Агрегатное состояние в-ва, в к-ром его ч-цы не связаны или весьма слабо связаны силами вз-ствия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный им объём
Вид материала | Документы |
- 2. Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов, 52.42kb.
- Магия и технология – за и против (или наоборот – вместе или порознь) Гилдор Карнесир, 243.69kb.
- Тема: Инновации и инновационные процессы, 158.08kb.
- Т. И. Розбицкая Музыка в жизни и творчестве И. С. Тургенева Все виды искусства так, 46.59kb.
- Ii этап Команда «исследователи» моу «сош №2», 94.86kb.
- 1 Использование ресурсов минерально-сырьевой базы края и охрана недр, 291.61kb.
- Позиционирования (gps), 196.2kb.
- Конспект тема: Бизнес план и его роль в современном предпринимательстве, 598.08kb.
- Задания для второго (районного, городского) этапа Всероссийской олимпиады школьников, 68.78kb.
- Курсовые работы на III и IV курсах обязательно должны быть связаны, 86.91kb.
ГИББСА ЭНЕРГИЯ (изобарно-изотермический потенциал, свободная энтальпия), один из потенциалов термодинамических; характеристическая функция термодинамич. системы при независимых параметрах р (давление), Т (термодинамич. темп-pa) и N (число ч-ц в системе). Обозначается G (иногда Z, Ф), определяется через энтальпию Н, энтропию S и темп-ру Т равенством: G=H-TS. С Гельмгольца энергией F Г. э. связана соотношением: G=F+pV. Г. э. пропорц. числу ч-ц N; отнесённая к одной ч-це, она наз. химическим потенциалом. Г. э. удобна для описания процессов, в к-рых возможен обмен в-вом с окружающими телами. Понятие «Г. э.» введено в термодинамику амер. физиком Дж. У. Гиббсом В (1874). изотермическом равновесном процессе, происходящем при пост. давлении, убыль Г. э. системы равна полной работе системы за вычетом работы против внеш. давления (т. е. равна макс. полезной работе). Г. э. выражают обычно в кДж/моль или кДж/кг.
ГИГА... (от греч. gigas — гигантский), приставка к наименованию ед. физ. величины для образования наименования кратной единицы, равной 109 исходных ед. Обозначения: Г, G. Пример: 1 ГГц (гигагерц)=109 Гц.
ГИГАНТСКИЙ РЕЗОНАНС, широкий максимум в зависимости сечения ядерных реакций от энергии возбуждения ядра в результате его вз-ствия с налетающей ч-цей или -квантом (рис.).
Идеализированное изображение Ml, El, Е20 (изоскалярных) и Е21изовекторного) резонансов.
Наблюдается у всех ядер (за исключением дейтрона). Впервые Г. р. наблюдался в фотоядерных реакциях (1947). Наиболее изучен дипольный Г. р. В рамках коллективных моделей ядра он объясняется возникновением в ядре перем. электрич. дипольного момента в результате колебаний протонов и нейтронов друг относительно друга. Энергия Г. р.
ОБОЗНАЧЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИГАНТСКИХ РЕЗОНАНСОВ (Гм — ЭНЕРГИЯ, СООТВЕТСТВУЮЩАЯ МАКСИМУМУ СЕЧЕНИЯ)
плавно убывает с ростом массового числа А. Ширина Г. р. Г определяется временем затухания колебаний. Она сильно зависит от формы ядра и изменяется от ~ 4 МэВ для сферич. ядер до 6—8 МэВ для сильно деформиров. ядер. Для лёгких ядер Г. р. имеет тонкую структуру; для средних и тяжёлых сферич. ядер Г. р. имеет форму широкого максимума, для сильно деформированных ядер Г. р. расщепляется на два максимума, соответствующих дипольным колебаниям параллельно и перпендикулярно оси симметрии эллипсоидального ядра.
