Реферат: Аберрации оптических си­стем

А
АБЕРРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ СИ­СТЕМ (от лат. aberratio — уклонение), искажения, погрешности изображе­ний, формируемых оптич. системами. А. о. С, проявляются в том, что оптич. изображения не вполне отчётливы, не точно соответствуют объектам или оказываются окрашенными. Наиболее распространены след, виды А. о. с.: сферическая аберрация — недостаток изображения, при к-ром испущенные одной точкой объекта световые лучи, прошедшие вблизи оптической оси системы, и лучи, прошедшие через отдалённые от оси части системы, не собираются в одну точку; кома — аберрация, возникающая при косом прохождении световых лучей через оптич. систему. Если при прохожде­нии оптич. системы сферич. световая волна деформируется так, что пучки лучей, исходящих из одной точки объекта, не пересекаются в одной точке, а располагаются в двух вза­имно перпендикулярных отрезках на нек-ром расстоянии друг от друга, то такие пучки наз. астигматическими, а сама эта аберрация — астигматиз­мом. Аберрация, наз. дисторсией, приводит к нарушению геом. подобия между объектом и его изображением. К А. о. с. относится также кривизна поля изображения.

Оптич. системы могут обладать од­новременно неск. видами аберраций. Их устранение производят в соответ­ствии с назначением системы; часто оно представляет собой трудную зада­чу. Перечисленные выше А. о. с. наз. геометрическими. Сущест­вует ещё хроматическая аберрация, связанная с зависимостью показателя преломления оптич. сред от длины волны света. Вследствие волн, приро­ды света, несовершенства изображе­ний в оптич. системах возникают так­же в результате дифракции света на диафрагмах, оправах линз и т. п. Они принципиально неустранимы (хотя и могут быть уменьшены), но обычно влияют на кач-во изображения мень­ше, чем геом. и хроматич. А. о. с.

• Борн М., Вольф Э., Основы опти­ки, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Герцбергер М., Современная геометрическая оп­тика, пер. с англ., М., 1962; Слюсарев Г. Г., Методы расчета оптических си­стем, 2 изд., Л., 1969.

^ АБЕРРАЦИИ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛИНЗ, искажения электронно-оптич. изображений, возникающие вслед­ствие разброса ч-ц по энергиям в пуч­ке, наличия тепловых скоростей, ди­фракции ч-ц, а также из-за эффектов пространств. заряда. Классификацию А. э. л. см. в ст. Электронная и ионная оптика. Аберрациями обладают и электронные зеркала.

^ АБЕРРАЦИЯ СВЕТА в астрономии, изменение видимого положения све­тила на небесной сфере, обусловленное

конечностью скорости света и движе­нием наблюдателя вследствие враще­ния Земли (суточная А. с.), обраще­ния Земли вокруг Солнца (годичная А. с.) и перемещения Солн. системы в пр-ве (вековая А. с.).

^ АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА (тер­модинамическая температура), пара­метр состояния, характеризующий макроскопич. систему в состоянии термодинамич. равновесия (при этом А. т. всех её макроскопич. подсистем одинакова). А. т. введена в 1848 англ. физиком У. Томсоном (Кельвином) на основании второго начала термодина­мики. А. т. обозначается символом Т, выражается в Кельвинах (К) и отсчи­тывается от абсолютного нуля тем­пературы. А. т. измеряют по термодинамической и международной прак­тическим температурным шкалам.

^ АБСОЛЮТНО НЕЙТРАЛЬНАЯ ЧА­СТИЦА, то же, что истинно нейтраль­ная частица.

АБСОЛЮТНО ЧЁРНОЕ ТЕЛО, тер­мин, к-рым в теории теплового излу­чения наз. тело, полностью погло­щающее весь падающий на него по­ток излучения.



Коэфф. поглощения А. ч. т. равен еди­нице и не зависит от длины волны из­лучения. Наиболее близким приближе­нием к А. ч. т. явл. непрозрачный сосуд с небольшим отвер­стием, стенки к-рого имеют оди­наковую темп-ру (рис.). Луч, по­павший в такой сосуд, испытывает многократные отражения, частично по­глощаясь при каждом из них. Через нек-рое время стенки сосуда поглоща­ют его полностью. Близким к единице коэфф. поглощения обладают сажа и платиновая чернь.

Интенсивность излучения А. ч. т. выше, чем всех остальных («нечёрных») тел при той же темп-ре (см. ^ Кирхгофа закон излучения). Осн. особенность излучения А. ч. т.: его св-ва не зависят от природы в-ва и определяются лишь темп-рой стенок, т. е. излучение А.ч. т. находится в термодинамич. равновесии с в-вом и распределение плотности этого излучения по длинам волн даётся Планка законом излучения, а полная плотность излучения по всем длинам волн определяется Стефана — Волъцмана законом излучения.

Закономерности, определяющие из­лучение А. ч. т., используют в оптич. пирометрии для измерения высоких темп-р; А. ч. т. используют также в кач-ве световых эталонов.

^ АБСОЛЮТНЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЕДИНИЦЫ, ом, вольт, ампер и др., установленные для практич. электрич. измерений 1-м Междунар. конгрессом электриков (1881). Они заменили электрич. ед. СГС системы единиц, поскольку нек-рые из ед. были слишком малы или велики и поэтому неудобны для прак­тич. применения. Ед. электрич. со­противления (ом) и разности потен­циалов (вольт) были установлены как кратные соответствующим ед. СГС (1 Ом=109 ед. СГС, 1 В = 108 ед. СГС). Остальные ед.— ампер, кулон, джо­уль и др. выводились как производ­ные от ома и вольта. В дальнейшем А. п. э. е. были включены в МКСА систему единиц, причём за основ­ную ед. в ней был принят ампер. С установлением Международной си­стемы единиц (СИ), охватывающей все области физ. и техн. измерений, А. п. э. е. вошли в СИ вместе с си­стемой МКСА.

^ АБСОЛЮТНЫЕ СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ, содержат огранич. число основных ед. физ. величин, а остальные ед. си­стемы определяются как производные от основных. При определении про­изводной ед. к.-л. физ. величины в А. с. е. исходят из ф-лы, выражаю­щей зависимость между этой величи­ной и др. величинами, ед. к-рых явл. основными или выражены через ос­новные. В 30-х гг. 19 в. нем. матема­тиком К. Ф. Гауссом была введена А. с. е. с основными ед. миллиметр (ед. длины), миллиграмм (ед. массы) и секунда (ед. времени). Поэтому часто назв. «А. с. е.» применяют к системам, построенным на трёх основных ед.— длины, массы и времени, а иногда и в ещё более узком смысле — по отно­шению к СГС системам единиц, т. е. к системам, в к-рых за основные ед. приняты сантиметр, грамм и секунда. Термин «А. с. е.» следует считать ус­таревшим, поскольку системы ед. мо­гут быть построены и на иной основе.

• См. при ст. Система единиц.

^ АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ ТЕМПЕРА­ТУРЫ, начало отсчёта термодинамич. темп-ры; расположен на 273,16 К ниже темп-ры тройной точки (0,01°С) воды (на 273, 15°С ниже нуля темп-ры по шкале Цельсия, см. Температурные шкалы). Существование термодинами­ческой температурной шкалы и А. н. т. следует из второго начала термодинамики. С приближением темп-ры к А. в. т. стремятся к нулю тепловые хар-ки в-ва: энтропия, теп­лоёмкость, коэфф. теплового расши­рения и др. По представлениям классич. физики, при А. и. т. энергия теплового (хаотич.) движения моле­кул и атомов в-ва равна нулю. Со­гласно же квант. механике, при А.н .т. атомы и молекулы, расположенные в

7


узлах крист. решётки, не находятся в полном покое, они совершают «ну­левые» колебания и обладают т. н. нулевой энергией. Если масса атомов и энергия вз-ствия между ними очень малы, нулевые колебания могут вос­препятствовать образованию крист. решётки. Это имеет место у 3Не и 4Не, к-рые остаются жидкими при атм. давлении вплоть до самых низких достигнутых темп-р.

Получение темп-р, предельно при­ближающихся к А. н. т., представ­ляет сложную эксперим. проблему (см. ^ Низкие температуры), но уже получены темп-ры, лишь на миллион­ные доли градуса отстоящие от А. н. т.

• См. при ст. Температурные шкалы и Низ­кие температуры.

^ АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКО­ПИЯ, методы изучения эиергетич. состояний квант. систем путём иссле­дования их спектров поглощения. В А. с. излучение непрерывного спект­ра пропускают через слой исследуе­мого в-ва, в к-ром поглощается излу­чение характерных для данного в-ва длин волн. Детектор спектр. прибора фиксирует изменение интенсивности света в зависимости от длины волны, т. е. спектр поглощения в-ва. Полу­чение спектров поглощения возможно во всех диапазонах длин волн, но особенно широко они применяются в радио-, ИК- и субмиллиметровом диа­пазонах. А. с,— основа абсорбцион­ного спектрального анализа. См, также Спектроскопия.

АБСОРБЦИЯ (от лат. absorbeo — поглощаю), поглощение (извлечение) в-в из газовой смеси всем объёмом жидкости (абсорбента). А.— один из процессов растворения определ. газа в жидком растворителе; величина А. определяется растворимостью этого газа, а скорость — разностью его кон­центраций в газовой смеси и в жид­кости. Если концентрация газа в жид­кости выше, чем в газовой смеси, он выделяется из р-ра (десорбция). А. применяется для разделения газов, на ней основаны мн. важнейшие про­мышленные процессы (производство нек-рых кислот, соды и т. д.). Извлече­ние в-ва из р-ра всем объёмом жид­кого абсорбента (экстракция) и из газовой смеси расплавами (окклю­зия) — процессы, аналогичные А. Ча­сто А. сопровождается образованием хим. соединений (хемосорбция) и по­верхностным поглощением в-ва (адсорбция).

^ АБСОРБЦИЯ СВЕТА, то же, что поглощение света.

