Наведённая проводимость
Вид материала | Документы |
- Электрический ток в газах самостоятельная и несамостоятельная проводимость газов, 128.37kb.
- Полимерные системы в катализе и электрокатализе возможности и перспективы, 16.03kb.
- Ионная проводимость сложных фосфатов со структурой nasicon а 3-2 X Nb X m 2- X (po, 389.98kb.
- 1. Проводимость (проводник, полупроводник, изолятор, ток, напряжение, сопротивление,, 98.07kb.
- Лекция2 проводимость полупроводников виды проводимости, 502.09kb.
- Кристаллические и стеклообразные фазы в системах biF 3 Bi 2 o 3 BaF, 505.44kb.
- Квч терапии у больных стенокардией, 43.39kb.
- 1. Энергетические зоны и свободные носители заряда в твердых телах. Уровень Ферми, 21.7kb.
НИКОЛЯ ПРИЗМА (николь), одна из наиб. известных поляризационных призм. Изобретена в 1828 англ. физиком У. Николем (W. Nicol). Изготовляется из исландского шпата (СаСО3).
НИОБАТ ЛИТИЯ, синтетический монокристалл LiNbO3. Впервые синтезирован в 1963. Точечная группа симметрии 3m, плотность 4,63 г/см3, Tпл=1253°С, твёрдость по шкале Мооса 5. Прозрачен в области длин волн =0,33—6,7 мкм, оптически анизотропен (для =0,6 мкм n0=2,3002,
nе = 2,2083 см; см. Двойное лучепреломление). Сегнетоэлектрик с темп-рой Кюри Tс=1140°С обладает пироэлектрич., пьезоэлектрич., электрооптич. св-вами. Один из важнейших нелинейно-оптич. кристаллов: используется в гидроакустике, в УЗ линиях задержки. Кристаллы Н. л., легированные Fe, перспективны для создания голографических систем управления лазерным лучом в качестве плёночных световодов. Волноводы на основе Н. л. используются для электрооптических и акустооптических переключающих устройств и др.
Н. В. Переломоеа.
НИТ (от лат. niteo — блещу, сверкаю) (нт, nt), прежнее наименование ед. яркости — канделы на квадратный метр (новыми стандартами на ед. СИ применение этого наименования не предусмотрено).
НИТЕВИДНЫЕ КРИСТАЛЛЫ, микроскопич. монокристаллы, размеры к-рых в одном направлении во много раз больше, чем в остальных (типичная длина 1—2 мм, диаметр ~1—2 мкм). Обычно Н. к. растут в определ. кристаллографич. направлениях (напр., по нормали к плотноупакованной грани), имеют изометричное

(шестиугольное, квадратное и т. д.) сечение; встречаются также тонкие ленточки и пластины (толщиной 0,1 — 10 мкм, шириной 0,1—1 мм).
Существует неск. способов получения Н. к. Наиболее типичен рост Н. к. из газовой фазы, однако наблюдается также рост из р-ров и из тв. фазы. Напр., Н. к. К образуются при испарении К в вакууме; Si — при газофазной реакции SiCl4+2H2:Si+4НСl; NaCl — из пересыщенного водного р-ра; Sn — из тв. фазы. Скорости роста Н. к. в длину во много раз больше, чем в случае обычных кристаллов (как правило, из газовой фазы ~0,01 мм/с, но могут достигать 1—2 см/с).
Рост Н. к. из газа или пара происходит по т. н. механизму пар — жидкость — кристалл. На вершине растущего кристалла находится капля р-ра кристаллизуемого в-ва в к.-л. др. в-ве (напр., при выращивании Н. к. Si капля р-ра Si в Au). Атомы Si из пара диффундируют сквозь каплю и осаждаются на границе жидкость — кристалл, а капля отодвигается, оставаясь всё время на вершине Н. к. Такой механизм объясняет мн. особенности роста Н. к. (в т. ч. роль примесей, к-рые инициируют их рост) и позволяет создать методы их управляемого выращивания для пром. производства. При росте Н. к. из р-ров и из тв. фазы существенную роль играют винтовые дислокации: вершина или основание растущего Н. к. имеет нарастающую ступеньку, воспроизводящую себя по мере поступления в-ва к поверхности Н. к. Хотя указанные механизмы в осн. объясняют процессы образования Н. к., отдельные особенности их роста пока полностью не выяснены.