Помимо фотояд. реакций, Г. р. обнаружен в реакциях с участием эл-нов, протонов, -частиц, ионов 3He+,6Li+ , в радиац. захвате пи-мезонов и др. Наряду с электрич. дипольным Г. р. наблюдались более слабо выраженные: электрический, квадрупольный (Е2), электрический октупольный (Е3), электрический монопольный (Е0) и магнитные (M1 и М2) Г. р. Различают изоскалярный (с изотопическим спином 0) и изовекторный (с изотопич. спином 1) Г. р., соответствующие синфазным (индекс 0) и противофазным (индекс 1) колебаниям протонов относительно нейтронов в ядре (см. табл.).
• См. лит. при ст. Ядерные реакции.
Г. М. Гуревич.
ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ (от греч. hygros — влажный и skopeo — наблюдаю), свойство материалов поглощать (сорбировать) влагу из воздуха. Г. обладают смачиваемые водой (гидрофильные; см. Гидрофильность и гидрофобность) материалы капиллярно-пористой структуры (напр., древесина), в тонких капиллярах к-рых происходит конденсация влаги (см. Капиллярная конденсация), а также хорошо растворимые в воде в-ва (поваренная соль, сахар, концентриров. серная к-та), особенно хим. соединения, образующие с водой кристаллогидраты. Кол-во поглощённой в-вом влаги (гигроскопич. влажность) возрастает с увеличением влагосодержания воздуха и достигает максимума при относит. влажности 100%.
ГИДРАВЛИКА (от греч. hydor — вода и aulos — трубка), наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики. В отличие от гидромеханики, в Г. устанавливают приближённые зависимости, ограничиваясь во мн. случаях рассмотрением одномерного движения и широко используя при этом эксперимент как в лабораторных, так и в натурных условиях.
В Г. изучают движение капельных жидкостей, считая их обычно несжимаемыми. Однако выводы Г. применимы и к газам в тех случаях, когда их плотность можно практически считать постоянной. Рассматривая гл. обр. т. н. внутр. задачу, т. е. движение жидкости в тв. границах, Г. почти не касается вопроса о распределении силового воздействия на поверхность обтекаемых тел. Г. обычно разделяют на две части: теор. основы Г., где излагаются важнейшие положения учения о равновесии и движении жидкостей, и практич. Г., где эти положения применяются для решения частных вопросов инженерной практики. Осн. разделы практич. Г.: течение по трубам (Г. трубопроводов), течение в каналах и реках (Г. открытых русел), истечение жидкости из отверстий и через водосливы, движение в пористых средах (фильтрация). Во всех разделах Г. рассматривается как установившееся (стационарное), так и неустановившееся (нестационарное) движение жидкости. При этом осн. исходными ур-ниями явл. Бернулли уравнение, неразрывности уравнение и ф-лы для определения потерь напора.
В Г. трубопроводов рассматриваются способы определения размеров труб, необходимых для обеспечения заданного расхода жидкости при заданных условиях и для решения ряда вопросов, возникающих при проектировании и строительстве трубопроводов разл. назначения (водопроводы, напорные трубопроводы гидроэлектростанций, нефтепроводы и пр.); исследуется вопрос о распределении скоростей в трубах, что имеет большое значение для расчётов теплопередачи, устройств пневматич. и гидравлич. транспорта, при измерении расходов и т. д. Теория неустановившегося движения в трубах используется при исследовании явления гидравлического удара.
В Г. открытых русел изучают течение воды в каналах и реках. Здесь рассматриваются способы определения глубины воды в каналах при заданном расходе и уклоне дна, применяемые при проектировании судоходных, оросит., гидроэнергетич. и др. каналов, при выправительных работах на реках и пр. При этом исследуют также вопрос о распределении скоростей по сечению
116
потока, что существенно для гидрометрии, расчёта движения наносов и пр.
В разделах Г., посвящённых истечению жидкости из отверстий и через водосливы, приводятся расчётные зависимости для определения необходимых размеров отверстий в разл. резервуарах, шлюзах, плотинах, водопропускных трубах и т. д., а также для определения скоростей истечения жидкостей и времени опорожнения резервуаров. Гидравлич. теория фильтрации даёт методы расчёта дебита и скорости течения жидкости в разл. условиях безнапорного и напорного потоков (фильтрация воды через плотины, фильтрация нефти, газа и воды в пластовых условиях, фильтрация из каналов, приток к грунтовым колодцам и пр.). В Г. исследуется также движение наносов в открытых потоках и пульпы в трубах, методы гидравлич. измерений, моделирование гидравлич. явлений и нек-рые др. вопросы.
