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

Э
ЭВАПОРОГРАФИЯ (от лат. evaporo — испаряю и греч. grapho — пи­шу), метод получения изображений объектов в их собственном (обычно ИК) тепловом излучении. Предложен нем. физиком М. Черни в 1929. Метод Э. основан на испарении летучей жидкости с зачернённой мембраны 3 (рис.) в вакуумной камере 4 (или, наоборот, на конденсации на мембране жидкости из паров, заранее введён­ных в камеру). Объект 1 проецируют объективом 2 на мембрану 3, а изобра­жение объекта получают в виде жид­костного рельефа 5, соответствующего различиям испарения (или конденса­ции) в разных точках мембраны, и либо рассматривают его в интерференц. цветах, либо фотографируют.



^ Схема получения изображения в эвапорографии.


Область спектра, в к-рой можно использовать Э., зависит от св-в объектива и др. элементов аппаратуры и от выбора зачерняющего покрытия мембраны; на практике удаётся получать изоб­ражения в ИК области до длин волн 10 мкм. Э. применяется для наблюде­ния и фотографирования в темноте, регистрации собственного ИК излу­чения тел, дистанционного измерения темп-ры и её распределения на поверхности объекта (в т. ч. в медицин­ской диагностике), визуализации пуч­ков от ИК лазеров и др.

• Фаерман Г. П., Получение изоб­ражений в далекой инфракрасной области спектра методом эвапорографии, «Журнал научной и прикладной фотографии и кине­матографии», 1963, т. 8, № 2.

^ А. Л. Картужанский.

ЭЙКОНАЛ (от греч. eikon — изоб­ражение) в геометрич. оптике, функ­ция, определяющая оптич. длину пути луча света между двумя произ­вольными точками, одна из к-рых А принадлежит пространству предметов (объектов), другая А' — пространству изображений (см. Изображение опти­ческое). В зависимости от выбора пара­метров различают: точечный Э., или Э. Гамильтона (гамильтонова характеристич. функция от координат х, у, z; х', у', z' точек А и А'); угловой Э. Брунса (ф-ция угловых коэфф. , ; ',' луча); более сложный Э. Шварцшильда и ряд др. Применение Э. при расчётах оптич. систем даёт воз­можность, дифференцируя его по оп­редел. параметрам, найти выражения для нек-рых осн. аберраций оптичес­ких систем. Ф-ции, наз. Э., широко используются в электронной и ионной оптике в рамках общей аналогии, существующей между нею и классич. оптикой, а также при описании про­цессов рассеяния ч-ц и волн в квант. механике и квант. теории поля (эйкональное приближение), где тоже воз­никают аналогии с оптикой.

• Борн М., Вольф Э., Основы оп­тики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973.

^ ЭЙЛЕРА УРАВНЕНИЯ, 1) в ме­ханике — динамич. и кинематич. ур-ния, используемые в механике при изучении движения тв. тела; даны Л. Эйлером (L. Euler; 1765).

Динамические Э. у. пред­ставляют собой дифф. ур-ния движе­ния тв. тела вокруг неподвижной точки и имеют вид:



где Ix., Iу, Iz— моменты инерции тела относительно гл. осей инерции, прове­дённых из неподвижной точки; х, у, z — проекции мгновенной угл. скорости тела на эти оси; Мх, Мy, Mz — гл. моменты сил, действующих на тело, относительно тех же осей; 'х, 'y, 'z— производные по вре­мени от х, у, z.

Кинематические Э. у. дают выражения х, у, z через Эйлеро­вы углы , ,  и имеют вид:



Система ур-ний (1) и (2) позволяет, зная закон движения тела, определить момент действующих на него сил и, наоборот, зная действующие на те­ло силы, определить закон его движе­ния.

859


2) В гидродинамике — дифф. ур-ния движения идеальной жидко­сти в переменных Эйлера. Если давле­ние р, плотность , проекции скоростей ч-ц жидкости u, v, w и проекции дей­ствующей объёмной силы X, У, Z рассматривать как ф-ции координат х, у, z точек пр-ва и времени t (перемен­ные Эйлера), то Э. у. в проекциях на оси прямоугольной декартовой систе­мы координат будут:



Решение общей задачи гидромеха­ники в переменных Эйлера сводится к тому, чтобы, зная X, Y, Z, а также начальные и граничные условия, опре­делить u, v, w, р,  как функции х, у, z и t. Для этого к Э. у. присое­диняют ур-ние неразрывности в пере­менных Эйлера



В случае баротропной жидкости, у к-рой плотность зависит только от давления, 5-м ур-нием будет ур-ние состояния =(р) (или =const, ког­да жидкость несжимаема).

Э. у. пользуются при решении разнообразных задач гидромеханики.

• Бухгольц Н. Н., Основной курс теоретической механики, 6 изд., ч. 2, М., 1972, §14, 16; Лойцянский Л. Г., Механика жидкости и газа, 5 изд., М., 1978.

С. М. Тарг.

