Идеальная жидкость

Вид материалаДокументы

Содержание


Излучение плазмы
Измерительная система
Измерительный прибор
Измерительный усилитель
В. П. Кузнецов.
Изображение оптическое
Изомерия атомных ядер
Схемы уровней энергии радиоакт. изотопов
210те образуется то же ядро, но в состоянии с меньшей энергией. Иногда более вероятен бета-распад
Изомерия молекул
В.Г. Дашевский.
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
ИЗЛУЧЕНИЕ ПЛАЗМЫ, см. Плазма.

ИЗМЕРЕНИЕ, последовательность эксперим. и вычислит. операций, осу­ществляемая с целью нахождения значения физ. величины, характери­зующей нек-рый объект или явление. И. завершается определением степени приближения найденного значения к истинному значению величины (если об этом не имеется априорной инфор­мации) .

И. явл. осн. средством объективного познания окружающего мира. Закон­ченное И. включает след. элементы: физ. объект (явление), св-во или со­стояние к-рого характеризует измеряе­мая величина; единицу этой величины; технич. средства И., проградуированные в выбранных единицах; метод И.; наблюдателя (регистрирующее устрой­ство), воспринимающего результат И.; полученное значение измеряемой ве­личины и оценку его отклонения от истинного значения, т. е. погрешность И. Найденное значение измеряемой величины представляет собой произ­ведение отвлечённого числа (числово­го значения) на ед. данной величины. Оценку погрешности выражают в ед. измеряемой величины или в относит. единицах.

Различают прямые и кос­венные И. При прямом И. резуль­тат получается непосредственно из И. самой величины (напр., И. длины предмета проградуированной линей­кой, И. массы тела при помощи гирь). Однако прямые И. не всегда возможны или достаточно точны. В этих случаях прибегают к косвенным И., при к-рых искомое значение величины находят по известной зависимости между ней и непосредственно измеряемыми ве­личинами. Установленные наукой свя­зи и количеств. отношения между разл. по своей природе физ. явлениями по­зволили создать систему единиц, ох­ватывающую все области И. (см. Меж­дународная система единиц). И. следует отличать от счёта и др. приёмов ко­личеств. хар-ки величин, применяемых в тех случаях, когда нет однозначного соответствия между величиной и её количеств. выражением в определ.

единицах. Так, определение твёрдости минералов по шкале Мооса не следует считать И.

Всякое И. неизбежно связано с его погрешностями. В зависимости от источников погрешностей И. раз­личают методические по­грешности, порождённые несовершен­ством метода И., и инструмен­тальные погрешности, обуслов­ленные несовершенством техн. средств, используемых при И. По хар-ру про­явления различают системати­ческие погрешности, изменяющие­ся закономерно или остающиеся по­стоянными при И., и случайные погрешности, изменяющиеся случай­ным образом (вследствие внутр. шумов элементов, из к-рых состоят измерит. приборы, неконтролируемых случай­ных колебаний темп-ры окружающей среды и др. влияющих величин). При высокоточных И. систематич. погреш­ности исключают введением поправок. Случайные погрешности оценивают по данным многократных наблюдений ме­тодами матем. статистики. Особую проблему составляет определение по­грешностей И., обусловленных инер­ционностью применяемых средств И., при И. изменяющихся во времени ве­личин. В микромире предел достижимой точности измерений обусловлен неопределённостей соотношением.

Обеспечение единства И. в стране возлагается на метрологическую служ­бу, поддерживающую такое состояние И., при к-ром их результаты выраже­ны в узаконенных ед. и погрешности И. известны с заданной вероятностью. В число мероприятий по обеспечению единства И. входят хранение эталонов ед., поверка применяемых средств И., разработка методов определения по­грешностей И. и т. д. Всё большее применение получают аттестация и стандартизация методик выполнения И. (ГОСТ 8.010—72), в т. ч. государст­венная стандартизация (ГОСТы 8.346—79, 8.361—79, 8.377—80 и др.). Способы представления результатов И. и показатели точности И. регламен­тированы в ГОСТе 8.011—72.