Практич. значение Г. возросло в связи с потребностями совр. техники в решении вопросов транспортировки разл. жидкостей и газов и др. проблем, требующих учёта вязкости жидкостей, их неоднородности и т. п. Г. постепенно превращается в один из прикладных разделов общей науки о движении жидкостей — механики жидкости.
• Альтшуль А. Д., Киселев П. Г., Гидравлика и аэродинамика, 2 изд., М., 1975; Чугаев Р. Р., Гидравлика, 3 изд., Л., 1975; Емцев Б. Т., Техническая гидромеханика, М., 1978.
А. Д. Альтшуль.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР, явление резкого изменения давления в жидкости, вызванное быстрым (мгновенным) изменением скорости её течения в напорном трубопроводе (напр., при быстром перекрытии трубопровода запорным устройством).
Увеличение давления при Г. у. определяется в соответствии с теорией Н. Е. Жуковского по ф-ле:
р=(v0-v1)c,
где Ар — увеличение давления в Па, — плотность жидкости в кг/м3, v0 и v1 — ср. скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки в м/с, с — скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода. При абсолютно жёстких стенках с равна скорости звука а в жидкости (в воде «=1400 м/с). В трубах с упругими
стенками
где D и
б — диаметр и толщина стенок трубы, Е и — модули упругости материала стенок трубы и жидкости. При очень большом увеличении давления Г. у. может вызвать аварии. Для их предупреждения на трубопроводах устанавливают предохранит. устройства (уравнительные резервуары, возд. колпаки, вентили и др.).
• Жуковский Н. Е., О гидравлическом ударе в водопроводных трубах, М.—Л., 1949; Картвелишвили Н. А., Динамика напорных трубопроводов, М., 1979.
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, сопротивление движению жидкостей (и газов) по трубам, каналам и т. д.. обусловленное их вязкостью.
См. Гидродинамическое сопротивление.
ГИДРОАКУСТИКА (от греч. hydor— вода и акустика), раздел акустики, в к-ром с целью подводной локации, связи и т. п. изучается распространение звук. волн в водной среде (в океанах, морях, озёрах и т. д.). Особенность подводных звуков — их слабое затухание, вследствие чего под водой звук может распространяться на значительно большие расстояния, чем, напр., в воздухе. Так, в диапазоне частот 500—2000 Гц дальность распространения под водой звука ср. интенсивности достигает 15—20 км, а в диапазоне УЗ частот — 3—5 км. Звук мог бы распространяться и на значительно большие расстояния, однако в естеств. условиях, кроме затухания, обусловленного вязкостью воды, ослабление звука происходит за счёт рефракции звука и его рассеяния и поглощения разл. неоднородностями среды. Рефракция звука вызывается неоднородностью св-в воды, гл. обр. по вертикали, вследствие
Рис. 1. Рефракция звука в воде: а — летом; б — зимой; слева — изменение скорости с глубиной.
изменения с глубиной гидростатич. давления, солёности и темп-ры в результате неодинакового прогрева массы воды солнечными лучами. В результате скорость распространения звука изменяется с глубиной, причём закон изменения зависит от времени года (рис. 1), времени дня, глубины водоёма и ряда др. причин; напр., зимой дальность распространения звука больше, чем летом. Из-за рефракции образуются т. н. зоны тени (мёртвые зоны — рис. 1, а), т. е. области, расположенные недалеко от источника, в к-рых слышимость отсутствует.