Н. к. обладают рядом уникальных свойств: они практически не имеют дефектов и их прочность близка к теоретическому пределу, то есть может превосходить прочность обычных монокристаллов в 102—103 раз (см. табл.). Это даёт возможность изучать влияние сильных упругих деформаций на разл. физ. свойства кристаллов, напр. электросопротивление. Большой диапазон толщин и высокая хим. чистота Н. к. используются для исследования размерных эффектов. Сконструирован ряд приборов (миниатюрные термометры, тензодатчики и датчики Холла, дозиметрич. приборы), в к-рых Н. к. играют роль датчиков. В электронике Н. к. используются как высокоэффективные автоэмиссионные катоды (см. Автоэлектронная эмиссия). Н. к. используются и для создания высокопрочных к о м п о з и ц и о н н ы х м а т е р и а л о в.
• Бережкова Г. В., Нитевидные кристаллы, М., 1969; Гиваргизов Е. И., Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара, М., 1977.
Ю. А. Гайдуков, Е. И. Гиваргизов.
НОРМАЛЬНОЕ УСКОРЕНИЕ (центростремительное ускорение), составляющая ускорения точки при криволинейном движении, направленная по гл. нормали к траектории в сторону центра кривизны. При прямолинейном движении Н. у. равно нулю.
НОРМАЛЬНЫЕ ВОЛНЫ (собственные волны), бегущие гармонические волны в линейной динамич. системе с пост. параметрами, в к-рой можно пренебречь поглощением и рассеянием энергии. Н. в. явл. обобщением понятия нормальных колебаний на открытые области пр-ва и незамкнутые волноводные системы, в т. ч. на однородные и неоднородные безграничные среды, разл. типы волноводов и волн. каналов, струны, стерж-
469
ни, замедляющие системы, цепочки связанных осцилляторов (напр., LC-цепочки).
Совокупность Н. в. данной системы обладает след. св-вами. 1) Каждая Н. в. явл. свободным (без стороннего воздействия) движением системы и может быть возбуждена независимо от других Н. в. спец. выбором нач. условий. 2) Произвольный волн. процесс в системе без источников можно однозначно представить в виде суперпозиции Н. в. 3) Спектр частот Н. в. явл. сплошным, реальные процессы могут быть представлены в виде интегральных сумм Н. в. 4) В случае монохроматпч. процессов средний по периоду поток энергий равен сумме потоков энергии отдельных Н. в.
Понятие Н. в. применяется и к системам конечной протяжённости, где, однако, их следует рассматривать как вынужденные движения, возбуждаемые гармонич. источниками, распределёнными вне области наблюдения, а совокупность Н. в. должна быть дополнена спадающими от источников «ближними» полями.
В наиб. простом случае сред и волноводных систем, параметры к-рых не меняются вдоль нек-рого направления (напр., вдоль оси z), H. в. синусоидальны не только во времени, но и в пространстве и обладают неизменной поперечной структурой:
ai=Ai(r1, ) cos(t-kzz), где — циклич. частота, kz — продольное волн. число (с ним связаны продольная длина волны z=2/k2 и фазовая скорость vф=/kz), ai — распределение амплитуды одного из компонентов волн. поля, зависящее только от поперечных к оси z координат r1. Связь между и kz определяет дисперсионные св-ва Н. в. (см. Дисперсия волн) и, как правило, явл. неоднозначной — одному значению kz соответствует набор Н. в. с разными частотами. Н. в., частоты и волн. числа к-рых принадлежат отдельной непрерывной дисперсионной ветви многозначной функции =(kz), относятся к одной норм. моде системы (или просто моде). Моды различаются либо амплитудными и поляризац. структурами полей, либо физ. природой процессов.