• Маликов С. Ф., Тюрин Н. И., Введение в метрологию, 2 изд., М., 1966; Б у р д у н Г. Д., Марков Б. Н., Ос­новы метрологии, М., 1972; Я н о ш и Л., Теория и практика обработки результатов измерений, пер. с англ., 2 изд., М., 1968; ГОСТ 16263—70. Государственная система обеспечения единства измерений. Метроло­гия. Термины и определения.

К. П. Широков.

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, сред­ство измерений, представляющее со­бой в общем случае совокупность из­мерит. приборов, измерит. преобразо­вателей, мер, измерит. коммутаторов, линий связи, цифровых и аналоговых вычислит. устройств. Перечисленные элементы И. с. объединены общим ал­горитмом функционирования для по­лучения данных о величинах, харак­теризующих состояние объекта иссле­дования.

И.с. используются также в составе более сложных структур —.измерит.

208


информац. систем и систем управле­ния, выполняющих функции контроля, диагностики, распознавания образов, автоматич. управления науч. экспери­ментами, испытаниями сложных объек­тов и технол. процессами.

Структурной единицей И. с., осу­ществляющей законченный цикл изме­рит. преобразований до ввода инфор­мации в регистрирующее или вычис­лит. устройство, явл. измерит. канал. В зависимости от способа образования измерит. канала различают: И. с. по­следовательного действия (сканирующие И. с.), в к-рых при помощи, как правило, единств. из­мерит. канала осуществляется после­довательное во времени измерение од­нородных физ. величин, разнесённых в пр-ве (путём «обегания» первичным измерит. преобразователем точек, в к-рых выполняются измерения); И. с. параллельной структуры, в к-рых измерение разнородных физ. величин осуществляется непрерывно во времени при помощи индивидуаль­ного для каждой величины измерит. канала, причём выходной сигнал каж­дого канала может поступать на об­щее регистрирующее или вычислит. устройство; И. с. последователь­но-параллельной структу­ры, в к-рой индивидуальными явл. только первичные измерит. преобразо­ватели и нач. участки линий связи, а промежуточные преобразования осу­ществляются общей частью, подклю­чаемой периодически или в соответст­вии с выбранной программой к парал­лельным участкам измерит. каналов с помощью измерит. коммутатора. Воз­можны и смешанные варианты указан­ных структур.

Осн. метрологич. требования к сред­ствам измерений, предназначенным для использования в составе И. с., регламентированы в ГОСТе 8.009—72. Общие требования к И. с., построен­ным из агрегатных средств, регламен­тированы в ГОСТах 22315—77, 22316 — 77 и 22317 — 77.

• Ц а п е н к о М. П., Измерительные ин­формационные системы, М., 1974; Ново­пашенный Г. Н., Информационные из­мерительные системы, М., 1977; Ф р е м к е А. В., Телеизмерения, 3 изд., М., 1975; Мановцев А. П., Основы теории радио­телеметрии, М., 1973.

В. П. Кузнецов.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР, сред­ство измерений, дающее возможность непосредственно отсчитывать значения измеряемой величины. В анало­говых И. п. отсчитывание произво­дится по шкале, в цифровых— по цифровому отсчётному устройству. В И. п. прямого преобразо­вания (напр., в манометре, ампер­метре) осуществляется одно или неск. преобразований измеряемой величи­ны, и значение её находится без срав­нения с известной одноимённой вели­чиной. В И. п. сравнения непо­средственно сравнивается измеряемая величина с одноимённой величиной, воспроизводимой мерой (примеры — равноплечные весы, электроизмерит.

потенциометр, компаратор для ли­нейных мер). К разновидностям И. п. относятся интегрирующие И. п., в к-рых подводимая величина подвергается интегрированию по вре­мени или по др. независимой перемен­ной (электрич. счётчики, расходоме­ры), и суммирующие И. п., дающие значение суммы двух или неск. величин, подводимых по разл. кана­лам (ваттметр, суммирующий мощно­сти неск. электрич. генераторов). Для целей автоматизации управления тех­нол. процессами И. п. часто снабжает­ся дополнительно регулирующими, счётно-решающими и управляющими устройствами, действующими по зада­ваемым программам.