Рефракция, однако, может приводить не только к уменьшению, но и к увеличению дальности распространения звука (сверхдальнее распространение звука под водой). На нек-рой глубине под поверхностью воды находится слой, в к-ром звук распространяется с наименьшей скоростью; выше скорость звука увеличивается из-за повышения
темп-ры, а ниже — вследствие увеличения гидростатич. давления с глубиной. Этот слой представляет собой своеобразный подводный звуковой канал. Луч, отклонившийся от оси канала вверх или вниз, вследствие рефракции возвращается в него обратно (рис. 2). Если поместить источник и приёмник звука в этом слое, то даже звук ср. интен-
Рис. 2. Распространение звука в подводном звук. канале: а — изменение скорости звука с глубиной; б — ход лучей в звук. канале.
сивности (напр., звуки взрыва небольших зарядов массой 1—2 кг) может быть зарегистрирован на расстояниях в сотни и тысячи км.
На распространение звука высокой частоты, в частности ультразвука, когда длины волн очень малы, оказывают влияние мелкие неоднородности, обычно имеющиеся в естеств. водоёмах: микроорганизмы, пузырьки газов и т. д. Они поглощают и рассеивают энергию звук. волн. В результате с повышением частоты звук. колебаний дальность их распространения сокращается. Особенно сильно этот эффект заметен в поверхностном слое воды, где больше всего неоднородностей. Рассеяние звука неоднородностями, а также неровностями поверхности воды и дна вызывает явление подводной реверберации, к-рая явл. значит. помехой для ряда практич. применений Г., в частности для гидролокации. Пределы дальности распространения подводного звука лимитируются также т. н. собств. шумами моря, с одной стороны, возникающими от ударов волн на поверхности воды, от морского прибоя, от шума перекатываемой гальки и т. п., а с другой стороны, связанными с морской фауной (звуки, производимые рыбами и др. морскими животными).
Г. получила широкое практич. применение, т. к. никакие виды эл.-магн. волн, включая и световые, не распространяются в воде (вследствие её значит. электропроводности) на сколько-нибудь значит. расстояния, поэтому звук явл. единств. возможным средством получения информации и средством связи под водой. Для этих целей пользуются как звук. частотами от 300 до 16 000 Гц, так и ультразвуковыми от 16 000 Гц и выше. Наиболее широко в Г. применяются эхолоты и гидролокаторы, к-рыми пользуются для навигац. целей (плавание вблизи скал, рифов и др.), для рыбопромысловой разведки, поисковых работ, для решения военных задач (по-
117
иски подводных лодок противника, бесперископная торпедная атака и т. д.). Пассивным средством подводного наблюдения служит шумопеленгатор.
• Бреховских Л. М., Волны в слоистых средах, М., 1957; Подводная акустика, пер. с англ., т. 1—2, М., 1965—70; С т а ш к е в и ч А. П., Акустика моря, Л., 1986; Толстой И., К л е й К. С., Акустика океана, пер. с англ., М., 1969.
Р. Ф. Швачко.
ГИДРОАЭРОМЕХАНИКА (от греч. hydor — вода, aer — воздух и механика), раздел механики, посвящённый изучению равновесия и движения жидких и газообразных сред и их вз-ствия между собой и обтекаемыми ими тв. телами.
Развитие Г. протекало в тесной связи с запросами практики — мореплавания и военного дела. Ещё в 3 в. до н. э. были открыты законы гидростатики, послужившие основой теории равновесия жидкости и плавания тел. Законы сопротивления, определявшие силы, действующие на тело при его движении в жидкости (в т. ч. из-за вязкости) и впервые теоретически сформулированные И. Ньютоном (1687), открыли путь для создания теор. гидродинамики. Ур-ния движения идеальной жидкости (Эйлера уравнения гидродинамики) позволяют решить мн. задачи Г. аналитич. методами и в ряде случаев дают правильное представление об общей картине движения жидкостей и газов. Но движение реальных сплошных сред, обладающих вязкостью и теплопроводностью, подчиняется более сложным Навье — Стокса уравнениям, решение к-рых в общем виде представляет большие трудности. Поэтому главную роль при получении практич. результатов продолжает играть предложенная нем. учёным Л. Прандтлем теория пограничного слоя, согласно к-рой всё действие вязкости и теплопроводности сказывается лишь в тонком слое жидкости или газа, примыкающем к обтекаемой поверхности. Вне этого слоя течение описывается ур-ниями идеальной жидкости, а внутри него — ур-ниями Навье — Стокса, преобразующимися в более простые ур-ния, поддающиеся аналитич. или численному решению.