^ ЭЙЛЕРА ЧИСЛО (по имени Л. Эй­лера), один из подобия критериев движения жидкостей или газов. Харак­теризует соотношение между силами давления, действующими на элем. объём жидкости или газа, и инерцион­ными силами. Э. ч. Eu=2(р2-p1/v2 (иногда 2р/v2), где р2, р1 — дав­ления в двух характерных точках потока (или движущегося в нём тела), v2/2 — скоростной напор,  — плотность жидкости или газа, v — ско­рость течения (или скорость тела). Если при течении жидкости имеет ме­сто кавитация, то аналогичный кри­терий наз. числом кавитации = 2(р0- рн)/v2) где p0 — характерное давление, рн— давление насыщ. па­ров жидкости. В сжимаемых газовых потоках Э. ч. в форме Eu=2p/v2 связано с др. критериями подобия — Маха числом М и отношением уд. теплоёмкостей среды  ф-лой Eu=2/М2, где =cp/cv (cp — уд. теп­лоёмкость при пост. давлении, сv — то же при пост. объёме).

^ ЭЙЛЕРОВЫ УГЛЫ, три угла ,  и , определяющие положение тв. тела, имеющего неподвижную точку О (напр., гироскопа), по отношению к неподвижным прямоуг. осям Ох1у1z1. Если с телом жёстко связать прямоуг. оси Oxyz (рис.) и обозначить линию пересечения плоскостей Оx1y1 и Оху через OR (линия узлов), то Э. у. будут: угол собственного вращения =КОх (угол поворота вокруг оси Oz), угол прецессии =x1ОК (угол по­ворота вокруг оси Oz1) и угол нутации =z1Oz (угол поворота вокруг ли­нии узлов ОК); положительные на­правления отсчёта углов показаны на рисунке дуговыми стрелками



. Поло­жение тела будет определяться одно­значно, если считать углы  и  изме­няющимися от 0 до 2я, а угол  от 0 до . Э. у. широко пользуются в динамике тв. тела, в частности в те­ории гироскопа, и в небесной меха­нике.

ЭЙНШТЕЙН (Э, Е), единица энергии, применяемая иногда в фотохимии. Названа в честь А. Эйнштейна (А. Einstein). 1Э — суммарная энергия квантов монохроматич. излучения, число к-рых равно Авогадро постоян­ной. Размер ед. изменяется в зависи­мости от длины волны света (частоты излучения).

^ ЭЙНШТЕЙНА ЗАКОН ТЯГОТЕНИЯ, см. Тяготение.

ЭЙНШТЕЙНА КОЭФФИЦИЕНТЫ, характеризуют вероятности излучат. квантовых переходов. Введены А. Эйнштейном в 1916 при рассмотрении теории испускания и поглощения излучения атомами и молекулами на основе представления о фотонах; при этом им впервые была высказана идея существования вынужденного излу­чения. Вероятности спонтанного ис­пускания (см. Спонтанное излучение), поглощения и вынужденного испус­кания характеризуются соответст­венно коэфф. Aki, Bik и Bki (индексы указывают на направление перехода между верхним ξk и нижним ξi уров­нями энергии). Эйнштейн одновре­менно дал вывод Планка закона излу­чения путём рассмотрения термоди­намич. равновесия в-ва и излучения и получил соотношения между Э. к. (см. Тепловое излучение). • Эйнштейн А., Испускание и по­глощение излучения по квантовой теории, в его кн.: Собр. науч. трудов, т. 3, М., 1966, с. 386; К квантовой теории излучения, там же, с. 393.

^ ЭЙНШТЕЙНА — ДЕ ХААЗА ЭФ­ФЕКТ, при намагничивании тела вдоль нек-рой оси тело получает относительно этой оси механич. мо­мент, пропорц. приобретённой намаг­ниченности. Эффект эксперимен­тально открыт и теоретически объяс­нён А. Эйнштейном и голл. физиком В. де Хаазом (1915); см. Магнитомеханические явления.

^ ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ ПРИНЦИП, утверждение, согласно к-рому поле тяготения в небольшой области пр-ва и времени (в к-рой его можно считать однородным и постоянным во време­ни) по своему проявлению тождест­венно ускор. системе отсчёта. Э. п. доказан экспериментально с большой точностью. См. Тяготение.

^ ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ПОВЕРХ­НОСТЬ, поверхность, все точки к-рой имеют один и тот же потенциал. Напр., поверхность проводника в электростатике — Э. п.

ЭКЗОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ, ис­пускание эл-нов холодной металлич. поверхностью при механич. воздей­ствии на неё и растрескивании. От­крыта нем. физиком И. Крамером в 40-х гг. 20 в. Одно из объяснений Э. э. состоит в том, что энергия, необходи­мая для вылета экзоэлектрона из металла, освобождается при переходе атома из слабо связанного состояния в более сильно связанное состояние на поверхности. Э. э. используется как показатель радиац. повреждений или радиац. облучения, а также при исследовании развития трещин в тв. телах, особенно в ходе усталости, а также для изучения процессов адсорб­ции и хим. реакций на поверхностях твёрдых тел.