К. П. Широков.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, устройство для усиления электрич. сигналов (тока, напряжения), а также для преобразования напряжения в ток и наоборот. По виду амплитудно-частотной хар-ки различают: избирательные И. у., предназна­ченные для усиления гармонич. сиг­налов определ. частоты; широко­полосные усилители перем. тока и усилители пост. тока, позволяющие усиливать сигналы произвольной фор­мы. Для всех И. у. характерно наличие элемента, управляя к-рым при помо­щи усиливаемого сигнала, регулируют поступление энергии от внеш. источ­ника на выход И. у., чем и дости­гается эффект усиления. Как правило, И. у. выполняются многокаскадными, когда выходной сигнал первого управ­ляемого элемента используется для управления вторым элементом и т. д.

В зависимости от вида входного управляемого элемента различают электронные (гл. обр. полупроводни­ковые), магн., диэлектрич., фотогальванометрич. и др. И. у. Наибольшее распространение получили электрон­ные И. у. В ламповых И. у. регулируе­мым элементом явл. электронная лам­па, в полупроводниковых — полупро­водниковый триод. В магн. И. у. ток, протекающий по управляющей обмот­ке, вызывает изменение магн. прони­цаемости ферромагн. сердечника и тем самым изменяет индуктивное сопро­тивление второй обмотки, а следова­тельно, и протекающий через неё ток от источника питания. В диэлектрич. И. у. управляющее напряжение изме­няет ёмкость конденсатора, что позво­ляет управлять током, протекающим через конденсатор от источника пита­ния. В фотогальванометрич. И. у. протекание управляющего тока через рамку гальванометра вызывает пропорц. отклонение подвижной системы с укреплённым на нём зеркальцем. В результате изменяется освещён­ность фоторезисторов и их сопротивле­ние, что приводит к изменению тока в цепи, подключённой к источнику пи­тания.

Общей проблемой для всех И. у. явл. достижение высокой стабильности коэфф. усиления (преобразования). Наиболее радикальное средство — использование сильной отрицательной обратной связи. Коэфф. усиления со­временных И. у. достигает 106 и более, входное сопротивление — 1016 Ом, осн. погрешность в % от диапазона изме­рений составляет от 0,01% до неск. % при больших коэфф. усиления, час­тотный диапазон — до неск. десятков МГц. Применение И. у. обеспечивает измерение сигналов до 10-17 А и 10-9 В.

• Основы электроизмерительной техники, М., 1972; Электрические измерительные пре­образователи, М.—Л., 1967.

В. П. Кузнецов.

ИЗОБАРА (от греч. isos — равный, одинаковый и baros — тяжесть), линия на термодинамич. диаграмме со­стояния, изображающая процесс, про­ходящий при пост. давлении (изобар­ный процесс). Ур-ние И. идеального газа: T/v=const, где v — уд. объём, Т — темп-ра.

ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС (изобариче­ский процесс), процесс, происходящий в физ. системе при пост. внеш. давле­нии; на термодинамич. диаграмме из­ображается изобарой. Простейшие при­меры И. п.— нагревание воды в откры­том сосуде, расширение газа в цилинд­ре со свободно ходящим поршнем. В обоих случаях давление равно атмо­сферному. Объём идеального газа при И. п. пропорц. темп-ре (Гей-Люссака закон). Теплоёмкость системы в И. п. больше, чем в изохорном процессе (при пост. объёме). Напр., в случае идеаль­ного газа cp-cv=k, где ср и cv теп­лоёмкости в изобарном и изохорном процессах на одну ч-цу. Работа, совер­шаемая идеальным газом при И. п., равна p•V, где р — давление, V — изменение объёма газа.

ИЗОБАРЫ, атомные ядра с одинако­вым числом нуклонов, т. е. массовым числом и разными числами протонов и нейтронов. См. Ядро атомное.

ИЗОБРАЖЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЕ, кар­тина, получаемая в результате про­хождения через оптическую систему лучей, распространяющихся от объек­та, и воспроизводящая его контуры и детали. При практич. использовании И. о. пользуются возможностью изме­нения масштаба изображений пред­метов и их проектирования на поверх­ность (киноэкран, фотоплёнку, фото­катод и т. д.). Основой зрит. восприя­тия предмета явл. его И.о., спроекти­рованное на сетчатку глаза.

