Этому делению отвечает наличие у адронов особых квант. чисел: странности S, «очарования» С и «красоты» b. Внутри разных групп адронов имеются се­мейства ч-ц, близких по массе, с очень сходными св-вами по отношению к сильному вз-ствию, но с разл. зна­чениями электрич. заряда. Э. ч., входящие в каждое такое семейство (простейший пример к-рого — про­тон и нейтрон), имеют общее квант. число — изотопический спин I (см. Изотопическая инвариантность), принимающий, как и обычный спин, целые и полуцелые значения. Семей­ства наз. изотопич. мультиплетами. Число ч-ц в мультиплете равно 2I+1; они отличаются друг от друга значе­нием «проекции» изотопич. спина I₃, и соответствующие значения их элект­рич. зарядов даются обобщённой ф-лой Гелл-Мана — Нишиджимы:

Q = I₃ +Y/2,

где Y=B+S+C-b — т. н. гиперзаряд адрона, равный удвоенному ср. за­ряду ч-цы в изотопич. мультиплете. Важная хар-ка адронов — внутр. чёт­ность Р, принимающая значения ±1. Для всех Э. ч. с ненулевыми зна­чениями хотя бы одного из квант. чисел Q, L, В, S, С, b существуют ан­тичастицы с теми же значениями мас­сы, времени жизни, спина и для адронов — изотопич. спина, но с про­тивоположными знаками указанных квант. чисел, а для барионов — с противоположным знаком внутр. чёт­ности. Ч-цы, тождественные своим ан­тичастицам, наз. истинно нейтральными. Истинно нейтр. адроны обладают спец. квант. чис­лом — зарядовой чётностью С со зна­чениями ±1; примеры таких ч-ц — фотон, °, -частицы.

Квант. числа Э. ч. разделяются на точные, т. е. сохраняющиеся во всех процессах, и неточные, к-рые в ряде процессов не сохраняются. Спин J — точное квант. число. На уровне совр. знаний точными явл. и квант. числа Q, В, L, хотя теоретически допустимы нарушения сохранения В и L. Боль­шинство квант. чисел адронов неточ­ные. Изотопич. спин, сохраняясь в сильном вз-ствии, не сохраняется в эл.-магн. и слабом. Странность, «оча­рование», «красота» сохраняются в сильном и эл.-магн. вз-ствиях, но не сохраняются в слабом. Слабое вз-ствие изменяет также внутр. и зарядовую чётности. Причины несохранения квант. чисел адронов неясны и, по-видимому, связаны со структурой эл.-магн. и слабого вз-ствий. Сохранение или несохранение тех или иных квант. чисел — одно из существ. проявлений различий классов вз-ствий Э. ч.

В табл. 1 приведены наиб. хорошо изученные Э. ч. и их квант. числа. Из неё следует, что осн. часть 0. ч.— адроны.

Классификация адронов. Унитар­ная симметрия. Большое число ад­ронов уже в нач. 50-х гг. явилось основанием для поисков закономер­ностей в распределении масс и квант. чисел барионов и мезонов, к-рые могли бы составить основу их клас­сификации. Выделение изотопич. мультиплетов адронов было первым шагом на этом пути. С матем. точки зрения объединение адронов в изо­топич. мультиплеты отражает нали­чие у них симметрии, связанной с группой унитарных преобразований в нек-ром двумерном «внутр. пр-ве» — «изотопич. пр-ве» [с группой SU(2)]. Изотопические мультиплеты суть не­приводимые представления группы SU(2).

Концепция симметрии как фактора, определяющего существование разл. групп и семейств Э. ч., явл. ведущей в совр. теории Э. ч. Наличие «внутр.» квант. чисел, характеризующих эти семейства (таких, как изотопич. спин и др.), отражает существование сим­метрии относительно преобразований в особых, приписываемых Э. ч. «внутренних пр-вах».

Детальное рассмотрение позволило сделать вывод о том, что странные и обычные адроны в совокупности об­разуют более широкие объединения ч-ц с близкими св-вами, чем изотопич. мультиплеты. Они наз. унитарными мультиплетами. Числа входящих в них ч-ц равны 8 (октет) и 40 (декуплет). Ч-цы такого мультиплета име­ют одинаковые спин и внутр. чётность, но различаются значениями не только электрич. заряда (как ч-цы изотопич.

897


мультиплета), но и странности. При­мер унитарных октетов:

мезонов, J^p= 0^-: ⁺, °, ^-, , К⁺,

К°, К^-, К^~°, барионов, J^p = ¹/₂⁺: ⁺ , °, ^-, ,

p, n, ^-, °

и унитарного декуплета барионов: J^p=³/₂⁺ : ₁⁺⁺, ₁+, , ₁^-, *⁺, *°, *^-, *^-, *°, ^-.

Возникновение унитарных мультиплетов истолковывается как проявление существования у адронов группы сим­метрии более широкой, чем SU(2), а именно группы SU(3). Соответст­вующая симметрия получила назв. унитарной симметрии; 8 и 10 — раз­мерности неприводимых представле­ний группы SU(3). Унитарная сим­метрия менее точная, чем изотопиче­ская. В соответствии с этим различие в массах ч-ц, входящих в унитарные мультиплеты, довольно значительно.

Открытие «очарованных» и «краси­вых» адронов позволяет говорить об унитарных сверхмультиплетах и о существовании ещё более широких симметрии, связанных с унитарными группами SU(4) и SU(5), хотя и сильно нарушенных.

Обнаружение у адронов св-в сим­метрии, связанных с унитарными груп­пами, и закономерностей разбиения на мультиплеты, отвечающие строго определ. представлениям этих групп, явилось основой для вывода о суще­ствовании особых структурных еди­ниц, из к-рых построены адроны, — кварков.

Кварковая модель адронов. Тео­рия унитарных групп позволяет по­строить все представления группы SU(n) (и, следовательно, все мульти­плеты адронов), повторяя определ. число раз самое простое представление группы, содержащее n компонент. Допуская наличие ч-ц (кварков), свя­занных с этим простейшим представ­лением, можно заключить, что все адроны явл. комбинациями кварков. Такое допущение было сделано в 1964 (Г. Цвейг и независимо от него М. Гелл-Ман, США). Исходя из SU(3)-симметрии, они предположили нали­чие трёх фундам. ч-ц со спином ¹/₂: u-, d-, s-кварков (совр. обозначения), из к-рых построены адроны. Наблю­даемая размерность унитарных мультиплетов (8 и 10) была воспроизведена при допущении, что мезоны составле­ны из кварка (q) и антикварка (q^~),— символически: М=(qq^~), a барионы из трёх кварков,— символически: В=(qqq). В дальнейшем с учётом новых эксперим. фактов эта модель строе­ния адронов была расширена путём включения в неё ещё двух кварков: «очарованного» (с) и «красивого» (b). Все эксперим. данные хорошо согласуются с предлож. моделью.