• Рабинович Э., Экзоэлектроны, пер. с англ., «УФН», 1979, т. 127, в. 1, с. 163.

ЭКСА... (от греч. hex — шесть; оз­начает шестую степень тысячи), при­ставка к наименованию ед. физ. вели­чины для образования наименования кратной единицы, равной 1018 от ис­ходной ед. Обозначения: Э или Е. Пример: 1 Эм (эксаметр) = 1018 м=1015 км=0,1 светового года.

^ ЭКСИМЕРНЫЕ ЛАЗЕРЫ, газовые лазеры, работающие на переходах между электронными уровнями эксимерных молекул (молекул, существующих только в электронно-возбуждённом состоянии). Нижний уровень лазерного перехода является т. н. «отталкивательным» (невозбуж­дённые атомы отталкиваютсл друг от друга и не образуют молекулу).




Зависимость энергии ξ эксимерной моле­кулы от расстояния R между составляющими её атомами X и Y: верх. кривая — для верх. лазерного уровня, нижняя — для ниж. уровня.


Энер­гия верх. уровня лазерного перехода (один из атомов X* возбуждён) имеет минимум, соответствующий образо­ванию эксимерной молекулы (рис.). При наличии в газе нек-рого кол-ва

860


эксимерных молекул, создаваемых накачкой, инверсия населённостей возникает благодаря эфф. опустоше­нию ниж. уровня за счёт разлёта ядер. Быстрое опустошение ниж. уровня обусловливает аномально большую ширину линий усиления Э. л. (~10-2—10-1 эВ).

В Э. л. используются двухатомные эксимерные молекулы — короткоживущие соединения атомов инертных га­зов друг с другом, с галогенами или с кислородом (см. табл.). Излучение этих молекул соответствует видимой или УФ областям спектра. Это объяс­няет интерес к Э. л. как к источникам УФ когерентного излучения. Аномаль­но большая ширина линии усиления открывает возможность перестройки частоты генерации.

^ ПАРАМЕТРЫ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЭКСИМЕРНЫХ ЛАЗЕРОВ



Активная среда Э. л. состоит из инертного газа при атмосферном или несколько большем давлении с возмож­ными малыми добавками галогенсодержащих молекул (давление р10-2 атм). Эксимерные молекулы об­разуются в результате протекания след. процессов:

R*+Х2RХ*Х, (1)

R*+2RR*2+R, (2)

где R — атом инертного газа, Х2 — молекула галогена (звёздочка озна­чает электронно-возбуждённое состо­яние). В силу малых времён жизни активных молекул (~10-8 с), малости Я и большой ширины линии усиления для осуществления генерации требу­ется создать достаточно высокую концентрацию эксимерных молекул. Это достигается за счёт использова­ния мощных импульсных источников возбуждения — мощных электронных пучков или импульсного поперечного разряда, к-рый обычно для обеспече­ния объёмной однородности предва­рительно инициируют маломощным электронным пучком или фотоионизирующим УФ излучением.

Наиболее эффективны и хорошо изучены Э. л. на ArF, KrF, XeF. Вы­ходная энергия этих лазеров при воз­буждении электронным пучком или электрич. разрядом, инициируемым электронным пучком, достигает неск.

сот Дж при кпд 10% и длительности импульса ~10-8 с. При возбуждении импульсным электрич. разрядом кпд ~1%, однако возможность реализа­ции импульсного режима с высокой частотой повторений (~104 Гц) делает такой способ возбуждения удобным. Ср. мощность генерации импульсных Э. л. с газоразрядным возбуждением достигает неск. десятков Вт. Угл. расходимость излучения при исполь­зовании резонатора спец. конструк­ции достигает дифракц. предела.

Высокая мощность и эффективность Э. л., малость длины волны и возмож­ность её перестройки с помощью па­раметрич. генераторов света и др. устройств (см. Нелинейная оптика) делают их перспективными. Э. л. используются для оптич. накачки ла­зеров на красителях. Они перспектив­ны для селективной лазерной фото­химии и лазерного разделения изото­пов, а также лазерного термояд. синтеза.

• Елецкий А. В., Эксимерные лазеры, «УФН», 1978, т. 125, в. 2, с. 279; Эксимер­ные лазеры, под ред. Ч. Роудза, пер. с англ., М., 1981.

^ А. В. Елецкий.

ЭКСИТОН (от лат. excito — возбуж­даю), квазичастица, соответствующая электронному возбуждению в кристал­ле диэлектрика или ПП, мигрирующе­му по кристаллу, но не связанному с переносом электрич. заряда и массы. Представление об Э. введено в 1931 Я. И. Френкелем. В мол. кристаллах (где вз-ствие между отд. молекулами значительно слабее, чем вз-ствие между атомами и эл-нами внутри моле­кулы) Э.— возбуждение электронной системы отд. молекулы. Благодаря межмолекулярным взаимодействиям оно распространяется по кристаллу в виде волны (Э. Френкеля).