В однородных безграничных средах Н. в. принято называть однородные плоские волны, распространяющиеся в произвольных направлениях. В изотропных средах волн. число k0 не зависит от направления распространения, а поляризация поперечных волн может быть произвольной. В анизотропных и гиротропных средах k0 зависит от направления распространения (соответственно различают обыкновенные и необыкновенные Н. в.). На рис. 1 приведены дисперсионные ветви Н. в. в изотропной неизотермич. плазме. Частотные спектры поперечных эл.-магн. и ленгмюровских волн
ограничены снизу электронной плазменной частотой ре, спектр ионнозвуковых волн ограничен сверху ионной плазменной частотой pi; значения частот и волн. чисел, ограничивающих дисперсионную ветвь, наз. к р и т и ч е с к и м и для данной моды.
В экранированных волноводных системах (металлич. радиоволноводы, волноводы акустические, упругие пластины, звук. каналы в водоёмах с тв. дном и т. д.) существует дискретное множество мод, поля к-рых локализованы в поперечных сечениях отражающими границами (экранами).

Рис. 1. Дисперсия норм. волн в изотропной плазме: .1 — ветвь поперечных электромагнитных, 2 —ленгмюровских, 3 — ионно-звуковых волн.
Рис. 2. Дисперсия норм. волн в экраниров. системах: 1 — ветвь квазистатич. мод; h — декремент экспоненциально спадающих мод.
Структура мод определяется формой поперечных двухмерных норм. колебаний (kz=0, д/дz=0), а критич. частоты — собств. частотами этих колебаний n, где n=1, 2, ... (рис. 2). При <n данной моде соответствуют экспоненциально спадающие или нарастающие поля.
В открытых волн. каналах поперечная локализация Н. в. основана на эффекте полного внутр. отражения либо на резких границах раздела сред (диэлектрич. волноводы, световоды), либо на плавных неоднородностях среды (звук. каналы в океане и атмосфере, ионосферные радиоканалы, каналы внутр. волн в океане и т. д.). Предельным случаем волн. каналов явл. поверхности раздела сред, вдоль к-рых могут распространяться поверхностные Н. в.
Значение Н. в. определяется их структурной устойчивостью по отношению к малым, а также к медленным и плавным изменениям параметров системы, что допускает широкое (хотя и не вполне строгое) обобщение понятия Н. в. на системы со слабыми потерями и нелинейными вз-ствиями. Метод Н. в, (т. е. разложение полей по Н. в.) применяется при изучении природных волн. явлений (эл.-магн., акустич., гидродинамических и т. д.) и при конструировании волн. технич. устройств.
• Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Вайнштейн Л. А., Электромагнитные волны, М., 1957; Б р е х о в с к и х Л. М., Волны в слоистых средах, 2 изд., М., 1973; Завадский В. Ю., Вычисление волновых полей в открытых областях и волноводах, М., 1972.
М. А. Миллер, Г. В. Пермитин.
НОРМАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ (нормальные моды), собственные (свободные) гармонич. колебания линейных динамич. систем с пост. параметрами, в к-рых отсутствуют как потери, так и приток извне колебат. энергии. Каждое Н. к. характеризуется определ. значением частоты, с к-рой осциллируют все элементы системы, и формой — распределением амплитуд и фаз по элементам системы. Линейно независимые Н. к., отличающиеся формой, но имеющие одну и ту же частоту, наз. вырожденными. Частоты Н. к. наз. собственными частотами системы.
В дискретных системах, состоящих из N связанных гармонич. осцилляторов (напр., механич. маятников, колебательных контуров), число Н. к. равно N. В распределённых системах (струна, мембрана, резонатор) существует бесконечное, но счётное множество Н. к. Произвольное свободное движение колебат. системы может быть представлено в виде суперпозиции Н. к.; при этом полная энергия движения распадается на сумму парциальных энергий, отдельных Н. к. Т. о., линейная система ведёт себя, как набор независимых гармонич. осцилляторов, к-рые могут быть выбраны в кач-ве обобщённых норм. координат, описывающих движение в целом. Однако в динамич. системах могут существовать и собств. движения, не сводящиеся к Н. к. (равномерные вращения, постоянные токи и др.).