Такой приём разделения течения па невязкую и вязкую части применим и к изучению движения сжимаемых сплошных сред (газов), легко изменяющих свой объём, а следовательно и плотность, под действием сил давления или при изменении темп-ры (в отличие от несжимаемых жидкостей). Раздел Г., в к-ром изучается движение сжимаемых сплошных сред, наз. газовой динамикой.
Создание воздушно-реактивных двигателей, ракетных двигателей на жидком и твёрдом топливе, наступление эры косм. полётов, увеличение скоростей атомных подводных лодок, появление мировой службы погоды с использованием ИСЗ и др. элементы техн. и науч. прогресса 20 в. подняли значение Г.
Совр. Г.— разветвлённая наука, состоящая из мн. разделов и тесно связанная с др. науками, прежде всего с физикой, математикой и химией. Движение несжимаемых жидкостей изучается в гидродинамике, а газов и их смесей, в т. ч. воздуха,— в газовой динамике и аэродинамике. Разделами Г. явл. теория фильтрации и теория волн. движения жидкости. Техн. приложения Г. изучаются в гидравлике и прикладной газовой динамике, а приложения законов Г. к изучению климата и погоды исследуются в динамич. метеорологии.
Методами Г. решаются самые разнообразные техн. задачи во мн. областях науки и техники: в авиации, артиллерии и ракетостроении, кораблестроении и энергомашиностроении, при добыче нефти и газа и строительстве нефте- и газопроводов, при создании хим. аппаратов и в металлургии, при изучении биол. процессов (дыхание, кровообращение), в гидротехн. строительстве, в теории горения, в метеорологии и гляциологии, в исследованиях загрязнения окружающей среды и т. д.
Первая осн. задача Г.— определение сил, действующих на движущиеся в жидкости или газе тв. тела и их элементы, и определение наивыгоднейшей формы тел. Знание этих сил даёт возможность найти потребную мощность двигателей, приводящих тело в движение, и законы движения тел. Вторая осн. задача — профилирование (определение наивыгоднейшей формы) проточных каналов разл. газовых и жидкостных машин: реактивных двигателей самолётов и ракет, газовых, водяных и паровых турбин электростанций, центробежных и осевых компрессоров и насосов и др. Третья задача состоит в определении параметров газа или жидкости вблизи поверхности тв. тел для учёта силового, теплового и физ.-хим. воздействия на них со стороны потока газа или жидкости. Эта задача относится как к обтеканию тел жидкостью или газом, так и к течению жидкостей и газов внутри каналов разной формы. Четвёртой задачей явл. исследование движения воздуха в атмосфере и воды в морях и океанах, к-рое производится в геофизике (метеорология, физика моря) с помощью методов и ур-ний Г. К ней примыкают задачи о распространении взрывных и ударных волн и струй реактивных двигателей в воздухе и воде.
Решение практич. задач Г. в разл. отраслях техники производится как эксперим. методами, базирующимися на подобия теории, так и расчётно-теор. методами. Совр. техника приходит к таким областям параметров
невозможно создать условия для полного эксперим. исследования течения на моделях. Тогда в эксперименте производится частичное моделирование, т. е. исследуются отдельные физ. явления в движущемся газе или жидкости, имеющие место в действительном течении, определяется физ. модель течения и находятся необходимые эксперим. зависимости между характерными физ. параметрами. Теор. методы, основанные на точных или приближённых ур-ниях, описывающих течение, позволяют объединить, используя данные эксперимента, все существенные физ. явления, имеющие место в движущемся газе или жидкости, и найти параметры течения с учётом всех этих явлений для данной конкретной задачи. Теор. методы стали значительно эффективней с появлением быстродействующих ЭВМ. Применение ЭВМ для решения задач Г. изменило и методы их решения. При использовании ЭВМ решение производится часто прямым интегрированием исходной системы ур-ний, описывающей движение жидкости или газа и все физ. процессы, сопровождающие это движение.