Э. Ванье — Мотта представля­ет собой водородоподобное связанное состояние эл-на проводимости и дырки в полупроводнике. Энергии связи ξ* и эфф. радиусы а* Э. Ванье — Мотта можно оценить по ф-лам Бора для атома

водорода, учитывая, что эффективные массы эл-нов проводимости m*э и дырок m*д отличаются от массы свободного эл-на m0 и что кулоновское притяже­ние эл-на и дырки ослаблено диэлект­рич. проницаемостью :



m* =mэmд/(mэ+mд) — приведённая масса Э.,

е — заряд эл-на. Учёт сложной зон­ной структуры и вз-ствия эл-нов и ды­рок с фононами меняет порядок ве­личин ξ* и а*. Для Ge, Si и ПП типа АIIIВV и AIIBV обычно m* ~ 0,1m0, ~10; при этом ξ ~10-2 эВ и а* =10-6 см. Т. о., энергия связи Э. Ва­нье — Мотта во много раз меньше, чем энергия связи эл-на с протоном в атоме водорода, а радиусы Э. во много раз больше межат. расстояний в кристалле.

Большие значения а* означают, что в ПП Э.— макроскопич. образование. Эффективная масса, соответствующая движению его (как целого): М=mэ+mд. Для щёлочно-галоидных кри­сталлов и кристаллов благородных газов ξ*~1 эВ, а*~10-7—10-8 см; такие Э. занимают промежуточное положение между Э. Френкеля и Э. Ванье — Мотта. Образование Э. сопровождается деформацией элем. ячейки. Время жизни т Э. невелико: эл-н и дырка рекомбинируют с излу­чением фотона, обычно за время ~10-5—10-7 с. Кроме того, Э. может погибнуть безызлучательно, напр. при захвате дефектами решётки.

При малых концентрациях Э. ведут себя в кристалле подобно газу. При больших концентрациях становится существенным их вз-ствие и возможно образование связанного состояния двух Э.— экситонной молекулы (биэкситона). При достижении нек-рой критич. концентрации (зависящей от темп-ры) в ПП происходит «сжижение» экситонного газа — образование от­носительно плотной электронно-дырочной фазы (электронно-ды­рочных капель), обладающей металлич. св-вами. При этом расстоя­ние между ч-цами порядка радиуса Э. Электронно-дырочные капли обла­дают высокой плотностью (при малой средней по объёму концентрации Э.), большой подвижностью в неоднород­ных полях.

Э. состоит из двух фермионов, по­этому его можно рассматривать как бозон. Это означает, что в принципе возможна бозе-конденсация Э. (либо биэкситонов), приводящая к существо­ванию в кристалле потоков энергии, не затухающих в течение времени жизни Э. Однако это явление пока не наблюдалось.

• Н о к с Р., Теория экситонов, М., 1966; Гросс Е., Экситон и его движение в крис­таллической решетке, «УФН», 1962, т. 76, в. 3, с. 433; Агранович В. М., Тео­рия экситонов, М., 1968; Давыдов А. С., Теория молекулярных экситонов, М., 1968.

^ А. П. Силин.

ЭКСПОЗИЦИЯ (количество освеще­ния, световая экспозиция), поверх­ностная плотность световой энергии: отношение световой энергии dQ, пада­ющей на элемент поверхности dA , к площади этого элемента. Эквивалент­ное определение — произведение осве­щённости Е на длительность освеще­ния: H=dQ/dA= ∫Edt. Э. выражают в лк•с. Понятие Э. удобно приме­нять, если результат воздействия излучения накапливается во време­ни (напр., в фотографии). В системе энергетических фотометрических ве­личин аналогичная величина наз. энергетической экспозицией.

Д. Н. Лазарев.

^ ЭКСТЕНСИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ в термодинамике, параметры (объём, внутр. энергия, энтропия и др.), зна-

861


чения к-рых пропорц. массе термоди­намич. системы или её объёму (т. е. значение Э. п. системы равно сумме его значений для отд. частей системы).

^ ЭКСТИНКЦИИ ПОКАЗАТЕЛЬ, то же, что ослабления показатель.

ЭКСТИНКЦИЯ (от лат. exstinctio — гашение), ослабление пучка света при его распространении в в-ве за счёт действия поглощения света и рассеяния света. В общем случае ослабление пучка с нач. интенсивностью I0 может быть рассчитано по Бугера — Ламбер­та — Бера закону: I=I0e-l, где l — толщина поглощающего в-ва, а =+ — показатель Э. (ослабления показатель), равный сумме поглоще­ния показателя а и рассеяния показа­теля р. Показатель Э. имеет размер­ность обратной длины (м-1, см-1). Безразмерный коэффициент Э. равен сумме поглощения коэффициен­та и рассеяния коэффициента среды. Показатели и коэффициенты Э. раз­личны для разных длин волн света.

Л. Н. Капорский.

^ ЭКСТРАКЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗА­РЯДА в полупроводниках, обедне­ние приконтактной области ПП неос­новными носителями заряда при проте­кании тока через контакт ПП с метал­лом (см. Шотки барьер) или др. полу­проводником (см. Электронно-дыроч­ный переход, Гетеропереход) при запор­ном направлении приложенного на­пряжения U (плюс на n-области). Уменьшение концентрации n неосновных носителей по сравнению с равновесной n0 изменяется с расстоя­нием х до контакта экспоненциально:



где L — диффуз. длина носителей,

е — заряд носителей.