При внеш. возбуждении системы Н. к. в значит. мере определяют её резонансные св-ва. Резонанс может возникнуть лишь в том случае, когда частота гармонич. внеш. воздействия близка к одной из собств. частот системы либо к их линейной комбинации, если внеш. воздействие меняет параметры системы (параметрический резонанс). При этом важным оказывается также и пространств. распределение воздействия — макс. эффект достигается при соблюдении не только временного, но и «пространственного синхронизма» (см. Нелинейная оптика).
В линейных системах с перем. параметрами при выполнении определ. условий также возможно представление движений в виде суперпозиции Н. к., отличающихся, однако, от гармонических. Понятие Н. к. может быть приближённо распространено на системы, содержащие неконсервативные и нелинейные элементы, если их воздействие приводит к медленным изменениям амплитуд и фаз квазигармонич. Н. к. (в масштабе периода самих Н. к. или периода биений между ними).
470
• Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Крауфорд Ф., Волны, пер. с англ., М., 1974 (Берклеевский курс физики, т. 3).
М. А. Миллер, Г. В. Пермитин.
НОРМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ, 1) условия применения средств измерений, при к-рых влияющие на их показания величины (темп-pa, питающее напряжение и др.) имеют норм. (установленные) значения или находятся в пределах норм. области значений. Н. у. указываются на шкалах средств измерений, в стандартах на них, технич. описаниях и инструкциях к использованию. Пределы допускаемых осн. погрешностей измерений устанавливаются для Н. у. Для электроизмерит. приборов за Н. у. часто принимают следующие: темп-pa— в пределах 20±2°С, питающее напряжение — указанное на шкале ±2%, частота — в пределах 49—51 Гц; 2) физ. условия, определяемые давлением р=101325 Па=760 мм рт.ст. (норм. атмосфера) и темп-рой 273,15К (0°С), при к-рых молярный объём газа V0=2,2414-10-2 м3/моль. Норм. ускорение свободного падения принимают равным gn= 9,80665 м/с2.
К. П. Широков.
НОРМАЛЬНЫЙ ТОН, основной тон музыкальной настройки. За Н. т. принят звук «ля» первой октавы с частотой 440 Гц. Воспроизводится он эталонным камертоном. По Н. т. устанавливают музыкальный строй инструментов.
НОРМАЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, гальванич. элемент, служащий мерой эдс пост. тока. Применяется гл. обр. при измерениях электрич. величин, основанных на методе сравнения с мерой (см., напр., Потенциометр).
В кач-ве Н. э. наиболее распространены гальванич. элементы Вестона с жидким электролитом (насыщенные и ненасыщенные) и насыщенные без жидкого электролита (малогабаритные). Насыщенный Н. э.с жидким электролитом (рис.) позволяет воспроизводить эдс при темп-ре 20°С в диапазоне (1,018540—1,018730) В с погрешностью до 0,0005%. Изменение эдс за 1 год у Н. э. высшего класса точности не превышает 5 мкВ.

Устройство насыщенного гальванич. элемента Вестона: 1 — амальгама кадмия (10% Cd, 90% Hg); 2 — кристаллы сульфата кадмия 3CdSO4•8H2O; 3 — электролит (насыщенный водный р-р сульфата кадмия, содержащий избыток кристаллов); 4 — ртуть; 5 — паста из сульфата ртути Hg2SO4 (деполяризатор); 6 — герметичный стеклянный сосуд; 7 — платиновые выводы электродов.
Внутр. сопротивление не более 1000 Ом (при площади электродов 50 мм2 и
более). Наибольший допускаемый ток 0,1—1 мкА.
Ненасыщенные Н. э. (с водным р-ром CdSO4, к-рый при комнатной темп-ре ненасыщен) несколько уступают насыщенным Н. э. по воспроизводимости (1,018800—1,019600) В, погрешности (до 0,002%), стабильности (за 1 год до 20 мкВ для высшего класса точности); однако они менее чувствительны к механич. воздействиям и изменениям темп-ры, допускают протекание большего тока (0,5— 10 мкА), обладают меньшим внутр. сопротивлением (300—600 Ом). Находят применение в переносных электроизмерит. приборах.