АВОГАДРО ЗАКОН, один из осн. законов идеального газа, согласно к-рому в равных объёмах V разл. газов при одинаковых давлении p и темп-ре Т содержится одинаковое число мо­лекул. Открыт в 1811 итал. учёным А. Авогадро (A. Avogadro). Согласно А. з., 1 кмоль любого идеального газа при норм. условиях (р=101325 Па=760 мм рт. ст. и T=0°С) занимает объём 22,4136 м3; число молекул в одном моле наз. Авогадро постоянной.

Согласно _кинетич. теории газов, pV=l/3Nmv2 (N — число, т — масса, v2 — ср. квадратичная скорость молекул), a 1/2mv2=3/2kT. Отсюда видно, что для двух газов при условии T1=T2, p1=p2 и v1=v2 должно быть и N1=N2,.

^ АВОГАДРО ПОСТОЯННАЯ (число Авогадро), число структурных элемен­тов (атомов, молекул, ионов или др. ч ц) в ед. кол-ва в-ва (в одном моле). Названа в честь А. Авогадро, обозна­чается NA. А. п.— одна из фундамен­тальных физических констант, су­щественная для определения мн. дру­гих физ. констант (Больцмана по­стоянной, Фарадея постоянной и др.). Один из лучших эксперим. методов определения А. ц. основан на изме­рениях электрич. заряда, необходи­мого для электролитич. разложения известного числа молей сложного в-ва, и заряда эл-на. Наиболее достовер­ное значение А. п. (на 1980) NA= 6,022045(31) •1023 моль-1.

^ АВТОИОНИЗАЦИЯ (полевая иони­зация), процесс ионизации атомов и молекул газа в сильных злектрич. полях. Связанный эл-н в атоме можно представить находящимся в потен­циальной яме (рис. 1,а). При включе­нии электрич. поля напряжённостью E к начальной потенц. энергии эл-на V0(x), находящегося в точке г, до­бавляется потенц. энергия еЕх', где е — заряд эл-на. Вследствие этого потенц. яма становится асимметрич­ной — с одной её стороны образуется потенциальный барьер конечной ши­рины x1x2 (рис. 1, б), сквозь к-рый эл-н может «просочиться», т. е. будет иметь место туннельный эффект и будет возможна ионизация с ниж. уровня атома.

Вероятность W(V,ξ) туннелирования эл-на сквозь потенц. барьер опре­деляется ф-лой:



где V(x)=V0(x)+eEx и ξ — соотв. потенциальная и полная энергия эл-на, т — его масса. Вероятность W(V, ξ) туннелирования резко увеличивается при уменьшении площади барьера над прямой x1x2. Это происходит при увеличении напряжённости поля E или при повышении энергии ξ эл-на в атоме к.-л. др. способами (напр., при туннелировании эл-нов с воз­буждённых уровней). Так, вероят­ность А. атома водорода из осн. со­стояния достигает заметной величины лишь при .Е~108 В/см, а из возбуж­дённых состояний — уже при Е~106 В/см. Экспериментально впер­вые обнаружена именно А. возбуж­дённых атомов: в спектре испускания атомов водорода, находящихся во

внеш. электрич. поле напряжённо­стью ~106 В/см, было обнаружено падение интенсивности линий, свя­занных с квант. переходами эл-нов из наиболее высоких возбуждённых со­стояний в основное. Явление было объяснено тем, что А. возбуждённых атомов становится более вероятным процессом, чем их излучат, переход в осн. состояние, и свечение этих линий затухает.



Наиболее полно исследована А. вблизи поверхности металла, т. к. она используется в автоионном микро­скопе для получения увеличенного изображения поверхности (см. Ионный проектор).

Вероятность А. у поверхности ме­талла оказывается значительно боль­шей, чем в свободном пр-ве при той же напряжённости поля, что обусловлено действием сил «изображения», сни­жающих потенц. барьер (см. Шоттки эффект). Однако А. возможна лишь в том случае, когда расстояние атома от поверхности превышает нек-рое критич. расстояние xкр. Это связано с тем, что при обычных темп-pax для осуществления туннельного перехода эл-на в металл необходимо, чтобы осн. уровень энергии эл-на в атоме был под­нят электрич. полем хотя бы до уров­ня Ферми (см. Ферми энергия) в метал­ле (рис. 2).



Если атом приблизится к поверхности на xкр, то уровень энергии эл-на в атоме окажется ниже уровня Ферми в металле и W резко уменьшится. С другой стороны, уда­ление атома от поверхности металла

8


при x>xкр также приводит к резкому уменьшению ^ W. Поэтому А. практи­чески имеет место в пределах нек-рой зоны вблизи хкр. В рабочем режиме автоионного микроскопа полуширина этой зоны составляет 0,2—0,4 Å.

Явление А. используется также при создании ионных источников для масс-спектрометров. Достоинством та­ких источников явл. отсутствие в них накалённых электродов, а также то, что в них удаётся избежать диссоциа­ции анализируемых молекул. Кроме того, с помощью таких ионных источ­ников можно наблюдать специфиче­ские хим. реакции, происходящие лишь в сильных электрич. полях.