^ Э. М. Эпштейн.

ЭЛЕКТРЕТЫ, диэлектрики, длительно сохраняющие поляризованное состоя­ние после снятия внеш. воздействия, вызвавшего поляризацию, и создаю­щие электрич. поле в окружающем пр-ве (электрич. аналоги пост. магни­тов). Если в-во, молекулы к-рого обла­дают дипольным моментом, расплавить и поместить в сильное электрич. поле, то его молекулы частично выстроятся по полю. При охлаждении расплава в электрич. поле и последующем выклю­чении поля в затвердевшем в-ве пово­рот молекул затруднён, и они длитель­ное время сохраняют преимуществен­ную ориентацию (от неск. дней до мн. лет). Первый Э. был таким методом изготовлен япон. физиком Ёгучи (1922).

Остаточная поляризация может быть получена также в крист. в-ве за счёт ориентации в поле т. н. квазидиполей (две вакансии противопо­ложного знака, примесный ион вакансия и т. п.) или за счёт скопле­ния носителей заряда вблизи электро­дов. При изготовлении Э. в диэлектрик

могут переходить носители заряда из электродов или межэлектродного про­межутка. Носители могут быть созда­ны и искусственно, напр. облучением электронным пучком.

Стабильные Э. получены из аморф­ных восков и смол (пчелиный воск, парафин и т. д.), полимеров (полиметилметакрилат, поливинилхлорид, поликарбонат, политетрафторэтилен и др.), неорганич. поликрист. диэлект­риков (титанаты щёлочноземельных металлов, стеатит, ультрафарфор и др. керамич. диэлектрики), монокрист. неорганич. диэлектриков (щёлочногалоидные монокристаллы, напр. LiF; корунд; рутил), стёкол и ситаллов и др.

Стабильные Э. получают, нагревая, а затем охлаждая в сильном электрич. поле (термоэлектреты), осве­щая в сильном электрич. поле (фотоэлектреты), облучая радиоакт. излучением (радиоэлектреты), поляризацией в сильном электрич. поле без нагревания (электро­электреты) или в магн. поле (магнетоэлектреты), при засты­вании органич. р-ров в электрич. поле (криоэлектреты), механич. деформацией полимеров (механоэлектреты), трением (трибоэлектреты), действием поля коронного разряда (короноэлектреты). Все Э. имеют стабильный поверхностный заряд.

Э. применяют как источники пост. электрич. поля (электретные микро­фоны и телефоны, вибродатчики, ге­нераторы слабых перем. сигналов, электрометры, электростатич. вольт­метры и др.), а также как чувствит. датчики в устройствах дозиметрии, электрич. памяти; для изготовления барометров, гигрометров и газовых фильтров, пьезодатчиков и др. Фото­электреты применяются в электрофо­тографии.

• Губкин А. Н., Электреты, М., 1978; Фридкин В. М., Желудев И. С., Фотоэлектреты и электрофотографический процесс, М., 1960.

^ А. Н. Губкин.

^ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЁМКОСТЬ, ха­рактеристика проводника, количеств. мера его способности удерживать электрич. заряд. В электростатич. поле все точки поверхности провод­ника имеют один и тот же потенциал. Потенциал  (отсчитываемый от нуле­вого уровня на бесконечности) про­порц. заряду q проводника, т. е. от­ношение q к  не зависит от q. Это позволяет ввести понятие Э. ё. С уе­динённого проводника, к-рая равна отношению заряда проводника к потен­циалу: C=g/. Т. о., чем больше Э. ё., тем больший заряд может накопить проводник при данном . Э. ё. опре­деляется геом. размерами проводника, его формой и электрич. св-вами окру­жающей среды (её диэлектрической проницаемостью) и не зависит от ма­териала проводника. В частности, Э. ё. проводящего шара в вакууме в системе СГСЭ равна его радиусу. На­личие вблизи проводника др. тел изменяет его Э. ё., т. к. потенциал проводника зависит и от электрич. по­лей, создаваемых зарядами, наведён­ными в окружающих телах вследствие электростатической индукции.

В системе ед. СГСЭ Э. ё. измеряется в сантиметрах, в СИ — в фарадах: 1 Ф=9•1011 см.

Понятие Э. ё. относится также к системе проводников, в частности двух проводников, разделённых тонким слоем диэлектрика,— электрич. кон­денсатору. Э. ё. конденсатора (взаим­ная ёмкость его обкладок) С=q/(1-2), где q — заряд одной из об­кладок (заряды обкладок по абс. вели­чине равны), 1-2 — разность потен­циалов между обкладками. Э. ё. конден­сатора практически не зависит от на­личия окружающих тел и может дости­гать очень большой величины при ма­лых геом. размерах конденсаторов.

Г. Я. Мякишев.

^ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИЯ (D), векторная величина, характеризующая электрич. поле и равная сумме двух векторов разл. природы: напряжён­ности электрического поля Е — гл. хар-ки поля и поляризации среды Р, к-рая определяет электрич. состоя­ние в-ва в этом поле. В Гаусса системе единиц

D=E+4P, (1)

в СИ

D=0E+P, (1')

где 0 — размерная константа, наз. электрической постоянной или ди­электрич. проницаемостью вакуума.

В изотропном в-ве, не обладающем сегнетоэлектрич. св-вами, при слабых полях вектор поляризации прямо про­порц. напряжённости поля. В системе Гаусса

Р=еЕ, (2)

где е — пост. безразмерная величи­на, наз. диэлектрической восприимчи­востью. Для сегнетоэлектриков е зависит от Е, и связь между Р и Е становится нелинейной.

Подставив выражение (2) в (1), получим:

D =(1+4e)E=E. (3)

Величина

=1+4е (4)

наз. диэлектрической проницаемостью в-ва.

В системе СИ



Смысл введения вектора Э. и. со­стоит в том, что поток вектора D через любую замкнутую поверхность определяется только свободными заря­дами, а не всеми зарядами внутри объёма, ограниченного данной поверх­ностью, подобно потоку вектора Е. Это позволяет не рассматривать свя­занные (поляризационные) заряды и упрощает решение мн. задач.

Г. Я. Мякишев,

862


^ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ (0) (по старой терминологии — ди­электрич. проницаемость вакуума), физ. постоянная, входящая в ур-ния законов электрич. поля (см., напр., Кулона закон) при записи этих ур-ний в рационализованной форме, в соот­ветствии с к-рой образованы электрич. и магн. ед. Международной системы

единиц. 0=(0с2)-1=(107/4c2) Ф•м-1=8,85418782(7) •10-12 Ф•м-1, где 0— магнитная постоянная. В отличие от диэлектрич. проницаемо­сти  (зависящей от типа в-ва, темп-ры, давления и др. параметров), 0 зави­сит только от выбора системы ед. В СГС системе единиц (гауссовой) 0=1.

^ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ, на­пряжённость электрич. однородного поля Епр, при к-рой наступает эле­ктрический пробой в-ва. У слюды, кварца и др. «хороших» диэлектриков Ёпр~106—107 В/см; в очищенных и обезгаженных жидких диэлектриках Eпр~106В/см; в газах Э. п. зависит от давления и др. условий; для воздуха при норм. условиях и толщине слоя ~1 см Eпр~3•104 В/см (см. Элект­рические разряды в газах). У полупро­водников Епр изменяется в широких пределах от 106 В/см до долей В/см.

• См. лит. при ст. Диэлектрики.

^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ, электромагнитные колебания в ква­зистационарных цепях, размеры к-рых малы по сравнению с длиной эл.-магн. волны. Это позволяет не учитывать волнового характера процессов и опи­сывать их как колебания электрич. зарядов Q (в ёмкостных элементах цепи) и токов I (в индуктивных и диссипативных элементах) в соответ­ствии с ур-нием непрерывности: I=±dQ/dt. В случае одиночного колеба­тельного контура Э. к. описываются ур-нием:



где L — самоиндукция, С — ёмкость, R — сопротивление, ξ — внешняя

ЭДС.

М. А. Миллер.

^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ГА­ЗАХ, прохождение электрич. тока через газовую среду, сопровождаю­щееся изменением состояния газа. Многообразие условий, определяющих исходное состояние газа (состав, дав­ление и т. д.), внеш. воздействий на газ, материалов, форм и расположения электродов, конфигурации возникаю­щего в газе электрич. поля и т. п. приводит к тому, что существует мно­жество видов Э. р. в г., причём их законы сложнее, чем законы прохож­дения электрич. тока в металлах и электролитах. Э. р. в г. подчиняются Ома закону лишь при очень малой приложенной извне разности потен­циалов, поэтому их электрич. св-ва описывают с помощью вольтамперной хар-ки (рис. 1 и 3).

Газы становятся электропроводны­ми в результате их ионизации. Если Э. р. в г. происходит только при вы­зывающем и поддерживающем иони­зацию внеш. воздействии (при дейст­вии т. н. внеш. ионизаторов), его наз. несамостоят. разрядом. Э. р. в г., продолжающийся и после прекраще­ния действия внеш. ионизатора, наз. самостоят. разрядом.

Несамостоят. разряд при малом значении разности потенциалов ^ U между анодом и катодом в газе наз. тихим разрядом. При повышении U сила тока i тихого разряда сначала увеличивается пропорц. напряжению (участок кривой ОА на рис. 1), затем рост тока замедляется (участок кривой АВ) и, когда все заряж. ч-цы, возник­шие под действием ионизатора в ед. времени, уходят за то же время на катод и на анод, усиление тока с рос­том напряжения не происходит (уча­сток ВС). При дальнейшем росте на­пряжения ток снова возрастает и тихий разряд переходит в несамостоятель­ный лавинный разряд (участок СЕ). В этом случае сапа тока определяется как интенсивностью воздействия иони­затора, так и газовым усилением, к-рое зависит от давления газа и на­пряжённости электрич. поля в области, занимаемой разрядом.