Требования к Н. э. стандартизованы ГОСТом 1954—75.
• Основы электроизмерительной техники, М., 1972; Справочник по электроизмерительным приборам, 2 изд., Л., 1977.
В. П. Кузнецов.
НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА (носители тока), общее название заряж. подвижных ч-ц или квазичастиц, способных обеспечивать прохождение электрич. тока через в-во. Чаще всего термин «Н. т.» применяется в физике твёрдого тела, где объединяет эл-ны проводимости и дырки (см. также Металлы, Полупроводники).
НОТТИНГЕМА ЭФФЕКТ, выделение теплоты на катоде при автоэлектронной эмиссии и поглощение теплоты

Энергия ξ эл-нов внутри и вне металла при наличии сильного электрич. поля; ξ — область энергий эл-нов, участвующих в эмиссии.
при термоавтоэлектронной эмиссии, обусловленные разницей между ср. энергией эл-нов, подходящих к поверхности катода и покидающих его. При низкой темп-ре (при автоэлектронной эмиссии, рис., а) распределение эл-нов по энергиям практически не отличается от распределения Ферми при абс. нуле. Поэтому сквозь потенц. барьер U в вакуум уходят эл-ны, энергия к-рых несколько ниже уровня Ферми (на величину ~ξ). При этом происходит нагревание эмиттера за счёт энергии эл-нов, приходящих из электрич. цепи на освобождающиеся уровни. В случае термоавтоэлектронной эмиссии (при высокой температуре) эл-ны уходят с уровней, лежащих выше уровня Ферми (рис., б). Заполнение этих уровней эл-нами, приходящими из цепи, приводит к охлаждению эмиттера. Открыт У. Б. Ноттингемом (W. В. Nottingham; США) в 1941.
• Nottingham W. В., «Phys. Rev.», 1941, т. 59, с. 906.
Л. А. Сена.
НУКЛЕОСИНТЕЗ (от лат. nucleus — ядро и греч. synthesis — соединение, составление), цепочка ядерных реакций, ведущая к образованию тяжёлых ат. ядер из других, более лёгких ядер. Теория Н. стремится объяснить распространённость (иногда говорят — обилие) хим. элементов и их изотопов в природе. На рис. приведена кривая относит. распространённости хим. элементов. Кривая построена на основе данных о составе земной коры, метеоритов, в-ва Луны, атмосфер Солнца и звёзд (по спектр. наблюдениям), солнечного ветра, космических лучей. Наиболее распространены элементы: Н, Не, С, О, Ne, Mg, Si, S, Ar и Fe; причём на долю водорода и гелия приходится 99,9% в-ва (по массе). Распространённость довольно резко падает до циркония (ат. номер 40), а затем снижается постепенно; ядра с чётным номером количественно преобладают над нечётными ядрами; ядра с числом протонов или нейтронов, равным 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82 и 126 (магические ядра), примерно в 10 раз более распространены, чем соседние с ними элементы. Из числа немагич. ядер особенно обилен изотоп 56Fe и соседние с ним элементы (область «железного пика»), в то же время целый ряд ядер (т. н. обойдённые ядра): 74Se, 78Kr, 92Мо, 96Ru и др. имеет распространённость на два порядка меньшую, чем соседние ядра. Эти данные явл. пробным камнем для любой теории происхождения элементов, а также образования и эволюции звёзд, поскольку, согласно совр. взглядам, синтез элементов связан гл. обр. со звёздной стадией эволюции Вселенной. В недрах звёзд протекают термоядерные реакции, в результате к-рых водород и гелий, образовавшиеся на дозвёздной стадии развития Вселенной (в отношении 4Не/1Н0,1 по числу атомов, см. Космология), превращаются в более тяжёлые элементы. В-во звёзд первого поколения, обогащённое тяжёлыми элементами, благодаря процессам истечения в-ва и взрывам звёзд рассеивается в межзвёздной среде и участвует затем в формировании звёзд второго поколения, в недрах к-рых продолжается синтез элементов.