Макс. соответствие изображения объекту достигается, когда каждая его точка изображается точкой. Иными словами, после всех преломлений и от­ражений в оптич. системе лучи, испу­щенные светящейся точкой, должны пересечься в одной точке. Однако это возможно не при любом расположении объекта относительно системы. Напр., системы, обладающие осью симметрии (оптической осью), дают точечные И. о. лишь тех точек, к-рые находятся на небольшом угловом удалении от оси,

209


в т. н. параксиальной об­ласти. Применение законов гео­метрической оптики позволяет опре­делить положение И. о. любой точки из параксиальной области; для этого достаточно знать, где расположены кардинальные точки системы.

Совокупность точек, И. о. к-рых можно получить с помощью оптич. системы, образует пространст­во объектов, а совокупность точечных изображений этих точек — пространство изображе­ний.

И. о. разделяют на действи­тельные и мнимые. Первые создаются сходящимися пучками лу­чей в точках их пересечения. Поместив в плоскости пересечения лучей экран или фотоплёнку, можно наблюдать на них действит. И. о. В др. случаях лу­чи, выходящие из оптич. системы, рас­ходятся, но если их мысленно продол­жить в противоположную сторону, они пересекутся в одной точке. Эту точку наз. мнимым изображением точ­ки-объекта; т. к. она не соответствует



Образование оптич. изображений: а — мни­мого изображения М' точки М в плоском зеркале; б — мнимого изображения М' точ­ки М в выпуклом сферич. зеркале; в — мни­мого изображения М' точки М и действи­тельного изображения N' точки N в вогну­том сферич. зеркале; г — действительного А'В' и мнимого М'N' изображений предме­тов АВ и MN в собирающей линзе; д — мни­мого изображения M'N' предмета MN в рас­сеивающей линзе; i, j — углы падения лучей; i', j'—углы отражения; С — центры сфер; F, F' — фокусы линз.


пересечению реальных лучей, то мни­мое И. о. невозможно получить на экране или зафиксировать на фото­плёнке. Однако мнимое И.о. способно играть роль объекта по отношению к др. оптич. системе (напр., глазу или собирающей линзе), к-рая преобразует его в действительное.

Оптич. объект представляет собой совокупность светящихся собственным или отражённым светом точек. Зная, как оптич. система изображает каж­дую точку, легко графически постро­ить и изображение объекта в целом.

И. о. действит. объектов в плоских зеркалах — всегда мнимые (рис., а); в вогнутых зеркалах и собирающих

линзах они могут быть как действи­тельными, так и мнимыми, в зависимо­сти от положения объектов относитель­но фокуса зеркала или линзы (рис., в, г). Выпуклые зеркала и рассеивающие линзы дают только мнимые И.о. дейст­вит. объектов (рис., б, д). Положение и размеры И. о. зависят от хар-к оп­тич. системы и расстояния между нею и объектом (см. Увеличение оптиче­ское). Лишь в случае плоского зеркала И. о. по величине всегда равно объек­ту.

Если точка-объект находится не в параксиальной области, то исходящие из неё и прошедшие через оптич. сис­тему лучи не собираются в одну точку, а пересекают плоскость изображения в разных точках, образуя аберра­ционное пятно (см. Аберрации оптических систем); размеры этого пятна зависят от положения точки-объекта и конструкции системы. Без­аберрационными (идеальными) оптич. системами, дающими точечное изобра­жение точки, явл. только плоские зер­кала. При конструировании оптич.

систем аберрации исправляют, т. е. добиваются, чтобы аберрац. пятна рассеяния не ухудшали в заметной степени картины изображения; однако полное уничтожение аберраций невоз­можно.

Сказанное выше строго справедливо лишь в рамках геом. оптики (не учиты­вающей волн. явлений, напр. дифрак­ции света), к-рая явл. хотя и достаточ­но удовлетворительным во мн. случа­ях, но всё-таки лишь приближённым способом описания явлений, происхо­дящих в оптич. системах. Более де­тальное рассмотрение микроструктуры И.о., принимающее во внимание волн. природу света, показывает, что изоб­ражение точки даже в идеальной (без­аберрационной) системе представляет собой не точку, а сложную дифракц. картину (подробнее см. в ст. Разрешаю­щая способность оптических прибо­ров).