•Мюллер Э. В., Тьен Тцоу Цонг, Полевая ионная микроскопия, поле­вая ионизация и полевое испарение, пер. с англ., М., 1980; Физические основы полевой масс-спектрометрии, под ред. Э. Н. Короля, К., 1978.

А. Г. Наумовец.

^ АВТОИОННЫЙ МИКРОСКОП, то же, что ионный проектор.

АВТОКОЛЕБАНИЯ, незатухающие колебания, поддерживаемые внеш. ис­точниками энергии, в нелинейной диссипативной системе, вид и св-ва к-рых определяются самой системой. Тер­мин «А.» введён в 1928 А. А. Андро­новым.

А. принципиально отличаются от остальных колебат. процессов в диссипативной системе тем, что для их поддержания не требуется периодич. воздействий извне. Колебания скри­пичной струны при равномерном дви­жении смычка, тока в радиотехн. генераторе, воздуха в органной трубе, маятника в часах — примеры А. В про­стейших автоколебат. системах мож­но выделить колебат. систему с зату­ханием, усилитель колебаний, нели­нейный ограничитель и звено обрат­ной связи. Напр., в ламповом генера­торе (генераторе Ван-дер-Поля — рис. 1) колебат. контур, состоящий из ёмкости С, индуктивности L и со­противления R, представляет собой колебат. систему с затуханием, цепь катод — сетка и индуктивность L' об­разуют цепь обратной связи. Случайно возникшие в контуре LC малые соб­ственные колебания через катушку L' управляют анодным током ia лам­пы, к-рый усиливает колебания в контуре при соответствующем взаим­ном расположении катушек L и L',— положительная обратная связь. Если потери в контуре меньше, чем вноси­мая таким образом в контур энергия, то амплитуда колебаний в нём нара­стает. С увеличением амплитуды коле­баний, вследствие нелинейной зави­симости анодного тока iа от напря­жения V на сетке лампы, поступаю­щая в контур энергия уменьшается и при нек-рой амплитуде колебаний сравнивается с потерями. В результате устанавливается режим стационар­ных периодич. колебаний, в к-ром все потери энергии компенсирует анод­ная батарея. Т. о., для установления А. важна нелинейность, приводящая к ограниченности колебаний, т. е.

нелинейность управляет поступлением и тратами энергии источника. Рас­смотренный режим возникновения А., не требующий нач. толчка, наз. ре­жимом мягкого возбуждения.

Встречаются системы с жёстким воз­буждением А. Это такие системы, в к-рых колебания самопроизвольно на­растают только с нек-рой нач. ам­плитуды. Для перехода таких систем в режим стационарной генерации не­обходимо нач. возбуждение (толчок) с амплитудой, большей нек-рого критич. значения. Амплитуда и частота А. определяются только параметра­ми системы, что отличает их как от собств. колебаний, частота к-рых опре­деляется параметрами системы, а ам­плитуда и фаза — нач. условиями, так и от вынужденных колебаний, амплитуда, фаза и частота к-рых опре­деляются внеш. силой. Периодиче­скому А. в фазовом пространстве соответствует замкнутая траектория, к к-рой стремятся все соседние тра­ектории,— т. н. устойчивый предель­ный цикл.

Для автоколебат. систем с неск. степенями свободы характерны такие явления, как синхронизация колеба­ний и конкуренция колебаний. Внеш. синхронизация А., или «захватывание частоты» (т. е. установление А. с часто­той и фазой, соответствующими частоте и фазе внеш. периодич. воздействия), широко используется для управления и стабилизации частоты мощных мало­стабильных генераторов с помощью высокостабильных маломощных (напр., в лазерах). Полоса захватывания — область расстроек между частотами собств. колебаний и внеш. сигнала, внутри к-рой устанавливается режим синхронизации,— расширяется при увеличении амплитуды внеш. воздей­ствия. Вне границы захватывания устойчивый режим генерации с ча­стотой внеш. силы сменяется режи­мом биений. Взаимная синхрониза­ция колебаний используется, напр., при работе неск. генераторов на общую нагрузку.

Конкуренция колебаний (мод), т. е. подавление одних колебаний дру­гими, в автоколебат. системе возмож­на, когда эти колебания черпают энергию из общего источника. При этом одна из нарастающих мод «орга­низует» дополнительное нелинейное затухание для других. При очень слабой связи между автоколебат. мо­дами они сосуществуют, не подавляя друг друга. При достаточно сильной связи выживает одна из них. При изменении соответствующих пара­метров в системах с конкуренцией мод переход от режима генерации одной из мод к режиму генерации другой мо­ды происходит скачком и характеризу­ется эффектом затягивания. Благодаря эффекту конкуренции оказывается возможным, в частности, создание на базе многомодовых резонаторов гене­раторов монохроматич. колебаний (см. Лазер).