В яд. астрофизике обычно выделяют след. процессы Н.: превращение водорода в гелий по реакциям водородного цикла и углеродного цикла, они служат источником энергии для звёзд главной последовательности, в т. ч. Солнца (см. Звёзды);, -п р о ц е с с — совокупность термоядерных реакций, в результате к-рых три ядра гелия образуют ядро углерода 12С, этот углерод может далее реагировать с гелием, давая кислород 12С+4Не16O, кислород с гелием — неон 20Ne и т. д. вплоть до кремния 28Si; е-п р о ц е с с — образование железа и соседних с ним элементов в области «железного пика» в условиях термодинамич. равновесия при Т ~ 3•109 —
471

Относителъная распространённость элементов (число атомов на 106 атомов Si) в зависимости от атомного номера.
1010 К. Таким путём создаются, по-видимому, лёгкие и средние элементы, включая элементы области «железного пика», за исключением нек-рых лёгких элементов, о к-рых будет сказано ниже. Более тяжёлые элементы образуются, скорее всего, в реакциях под действием нейтронов, а не заряж. ч-ц. Реакции между заряж. ч-цами требуют преодоления энергетич. (кулоновского) барьера. Реакции же под действием нейтронов не имеют энергетич. барьера, но сами нейтроны явл. продуктом др. ядерных процессов, и, как выяснилось при расчётах, малую распространённость ряда элементов можно объяснить нехваткой нейтронов, необходимых для их синтеза. Различают два вида реакций с нейтронами: s-п р о ц е с с — медленный захват нейтронов ядрами, при к-ром часть возникших ядер, неустойчивых относительно бета-распада, всегда распадается прежде, чем успеет присоединиться следующий нейтрон; за счёт s-процесса могут образовываться в выгоревших ядрах звёзд-гигантов элементы до 209Bi; r-п р о ц е с с — быстрый захват нейтронов, при к-ром образовавшееся ядро присоединяет неск. нейтронов до того, как становится настолько неустойчивым, что теряет способность захватывать нейтроны и распадается. Для эффективного протекания r-процесса плотность потока нейтронов должна достигать ~1024—1030 нейтрон/(см2•с), что возможно лишь в нач. момент вспышки сверхновой звезды. Особенно интенсивно Н. идёт при вспышках сверхновых звёзд, когда в межзвёздное пр-во выбрасывается много в-ва, содержащего элементы из области «железного пика» и соседних областей, и возникают ч-цы высоких энергий, в т. ч. нейтроны, участвующие в яд. реакциях. В результате r-процесса образуются богатые нейтронами тяжёлые элементы (в т. ч. U, Th) с массовыми числами до 270.
Грубо говоря, r-процессом создаются изотопы, богатые нейтронами, a s-npoцессом — изотопы с относительно большим числом протонов. Изотопы, к-рые не могут быть образованы никакой цепочкой нейтронных захватов (т. е. обойдённые ядра), обладают самым большим числом протонов. Предполагают, что они могли возникнуть при реакциях с участием протонов (р-п р о ц е с с ы). Наконец, образование дейтерия, лития, бериллия и бора связывают с х- п р о ц е с с о м — с реакциями скалывания, в к-рых лёгкие ч-цы (протоны и др.) первичных косм. лучей, сталкиваясь с тяжёлыми ядрами, выбивают из них лёгкие осколки (ядра D, Li, Be, В). Имеются веские основания считать, что обойдённые ядра и указанные выше лёгкие ядра также возникают в процессах нейтринного Н., к-рый возможен в окрестности звёзд, испытывающих гравитац. коллапс и излучающих мощные потоки нейтрино. Ряд минимумов на кривой распространённости элементов в области средних ядер (Ga, As и др.) связан, по-видимому, с недостаточной мощностью природных источников нейтронов. Прямое подтверждение теории Н. должна дать нейтринная астрономия, т. к. по потокам нейтрино из недр Солнца и звёзд можно судить о характере и интенсивности протекающих там термоядерных и ядерных реакций.
• Бербидж Дж., Ядерная астрофизика, пер. с англ., М., 1964; Соботович Э. В., Изотопная космохимия, М., 1974; Т е й л е р Р. Дж., Происхождение химических элементов, пер. с англ., М., 1975.