Для оценки кач-ва И.о., получив­шей большое значение в связи с разви­тием фотогр., телевиз. и пр. методов, существенно распределение плотности световой энергии в изображении. С этой целью используют особую

хар-ку — контраст k=(Eмакс-Eмин)/(Eмакс+Eмин),

где Eмин и Eмакс — наименьшее и наибольшее значения освещённости в И. о. стандартного тест-объекта; за такой объект обычно принимают ре­шётку, яркость к-рой меняется по си­нусоидальному закону с частотой R

(число периодов решётки на 1 мм). Контраст k зависит от R и направле­ния штрихов решётки. Ф-ция k(R) наз. частотно-контрастной характе­ристикой. Чем меньше k при заданной R, тем хуже кач-во И. о. в данной сис­теме.

•Тудоровский А. И., Теория опти­ческих приборов, 2 изд., М.—Л., 1948; С л ю с а р е в Г. Г., Методы расчета опти­ческих систем, 2 изд., Л., 1969.

Г. Г. Слюсарев.

ИЗОЛЮКС, линия равной освещённо­сти, выраженной в люксах.

ИЗОМЕРИЯ АТОМНЫХ ЯДЕР (от греч. isos — равный, одинаковый и meros — доля, часть), существова­ние у нек-рых ат. ядер метастабильных состояний с относительно большими временами жизни. Нек-рые ат. ядра имеют неск. изомерных состояний с разными временами жизни. Понятие «И. а. я.» возникло в 1921, когда нем. учёный О. Ган открыл радиоакт. в-во, наз. ураном-Z, к-рое как по хим. св-вам, так и по массовому числу А не отличалось от известного тогда урана-Х2. Позднее было уста­новлено, что уран-Z и уран-Х2 — два состояния одного и того же ядра 234Ра с разными энергией и периодом полу­распада Т1/2. По аналогии с изоме­рией молекул их назвали ядер­ными изомерами. В 1935 Б. В. Курчатов, И. В. Курчатов, Л. В. Мысовский и Л. И. Русинов об­наружили изомерное состояние у ядра 80Вг, что послужило началом систематич. изучения И. а. я. Известно боль­шое число изомеров с T1/2 от 10-6 с до мн. лет. Один из наиболее долгоживущих изомеров — 236Np (T1/2=5500 лет).

Распад изомеров обычно сопровож­дается испусканием конверсионных электронов или -квантов; в результа-



Схемы уровней энергии радиоакт. изотопов 80Br, 234Ра и 192Ir. Изомерные состояния ядер , обозначены жирной линией, осн. состоя­ния — линией со штриховкой. Слева указа­ны энергии уровней, справа — спины и периоды полураспада T1/2 ; - означает рас­пад с испусканием эл-на, + — позитрона, ЭЗ — электронный захват, прямые вертик. стрелки — испускание эл-нов внутр. конвер­сии или -квантов.

210


те образуется то же ядро, но в состоянии с меньшей энергией. Иногда более вероятен бета-распад (рис.). Изомеры тяжёлых элементов могут распадаться путём самопроизвольного деления (см. Деление атомного ядра).

И. а. я. обусловлена особенностями структуры ядер. Изомерные состояния образуются в тех случаях, когда пере­ход ядра в состояние с меньшей энер­гией путём испускания -кванта за­труднён. Чаще всего это связано с большим различием в значениях спи­нов ядер в этих состояниях. Если при этом различие в энергии двух состоя­ний невелико, то вероятность испуска­ния -кванта мала и, как следствие, период полураспада возбуждённого со­стояния оказывается большим. Изоме­ры особенно часто встречаются в определ. областях значений А (острова изомерии). Этот факт оболочечная модель ядра объясняет существо­ванием (при определ. значениях чисел протонов и нейтронов, входящих в сос­тав ядра) близких по энергии яд. уров­ней с большим различием спинов (см. Ядро атомное).