Эффекты конкуренции и синхрони­зации во мн. случаях определяют возникновение в диссипативных не­равновесных средах (распределённых системах) сложных, хорошо организо­ванных (детерминированных) струк­тур, напр, периодич. нелинейных волн, ячеистых структур (см. Синер­гетика).

В автоколебат. системах с одной сте­пенью свободы возможны только про-



^ Рис. 1. Принципиаль­ная схема лампового ге­нератора: М — коэфф. взаимной индукции; Uc— напряжение смещения на сетке; Ua— напряжение анодной батареи.


стые периодич. А. В автоколебат. системах с неск. степенями свободы А. могут быть сложными периодическими и даже стохастическими. Стохастич. автоколебат. системы (пли генераторы шума) — это диссипативные системы, совершающие незатухающие хаотич. колебания (колебания со сплошным спектром) за счёт регулярных источ­ников энергии. Примером такого ге­нератора шума может служить лампо-



Рис. 2. Зависимость тока от напряжения элемента с невза­имно однозначной вольт-амперной хар-кой (напр., туннель­ного диода) — одно значение тока может соответствовать трём разл. значениям на­пряжения.


вый генератор (рис. 1), если в контур последовательно с индуктивностью до­бавить нелинейный элемент с невзаим­но однозначной вольт-амперной хар-кой (рис. 2). Получившийся генератор при определ. параметрах будет соз­давать колебания, неотличимые от случайных (стохастических). Приме­ром стохастич. А. в распределённых системах служит гидродинамич. тур­булентность, возникающая при те­чении жидкости с достаточно боль­шими скоростями.

• Харкевич А. А., Автоколебания, М., 1953; Горелик Г. С., Колебания и волны, М.,1959;АндроновА. А., Витт А. А., Xайкин С. Э., Теория колебаний, 2 изд., М., 1959; Рабинович М. И., Стохасти­ческие автоколебания и турбулентность, «УФН», 1978, т. 125, М 1, с. 123.

^ М. И. Рабинович.

АВТОКОЛЛИМАТОР, оптико-механич. прибор для точных угл. измере­ний (см. Автоколлимация). АВТОКОЛЛИМАЦИЯ [от греч. autos — сам и collimo (искажение пра­вильного лат. collineo) — направляю прямо], ход световых лучей, при к-ром они, выйдя параллельным пучком из коллиматора, входящего в состав оптич. системы, отражаются от пло­ского зеркала и проходят систему в

9


обратном направлении. Если зеркало перпендикулярно оптической оси сис­темы, то излучающая точка, лежащая в фокальной плоскости на этой оси, совмещается с её изображением в отражённых лучах; поворот зеркала приводит к смещению изображения. А. пользуются в оптич. приборах для выверки параллельности оптич. де­талей (напр., зеркал в оптич. квант. генераторах), контроля параллель­ности перемещений и т. д.

А. М. Бонч-Бруевич.

^ АВТОМОДЕЛЬНОЕ ТЕЧЕНИЕ (от греч. autos — сам и франц. modele — образец), течение жидкости (газа), к-рое остаётся механически подоб­ным самому себе при изменении од­ного или неск. параметров, определя­ющих это течение. В механически подобных явлениях наряду с про­порциональностью геом. размеров со­блюдается пропорциональность механич. величин — скоростей, давле­ний, сил и др. (см. Подобия теория). Условием автомодельности явл. от­сутствие в рассматриваемой стацио­нарной или нестационарной задаче характерных линейных размеров. Стационарное А. т. образуется, напр., при обтекании кругового бесконечного конуса сверхзвук. потоком идеального газа,



^ Картина обтекания бесконечного конуса сверхзвук, потоком идеального газа: OS — ударная волна; ,  — линии тока.


а нестационарное А. т.— в случае сильного точечного взрыва в среде, давление в к-рой много меньше дав­ления, возникающего при взрыве. При обтекании бесконечного конуса (рис.) нельзя выделить характерный ли­нейный размер. При растяжении или сжатии картины течения относительно вершины конуса О в произвольное число раз она не изменяется: все точ­ки передвигаются вдоль лучей, вы­ходящих из О, и вновь полученная картина течения ничем не отличается от исходной. Обтекание конуса явля­ется А. т. относительно изменения линейных размеров: все безразмерные хар-ки течения, напр. отношения давлений p2/p1 темп-р T2/T1, скоро­стей v2/v1, для двух произвольных точек 1 и 2 останутся неизменными при изменении линейных размеров пу­тём растяжения или сжатия. Единственной геом. перем. величиной, оп­ределяющей параметры течения в лю­бой меридиональной плоскости при заданном угле конуса 2 угле атаки d и Маха числе М набегающего потока, явл. полярный угол  между нек-рым лучом и направлением скорости по­тока.

К А. т. относятся обтекание сверх­звук, потоком плоского клина, не­прерывное расширение газа при обте­кании сверхзвук, потоком тупого угла (см. Сверхзвуковое течение) и ряд др. течений. В этих случаях, как и при обтекании конуса, все параметры газа постоянны на лучах, выходящих из угл. точки, и изменяются лишь при изменении угл. координаты.

