Идеальная жидкость
Вид материала | Документы |
- Профессор Валерий Кирилович Кедринский Динамика одиночной полости в жидкости (математические, 40.82kb.
- Исследование адсорбции пав на границах раздела жидкость-газ и жидкость-твердое тело, 40.56kb.
- Идеальная пара для стимуляции и синхронизации охоты у коров, 170.7kb.
- Мама, папа, я – идеальная семья, 31.08kb.
- Список принятых докладов, 185.98kb.
- Идеальная модель экономического устройства общества предполагает использование механизма, 26.68kb.
- Назначение фильтров и их место в измерительной системе, 159.98kb.
- Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду, 2392.28kb.
- Алексушин И. Н, 128.72kb.
- В. В. Радаев Рынок как идеальная модель и форма хозяйства, 285.76kb.
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.