В 1962 в ОИЯИ (г. Дубна) был от­крыт новый вид изомерных состоя­ний, характеризующихся высокой ве­роятностью спонтанного деления (см. Делящиеся изомеры).

• Мошковский С., Теория мультипольного излучения, в кн.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, под ред. К. Зигбана, пер. с англ., т. 3, М., 1969, с. 5.

Н. Н. Делягин.

ИЗОМЕРИЯ МОЛЕКУЛ, явление, состоящее в существовании молекул, обладающих одинаковой мол. массой и составом, но различающихся по строению или расположению атомов в пр-ве и, следовательно, по хим. и физ. св-вам. Такие молекулы наз. и з о м е р а м и. Существуют два вида И. м.— структурная и конформационная. Структурными изо­мерами наз. соединения, характе­ризующиеся одинаковыми хим. ф-лами, но разными структурными ф-лами. Так, нормальный бутан и изобутан при одинаковых ф-лах (С4Н10) имеют раз­ные структурные ф-лы:



и явл. изомерными соединениями.

Молекулы структурных изомеров — разные молекулы, и их взаимопревра­щение невозможно без разрыва хим. связей. Если при к.-л. условиях на­блюдают переходы между структур­ными изомерами, то последние наз. т а у т о м е р а м и.

Особым типом структурной И. м. явл. оптическая изомерия. Оптич. изомеры (т. н. э н а н т и о м е р ы) возникают в том случае, когда молекула содержит атом, являющий­ся киральным, т. е. молекула должна иметь асимметричный центр, напр. асимметричный тетраэдрич. атом С (см. Симметрия молекулы), заместители к-рого могут быть расположены двумя

зеркально-симметричными способами. Так, в изомерах молекулы фторхлорбромметана



заместители при тетраэдрич. атоме углерода (Н, F, Cl и Br) расположены зеркально-симметричным способом. Оптич. изомеры имеют одинаковые физ. св-ва, за исключением того, что они вращают плоскость поляризации света в противоположные стороны, т. е. явл. оптически активными веще­ствами.

Конформационная изо­мерия связана с различием прост­ранств. форм (к о н ф о р м е р о в) од­ной и той же молекулы. Конформеры, возникающие при вращении ат. групп вокруг хим. связей и отвечающие раз­ным минимумам потенц. поверхности (см. Молекула), наз. поворотны­ми изомерами (или ротамерами), а о соответствующем яв­лении говорят как о поворотной И. м. Если же взаимопревращения изомеров происходят при одноврем. вращении вокруг неск. связей в циклич. молеку­лах или при изменении нек-рых ва­лентных углов, то И. м. наз. и н в е р с и о н н о й. Так, молекула 1,2-дихлорэтана существует в виде двух ротамеров:



Транс-ротамер стабильнее гош-изомера, а энергетич. барьер, разделяющий их, равен 13 кДж/моль. Молекула аммиака существует в виде двух оди­наковых пирамидальных и н в е р т о м е р о в, превращающихся друг в друга через плоскую форму:



Барьер инверсии аммиака (разность энергий плоской и пирамидальной форм) равен 25 кДж/моль.

Энергетич. барьеры, разделяющие конформеры, при норм. темп-pax не превышают 100 кДж/моль, а времена их жизни обычно ~10-10 —10-13 с. Если же величина барьера существен­но выше, то взаимопревращения не­возможны (статистически крайне ред­ки) и соответствующие изомеры наз. геометрическими. Напр., геом. изомеры 1,2-дихлорэтилена



в принципе можно получить один из другого путём поворота вокруг двой­ной связи С=С на 180°. Однако поскольку энергетич. барьер такого по­ворота ~250 кДж/моль, эти изомеры живут практически бесконечно долго, не превращаясь друг в друга. Геом. изомеры — фактически разные в-ва (хотя формально явл. состояниями од­ного соединения), обладающие разл. св-вами. Напр., темп-pa кипения цис- и транс-изомеров 1,2-дихлорэтилена равна соотв. 60,1 и 48,4°С.

• См. лит. при ст. Молекула.

В.Г. Дашевский.