Все А. т. характеризуются тем, что их исследование можно свести к задаче с одной независимой переменной. Для нестационарных А. т. жидкостей и га­зов, когда параметры течения изме­няются со временем, состояние течения в нек-рый момент времени t, характе­ризуемое распределением давлений, скоростей, темп-р в пр-ве, механически подобно состоянию течения при лю­бом другом значении t; примером явл. распространение плоских, цилиндрич. и сферич. ударных волн в неогранич. пр-ве, когда единственной независи­мой переменной явл. отношение про­странств. координаты (x или r) ко вре­мени t.

К А. т. вязкого газа относятся нек-рые течения в пограничном слое и в свободной турбулентной струе, когда профили безразмерной скорости, темп-ры, концентрации изменяются по­добным образом при изменении без­размерной геом. координаты.

В широком смысле под автомодельностью течения понимают независи­мость безразмерных параметров, ха­рактеризующих течение, от подобия критериев. Так, коэфф. лобового аэродинамич. сопротивления Cx (см. Аэро­динамические коэффициенты) можно считать автомодельными по числу Ма­ха М и Рейнольдса числу Re, если в нек-ром диапазоне изменения этих критериев Cx от них не зависит. Автомодельность коэфф. Cx по числам М и Re существует для большинства тел, обтекаемых газом при очень больших значениях М (>8) или Re (>107) — см. рис. 1 и 2 в ст. Аэроди­намические коэффициенты.

• Седов Л. И., Методы подобия и раз­мерности в механике, 9 изд., М., 1981; Хейз У.-Д., Пробстин Р.-Ф., Теория гиперзвуковых течений, пер. с англ., М., 1962.

^ С. Л. Вишневецкий.

АВТОРАДИОГРАФИЯ (радиоавтогра­фия), метод измерения распределения радиоакт. в-в в исследуемом объекте (по их собств. излучению), состоящий в нанесении на него слоя ядерной фо­тографической эмульсии. Распреде­ление определяют по плотности по­чернения проявленной фотоэмульсии (макрорадиография) или по кол-ву треков (следов), образуемых в фотоэмульсии -частицами, эл-нами, позитронами (м и к р о р а д и о г р а ф и я). А. используется при иссле­дованиях с изотопными индикаторами. В сочетании А. с электронным микро­скопом достигается разрешающая спо­собность в 0,1 мкм.

• Роджерс Э., Авторадиография, пер. с англ., М., 1972; Электронно-микроскопичес­кая авторадиография в металловедении. М., 1978; Коробков В. И., Метод макро-авторадиографии, М., 1967.

^ АВТОФАЗИРОВКА (фазовая устой­чивость), явление устойчивости дви­жения заряж. ч-ц относительно фазы ускоряющего их электрич. поля в ре­зонансных ускорителях (открыто в 1944—45 независимо друг от друга В. И. Векслером и амер. физиком Э. Макмилланом); лежит в основе действия большинства совр. резонанс­ных ускорителей заряж. ч-ц. А. обу­словлена зависимостью от энергии ч-ц промежутка времени Т между двумя следующими друг за другом ускорениями. Рассмотрим случай, когда Т растёт с увеличением энергии ξ ч-цы (дТ/дξ>0). Пусть <0— фаза поля в ускоряющем зазоре («равно­весная фаза»), попадая в к-рую ч-ца будет точно двигаться в резонанс с ускоряющим полем (рис., а). Если ч-ца попадёт в фазу 2>0>0, то она приобретёт энергию eV0cos2



(е — электрич. заряд ч-цы, V0— амплитуда ускоряющего напряжения) меньше равновесной, Т уменьшится, она при­дёт раньше к ускоряющему проме­жутку, т. е. фаза её прихода прибли­зится к равновесной фазе 0. Наоборот, отставшая ч-ца (2 <0) приобретёт избыточную энергию, Т увеличится, она позже придёт в ускоряющий про­межуток и тоже приблизится к рав­новесной фазе. Т. о., ч-цы, находя­щиеся в нек-рой области около фазы 0 («область захвата»), будут совер­шать колебания около 0. Благодаря такому механизму устойчивости все ч-цы, находящиеся в области зах­вата, будут, колеблясь около этой точки, набирать в ср. такую же энер­гию, что и «равновесная ч-ца», по­павшая в фазу 0, т. е. будут уско­ряться. Аналогично можно убедиться, что вторая равновесная фаза —0 (рис., б), также обеспечивающая тре-

10


буемый резонансный прирост энергии, явл. неустойчивой — малые отклоне­ния от неё приводят к дальнейшему уходу ч-ц от этой фазы. Если, наобо­рот, период Т уменьшается с увели­чением энергии, то устойчивой ока­зывается левая фаза -0, а правая фаза +0— неустойчивой.