• Седов Л. И., Механика сплошной среды, 3 изд., т. 1—2, М., 1976; Л о й ц я н с к и й Л. Г., Механика жидкости и газа, 5 изд., М., 1978; Прандтль Л., Гидроаэромеханика, пер. с нем., М., 1949.
С. Л. Вишневецкий.
ГИДРОДИНАМИКА (от греч. hydor — вода и динамика), раздел гидроаэромеханики, в к-ром изучается движение несжимаемых жидкостей и их вз-ствие с тв. телами. Г.— исторически наиболее ранний и сильно развитый раздел механики жидкостей и газов, поэтому иногда Г. не вполне правомерно наз. всю гидроаэромеханику или относят к Г. проблемы, составляющие предмет газовой динамики, где изучается движение сжимаемых сред.
Физ. св-вами жидкостей, лежащими в основе построения теор. моделей, явл. непрерывность, или сплошность, т. е. непрерывное распределение в пр-ве физ. параметров, характеризующих жидкость, и лёгкая подвижность, или текучесть, т. е. слабое противодействие жидкостей даже сколь угодно малым силам, вызывающим относит. скольжение ч-ц жидкости. В то же время большинство жидкостей оказывает значит. сопротивление сжатию, и они практически не изменяют свой объём под действием всесторонних сил давления, нормальных к поверхности, ограничивающей рассматриваемый объём. В теор. Г. для описания движения несжимаемой жидкости, обладающей сплошностью и текучестью, а также вязкостью, характеризующей внутр. трение в жидкости, пользуются неразрывности уравнением и Навье — Стокса уравнениями, к-рые явл. следствием применения законов сохранения массы и кол-ва движения к элем. объёму жидкости. Решение этих ур-ний в общем случае
118
сложно и может быть доведено до конца лишь в отдельных частных случаях и при след. упрощающих предположениях: отсутствие вязкости (идеальная жидкость — см. Эйлера уравнения гидродинамики), малая вязкость (воздух, вода), безвихревое, или потенциальное течение, установившееся, плоское, осесимметричное, одномерное движение (уменьшение числа независимых переменных соотв. до трёх — х, у, z или х, у, t, двух — х, у или х, t и одной — х). В случае турбулентного течения, характеризуемого интенсивным перемешиванием отдельных элем. объёмов жидкости и связанным с этим переносом массы, кол-ва движения и кол-ва теплоты, пользуются моделью «осреднённого» по времени движения, что позволяет описать осн. черты турбулентного течения жидкости и решать прикладные задачи. В этом, как и в др. случаях решения задач Г., широко применяется гидродинамич. эксперимент, основанный на подобия теории и использующий подобия критерии. Методы Г. позволяют рассчитать скорость, давление и др. параметры жидкости в любой точке занятого жидкостью пр-ва в любой момент времени. Это даёт возможность определить силы давления и трения, действующие на движущееся в жидкости тело или на стенки канала (русла), являющиеся границами для движущегося потока жидкости.
Разделами Г., как составной части гидроаэромеханики, явл. теория фильтрации, теория волновых движений жидкости, теория вихрей, теория кавитации, теория глиссирования. Равновесие плавающих тел, составляющее основу теории корабля, рассматривается в гидростатике. Движение электропроводных жидкостей в присутствии магн. нолей изучает магнитная гидродинамика. Методы Г. позволяют успешно решать задачи гидравлики, гидрологии, гидротехники, расчёта гидротурбин, насосов, трубопроводов и др.
• Л а м б Г., Гидродинамика, пер. с англ., М.— Л., 1947; Б и р к г о ф Г., Гидродинамика, пер. с англ., М., 1963; С е д о в Л. И., Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики, 2 изд., М., 1966; его же, Механика сплошной среды, 3 изд., т. 1—2, М., 1976; Лойцянский Л. Г., Механика жидкости и. газа, 5 изд., М., 1978.
С. Л, Вишневецкий.