Тихий разряд наблюдается при дав­лении газа порядка атмосферного. Внеш. ионизаторами могут быть: радиоакт. излучение, космические лучи, свет, пучки быстрых эл-нов и т. д. Ионизаторы двух последних типов используются (преим. в импульсном режиме) в нек-рых типах газовых лазеров.

Переход несамостоят. Э. р. в г. в самостоятельный характеризуется рез­ким усилением электрич. тока (точка ^ Е на кривой рис. 1) и наз. пробоем электрическим газа.



Рис. 1. Вольтамперная хар-ка тихого разряда.


Соответствующее напряжение Uз наз. напряжением зажигания (см. Зажигания потенциал). В случае однородного поля оно зависит от вида газа и от произведения давле­ния газа р на расстояние между элек­тродами d (рис. 2 и ст. Пашена закон). Разряд после электрич. пробоя прини­мает форму тлеющего разряда, если давление газа низко (неск. мм рт. ст.). При более высоком давлении (напр., при атмосферном) лавинное усиление Э. р. в г. приводит к возникновению пространств. заряда, что меняет хар-р процесса пробоя. Между электродами образуется один или неск. узких про­водящих (заполненных плазмой) каналов, к-рые наз. стримерами. Вре­мя образования стримеров очень мало (ок. 10-7 с). После короткого переход­ного процесса самостоятельный газовый разряд становится стационарным. Обычно такой разряд осуществляют в закрытом изолированном сосуде (стек­лянном или керамическом). Ток в газе течёт между двумя электродами: от­рицат. катодом и положит. анодом. Одним из осн. ти­пов газового разря­да, формирующим­ся, как правило,




^ Рис. 2. Кривые Пашена для разл. газов. По оси абсцисс отложены произведения p d в мм рт. ст.мм, по оси ординат—. напряжение пробоя Uзв В.


при низком давлении и малом токе (участок в на рис. 3), явл. тлеющий разряд. Гл. четыре области разрядного пр-ва, характерные для тлеющего разряда, это: катодное тёмное пр-во, тлеющее (или отрицательное) свече­ние, фарадеево тёмное пр-во, положи­тельный столб. Первые три области находятся вблизи катода и образуют катодную часть разряда, в к-рой происходит резкое падение потенциа­ла (катодное падение), связанное с большой концентрацией положит. ионов на границе катодного тёмного пр-ва и тлеющего свечения. Эл-ны, ускоренные в области катодного тём­ного пр-ва, производят в области тлею­щего свечения интенсивную ударную ионизацию. Тлеющее свечение обус­ловлено рекомбинацией ионов и эл-нов в нейтр. атомы или молекулы. Для положит. столба разряда вследствие постоянной и большой концентрации эл-нов характерны незначит. падение потенциала в нём, свечение, вызывае­мое возвращением возбуждённых мо­лекул (атомов) газа в основное состоя­ние, и большая электропроводность.

Стационарность в положит. столбе объясняется взаимной компенсацией процессов образования и потерь заряж. ч-ц. Образование таких ч-ц происхо­дит при ионизации атомов и молекул в результате столкновений с ними эл-нов. К потерям заряж. ч-ц приводит амбиполярная диффузия к стенке сосуда, ограничивающего разрядный объём, и следующая за этим рекомби­нация. Диффуз. потоки, направленные не к стенке, а вдоль разрядного тока, часто ведут к образованию в положит. столбе своеобразных «слоев», или страт (обычно движущихся).

При увеличении разрядного тока нормальный тлеющий разряд стано­вится аномальным (рис. 3) и начина­ется стягивание (контракция) положит. столба. Столб отрывается от стенок сосуда, в нём начинает происходить

863


дополнит. процесс потери заряж. ч-ц (рекомбинация в объёме). Предпосыл­кой для этого явл. увеличение плот­ности заряж. ч-ц. При дальнейшем повышении разрядного тока ток на катоде стягивается в катодное пятно, катодное падение потенциала резко снижается и тлеющий разряд скачком переходит в дуговой разряд. Электро­проводность столба повышается, вольтамперная хар-ка приобретает падающий хар-р (точка г, рис. 3).



^ Рис. 3. Вольтамперная хар-ка разряда: аб — несамостоятельного лавинного;

бвг — тлеющего (нормального и аномаль­ного); гд — дугового (ток в амперах).


Хотя ду­говой разряд может «гореть» в широ­ком диапазоне давлений газа, в боль­шинстве практически интересных слу­чаев он реализуется при давлении порядка атмосферного.

Во всех случаях формирования са­мостоят. Э. р. в г. особое значение имеют приэлектродные процессы, при­чём ситуация у катода сложнее, чем у анода. При тлеющем разряде непре­рывная связь между катодом и поло­жит. столбом обеспечивается за счёт высокого значения катодного падения потенциала. В самостоятельном дуго­вом разряде перенос тока в прикатодной области осуществляется за счёт термоэлектронной эмиссии или др. более сложных механизмов.