В циклич. резонансных ускорителях между частотой ускоряющего поля у, ср. значением магн. индукции <B> и полной релятив. энергией ξ ч-цы должно при резонансе соблюдаться соотношение:



где q — целое число (кратность ча­стоты), показывающее во сколько раз y больше частоты обращения ч-цы . Механизм А. приводит к тому, что при достаточно медленном изменении во времени y и <В> энергия ч-ц, находящихся внутри области захвата, автоматически принимает значение, близкое к резонансному, т. е. все эти ч-цы ускоряются.

Аналогично действует механизм А. и в линейных резонансных ускорите­лях, в к-рых всегда 0<0. А. отсут­ствует в тех случаях, когда Т не за­висит от ξ. В циклич. резонансных ускорителях это имеет место в изо­хронном циклотроне, а в линейных резонансных ускорителях — при релятив. скоростях, когда скорость ч-ц перестаёт практически зависеть от энергии. • См. при ст. Ускорители.

^ Э. Л. Бурштейн.

АВТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ (туннельная эмиссия, полевая эмис­сия), испускание эл-нов проводящими твёрдыми и жидкими телами под дей­ствием внеш. электрич. поля высокой напряжённости E(~107 В/см) у их поверхности. Механизм А. э.— тун­нельное прохождение эл-нов сквозь потенц. барьер на границе провод­ник — непроводящая среда (см. Тун­нельный эффект). Наиболее полно изучена А. э. металлов в вакуум. Плотность тока А. э. в этом случае определяется приближённой ф-лой:



к-рая хорошо описывает А. э. в ин­тервале j от 10-5 до 107 А/см2. Здесь Ф=е — работа выхода эмиттера ( — потенциал работы выхода, е — заряд эл-на). Характерные св-ва А. э.: высокие j (до 1010 А/см2) и экспонен­циальная зависимость j от Е и Ф. При j>106 А/см2 могут наблюдаться от­клонения зависимости lgj=f(1/E) от линейной, что связывают с влиянием объёмного заряда или же с особен­ностями формы потенц. барьера. При j~108—1010 А/см2 А. э. может пе­рейти в вакуумный пробой с разру­шением эмиттера. Этот переход со­провождается интенсивной, т. н. взрывной электронной эмиссией. А. э. слабо зависит от темп-ры Т, ма­лые отклонения от зависимости (*) с ростом Т пропорц. T2, С дальней­шим ростом Т и понижением Е т. н. термоавтоэлектронная эмиссия переходит в термоэлек­тронную эмиссию, усиленную полем за счёт Шоттки эффекта.

Энергетпч. спектр эл-нов, вылета­ющих из металла в случае А. э., весь­ма узок (полуширина ~0,1 эВ). Фор­ма спектра чувствительна к распре­делению эл-нов по энергиям внутри эмиттера, а также к наличию при­месей на его поверхности. Для А. э. полупроводников характерны внутр. ог­раничения j, связанные с меньшей концентрацией эл-нов, дополнит. вли­яние поля на j из-за проникновения поля в ПП, а также термо- и фоточув­ствительность ПП, влияющая на j.

Автоэмиттеры (холодные катоды) имеют большую кривизну поверхно­сти (острия, лезвия, выступы и т. п.). Анод, совмещённый с люминесцирующим экраном, превращает одноострийный автоэмиссионный диод в эмисси­онный безлинзовый электронный ми­кроскоп (проектор).

• Фишер Р., Нойман X., Автоэлект­ронная эмиссия полупроводников, пер. с нем., М., 1971; Ненакаливаемые катоды, под ред. М. И. Елинсона, М., 1974, гл. 6—7.

В. Н. Шредник.

^ АВТОЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП, то же, что электронный проектор.

АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ веще­ства (от лат. aggrego — присоединяю, связываю), состояния одного и того же в-ва, переходы между к-рыми со­провождаются скачкообразным изме­нением его свободной энергии, энтро­пии, плотности и др. физ. св-в. Все в-ва (за нек-рым исключением) могут существовать в трёх А. с.— твёрдом, жидком и газообразном. Так, вода при норм. давлении

р=101325 Па=760 мм рт. ст. и при темп-ре T=0°C кристаллизуется в лёд, а при 100°С ки­пит и превращается в пар. Четвёртым А. с. в-ва часто считают плазму.

А. с. в-ва зависит от физ. условий, в к-рых оно находится, гл. обр. от T и р. Определяющей величиной явл. от­ношение (Т, p) ср. потенц. энергии вз-ствия молекул к их ср. кинетич. энергии. Так, для тв. тел (Т, р)>>1, для газов (Т, р)<<1, а для жидко­стей (Т, р)~1. Переход из одного А. с. в другое сопровождается скач­кообразным изменением (T, р), связанным со скачкообразным изме­нением межмол. расстояний и межмол. вз-ствий. В газах межмол. рас­стояния велики, молекулы почти не взаимодействуют друг с другом и движутся практически свободно, за­полняя весь объём. В жидкостях и тв. телах — конденсирован­ных средах — молекулы (атомы) расположены значительно ближе друг к другу и взаимодействуют сильнее. Это приводит к сохранению жидкостя­ми и тв. телами своего объёма. Однако хар-р движения молекул в тв. телах и жидкостях различен, чем и объясняется различие их структуры и св-в. У тв. тел в крист. состоянии атомы совершают лишь колебания вблизи узлов крист. решётки; структура этих тел характеризуется высокой сте­пенью упорядоченности — дальним и ближним порядком. Тепловое движе­ние молекул (атомов) жидкости пред­ставляет собой сочетание малых коле­баний около положений равновесия и частых перескоков из одного поло­жения равновесия в другое. Послед­ние и обусловливают существование в жидкостях лишь ближнего порядка в расположении ч-ц, а также свойст­венные им подвижность и текучесть. В отличие от др. А. с. плазма пред­ставляет собой газ заряж. ч-ц (ионов, эл-нов), к-рые электрически взаимо­действуют друг с другом на больших расстояниях. Это определяет ряд свое­образных св-в плазмы.

Переходы из более упорядоченного по структуре А. с. в менее упорядочен­ное могут происходить не только при определённых темп-ре и давлении (см. Плавление, Кипение), но и непрерывно (см. Фазовый переход). Возможность непрерывных переходов указывает на нек-рую условность выделения А. с. в-ва. Это подтверждается существова­нием аморфных тв. тел, сохраняющих структуру жидкости (см. Аморфное состояние), неск. видов крист. состоя­ния у нек-рых в-в (см. Полиморфизм), жидких кристаллов, существованием у полимеров особого высокоэластич. состояния, промежуточного между сте­клообразным и жидким, и др. В связи с этим в совр. физике вместо понятия А. с. пользуются более широким поня­тием — фазы.

АДАПТАЦИЯ глаза (от позднелат. adaptatio — прилаживание, приспо­собление), приспособление чувстви­тельности глаза к изменяющимся ус­ловиям освещения. При переходе от яркого света к темноте чувствитель­ность глаза возрастает, т. н. темновая А., при переходе от темноты к све­ту чувствительность уменьшается — световая А. При изменении цвета освещения меняется спектраль­ная чувствительность глаза (см. Цветовая адаптация).

АДГЕЗИЯ (от лат. adhaesio — при­липание), возникновение связи между поверхностными слоями двух разно­родных (твёрдых или жидких) тел (фаз), приведённых в соприкоснове­ние. Является результатом межмоле­кулярного взаимодействия, ионной или металлич. связей. Частный случай А.— когезия — вз-ствие соприкасаю­щихся одинаковых тел. Предельный случай А.— хим. вз-ствие на поверх­ности раздела (хемосорбция) с обра­зованием слоя хим. соединения. А. измеряется силой или работой отрыва на ед. площади контакта поверхностей (адгезионного шва) и ста­новится предельно большой при пол-

11


ном контакте по всей площади сопри­косновения тел [напр., при нанесении жидкости (лака, клея) на поверхность тв. тела в условиях полного смачивания; образовании одного тела как но­вой фазы другого; образовании галь­ванопокрытий и т. д.].

В процессе А. уменьшается свобод­ная поверхностная энергия тела. Уменьшение этой энергии, приходя­щееся на 1 см2 адгезионного шва, наз. свободной энергией А. fA, к-рая равна работе адгезионного отрыва wa (с обратным знаком) в условиях обрати­мого изотермич. процесса и выражает­ся через поверхностные натяжения на границах раздела первое тело — внеш. среда (в к-рой находятся тела) 10, второе тело — среда 20, первое те­ло — второе тело 12:

- fA=WA=12-10-20.

В случае А. жидкости к тв. телу (при смачивании) работа адгезионного от­рыва выражается через поверхностное натяжение жидкости и краевой угол :

WA=10(1+cos).

При полном смачивании =0 и W=210.

Совокупность методов измерения си­лы отрыва или скалывания при А. наз. а д г е з и о м е т р и е й. А. может со­провождаться взаимной диффузией в-в, что ведёт к размытию адгезионного шва.

АДИАБАТА (от греч. adiabatos — непереходимый), линия на термодинамич, диаграмме состояния, изображаю­щая равновесный адиабатический про­цесс. А. имеет простейший вид для идеальных газов: pv=const, где р — давление га­за, v — его уд. объём,  — пока­затель А., равный отношению уд. теплоёмкостей га­за cp и cv, опре­деляемых при постоянных давле­нии и объёме. Для одноат. газов (Ar, Ne и др.) при комнатной темп-ре 7=1,67, для двухатомных (Н2, N2, O2 и др.) =1,4. На рисунке показан ход А. при = 1,4.



Вблизи абс. нуля темп-ры и при высоких темп-pax (св. 1000°С) хар-р кривой несколько иной, т. к. 7 зависит от темп-ры и давления (см. Теплоёмкость). А. для данного газа не могут пересекаться, пересече­ние А. противоречило бы второму на­чалу термодинамики. В равновесных адиабатич. процессах постоянна эн­тропия, поэтому А. наз. также и з о э н т р о п о й.

^ АДИАБАТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС (ади­абатный процесс), процесс, при к-ром физ. система не получает теплоты изв­не и не отдаёт её. А. п. протекают в системах, окружённых те