Все рассмотренные выше Э. р. в г. происходят под действием пост. элек­трич. напряжения. Однако газовые разряды могут протекать и под дей­ствием перем. электрич. напряжения. Такие разряды имеют стационарный хар-р, если частота перем. напряже­ния достаточно высока (или, наоборот, настолько низка, что полупериод перем напряжения во много раз боль­ше времени установления разряда, так что каждый электрод попеременно слу­жит катодом и анодом). Типичным при­мером может служить высокочастот­ный разряд. ВЧ разряд может «гореть» даже при отсутствии электродов (без­электродный разряд). Перем. электрич. поле создаёт в определ. объёме плазму и сообщает эл-нам энергию, достаточ­ную для того, чтобы производимая ими ионизация восполняла потери заряж. ч-ц вследствие диффузии и рекомбинации. Внеш. вид и хар-ки ВЧ разрядов зависят от рода газа, его давления, частоты перем. поля и подводимой мощности. Элем. процес­сы на поверхности тв. тела (металла или изолятора разрядной камеры)

играют определ. роль только в про­цессе «поджига» разряда. Столб ста­ционарного ВЧ разряда подобен положит. столбу тлеющего разряда.

Кроме установившихся разрядов, осн. хар-ки к-рых не зависят от вре­мени, существуют неустановившиеся Э. р. в г. Они возникают обычно в сильно неоднородных полях, напр. у заострённых и искривлённых поверх­ностей проводников и электродов. Величина напряжённости поля и сте­пень его неоднородности вблизи та­ких тел столь велики, что происходит ударная ионизация эл-нами молекул газа. Два важных типа неустановив­шегося разряда — коронный разряд и искровой разряд.

При коронном разряде ионизация не приводит к пробою, потому что сильная неоднородность электрич. поля, обусловливающая её, сущест­вует только в непосредств. близости от проводов и остриёв. Коронный разряд представляет собой многократ­но повторяющийся процесс поджига, к-рый распространяется на ограни­ченное расстояние от проводника, до области, где напряжённость поля уже недостаточна для поддержания разряда. Искровой разряд, в отличие от коронного, приводит к пробою. Этот Э. р. в г. имеет вид прерывистых ярких зигзагообразных разветвляю­щихся, заполненных ионизованным газом нитей-каналов, к-рые пронизы­вают промежуток между электродами и исчезают, сменяясь новыми. Искро­вой разряд сопровождается выделе­нием большого кол-ва теплоты и яр­ким свечением. Он проходит след. стадии: резкое увеличение числа эл-нов в сильно неоднородном поле близ проводника (электрода) в результате тюследоват. актов ионизации, начинае­мых немногими, случайно возникши­ми свободными эл-нами; образование электронных лавин; переход лавин в стримеры под действием пространств. заряда, когда плотность заряж. ч-ц в головной части каждой лавины превы­сит нек-рую критическую. Совместное действие пространств. заряда, ионизи­рующих эл-нов и фотонов в «головке» стримера приводит к увеличению ско­рости развития разряда. Примером естественного искрового разряда явл. молния, длина к-рой может достигать неск. км, а макс. сила тока — неск. сотен тысяч А.

Все виды Э. р. в г. исследуются и применяются при возбуждении газо­вых лазеров. Дуговой или ВЧ разря­ды явл. осн. рабочими процессами в плазмотронах. На применении искро­вого разряда основаны прецизионные методы электроискровой обработки. При фокусировке лазерного светового излучения происходит пробой воздуха в фокусе и возникает безэлектродный разряд (подобный ВЧ разряду и искре), наз. лазерной искрой. Мощ­ные сильноточные разряды в водороде служили первыми шагами на пути к управляемому термоядерному синтезу.

В системе естеств. наук изучение Э. р. в г. занимает место в физике плазмы. При Э. р. в г. образуется низкотемпературная плазма, для к-рой характерна малая степень ионизации. В отличие от высокотемпературной (полностью ионизованной) плазмы в низкотемпературной плазме атомы или молекулы нейтр. газа играют важную роль. Эл-ны, ионы и нейтр. ч-цы «мяг­ко» взаимодействуют. Вследствие этого может возникнуть термодинамически неравновесная ситуация, при к-рой эл-ны, ионы и нейтр. газ имеют разные темп-ры. Эта ситуация ещё более услож­няется, если в балансе энергии Э. р. в г. нельзя пренебречь световым излу­чением (напр., в сильноточных дуго­вых разрядах). В таких случаях низ­котемпературную плазму необходимо описывать с помощью кинетич. тео­рии плазмы.

• Э н г е л ь А., Ш т е н б е к М., Фи­зика и техника электрического разряда в газах, пер. с нем., т. 1—2, М.— Л., 1935— 1936; Грановский В. Л., Электриче­ский ток в газе. Установившийся ток, М., 1971; Капцов Н. А., Электроника,

2 изд., М., 1956; Мик Дж., Крэгс Дж., Электрический пробой в газах, пер. с англ., М., 1960; Браун С., Элементарные про­цессы в плазме газового разряда, [пер. с англ.], М., 1961; Физика и техн