X

ХАББЛА ПОСТОЯННАЯ [по имени амер. астронома Э. Хаббла (E. Hubb­le)] (Н), коэффициент пропорциональ­ности между скоростями удаления внегалактич. объектов, вызванного космологич. расширением видимой Все­ленной, и расстояниями r(t) =r₀•R(t) до них (Л — т. н. масштабный фак­тор):

H(t)=(1/R)•(dR/dt).

Для объектов с красным смещением z<<1, cz=Hr. Для галактик с малым z(<3•10^-3) закон Хаббла выполня­ется плохо, что связано с влиянием собств. скоростей близких галактик и скоплений галактик. При очень больших значениях z(z³1) связь меж­ду Н, r и z имеет более сложный вид и зависит от принятой модели Все­ленной. Практич. определение X. п. представляет большие трудности, т. к. связано с оценкой расстояний до га­лактик, не опирающейся на явление красного смещения. По совр. оцен­кам, значение Н заключено в пре­делах 50 —100 км/(с•Мпк). Значение H^-1»(10—20) млрд. лет определяет время, истекшее с начала расширения Метагалактики при условии постоян­ной скорости расширения.

ХАМФРИ СЕРИЯ, см. Спектральные серии.

ХАНЛЕ ЭФФЕКТ, один из эффектов магнитооптики, состоит в изменении диаграммы направленности и в умень­шении степени поляризации света ре­зонансной частоты, рассеянного ато­мами, находящимися в слабом внеш. магн. поле. Хар-р поляризации рас­сеянного света существенным обра­зом зависит от величины и направле­ния поля и направления наблюдения. В сильных магн. полях эта зависи­мость исчезает. Эффект носит имя нем. физика В. Ханле (W. Hanle), к-рый последовательно изучил явление и впервые объяснил его в 1924. Коли­честв. теория X. э. требует примене­ния квантовой механики, однако ка­чественно явление допускает клас­сич. объяснение. Атом, возбуждённый линейно поляризов. светом (см. Поля­ризация света) на резонансной частоте, рассматривается как электрич. диполь, ориентированный по электрич. вектору возбуждающего света (см. Оптическая ориентация) и обладающий характер­ным для данного атома затуханием. Возбуждённый диполь явл. вторичным источником линейно поляризов. из­лучения, интенсивность - к-рого за­висит от угла между осью диполя и направлением наблюдения, а вектор поляризации лежит в плоскости, про­ходящей через ось диполя и направление наблюдения. Магн. поле, направ­ление к-рого не совпадает с осью ди­поля, вызывает его прецессию, т. е. периодически меняет его ориентацию, что сопровождается поворотом пло­скости поляризации и деполяризацией излучения диполя. Если за время од­ного периода прецессии затухание диполя велико, то среднее положение излучающего диполя за это время ус­певает измениться лишь незначитель­но, что соответствует незначит. умень­шению степени поляризации испущен­ного света и нек-рому повороту эфф. плоскости поляризации. Если зату­хание диполя несущественно за время одного периода прецессии, то за всё время излучения диполь совершит много оборотов, так что при наблю­дении, перпендикулярном его оси, поляризация вообще не будет обна­ружена. Аналогичная картина имеет место при возбуждении атома светом с круговой поляризацией. Маги. поле снимает частично или полностью оп­тическую ориентацию атомов.

С точки зрения квант. теории X. э. возникает как следствие снятия в магн. поле энергетич. вырождения ат. состояний с определ. значением проекции момента и явл. частным слу­чаем многочисл. явлений интерфе­ренции атомных состояний. X. э. ис­пользуют в спектроскопии как метод измерения хар-ки tg ат. уровней, где t — время жизни уровня, a g — гиромагн. отношение. X. э. лежит в основе измерения сверхслабых магн. полей.

• Ч а й к а М. П., Интерференция вырож­денных атомных состояний, Л., 1975; Н о в и к о в Л. Н., Скроцкий Г. В., С о л о м а х о Г. И., Эффект Ханле, «УФН», 1974, т. 113, в. 4.

Е.   Б.   Александров.

ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКАЯ ФУНК­ЦИЯ в термодинамике, функция со­стояния независимых параметров, оп­ределяющих состояние термодинамич. системы. К X. ф. относятся потенци­алы термодинамические и энтропия. Посредством Х.ф. и её производных по независимым параметрам (объёму, темп-ре и др.) могут быть выражены все термодинамич. св-ва системы. X. ф. аддитивна: X. ф. всей системы равна сумме X. ф. её частей.

ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ЧАСТО­ТЫ, одинаковые или мало отличаю­щиеся друг от друга частоты колебаний определ. групп атомов в разл. моле­кулах; соответствуют определённым хим. связям (напр., С—Н, С—С, С=С, С=Сl и др.). Устойчивость X. ч. свя­зана с сохранением динамич. св-в одинаковых групп атомов в разных молекулах. Во мн. случаях можно теоретически рассчитать, обладает ли хим. группа X. ч. Интенсивности

спектр. линий, соответствующих X. ч. одинаковых хим. групп в разл. мо­лекулах, часто имеют близкие зна­чения. Наличие X. ч. в мол. спектрах позволяет делать выводы о строении молекул и имеет большое значение в спектральном анализе. По измене­нию интенсивностей X. ч. можно су­дить о скоростях хим. процессов.

ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЙ СПЕКТР, линейчатый спектр эл.-магн. излу­чения атома, вызванный квантовыми переходами на внутр. глубоколежа­щие электронные оболочки атома (К-, L-, М-, N-, О-оболочки). Длины волн X. с. лежат в рентг. области в интервале 5•10^-2 Å —10² Å. Каждому атому присущ свой X. с., связь ча­стот X. с. с атомным номером даётся Могли законом. Индивидуальность X. с. лежит в основе спектрального анализа рентгеновского.

Соответственно значениям главного квантового числа n=1, 2, 3, . . ., уровни энергии атома обозначаются К, L, М, . . . Совокупность линий, возникающих при переходах эл-нов с вышележащих уровней на один из них, наз. соответственно К-, L-, М- и т. д. серией. Внутри серии линии обозначаются a, b, g и т. д. Напр., линия перехода L®K обозначается К_a (см. Рентгеновские спектры).

А. В. Колпаков.

ХАРТРИ СИСТЕМА ЕДИНИЦ, одна из естественных систем единиц, в к-рой за осн. единицы приняты: Бора радиус a₀=0,52917706(44)•10^{-10 м (ед. длины), масса электрона 0,9109534(47)Х10-30 кг (ед. массы), заряд эл-на} e= 1,6021892(46)•10^-19 Кл (ед. кол-ва электричества), Планка постоянная ћ=h/2p=1,0545887(57)•10^-34 Дж.•с. В этой системе единица времени »2,419•10^-17 с. Применение X. с. е. позволяет упростить написание ур-ний квантовой механики. X. с. е. была предложена англ. физиком Д. Хартри (D. Hartree) в 1928.

ХАРТРИ — ФОКА МЕТОД, см. в ст. Самосогласованное поле.

ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ АНА­ЛИЗ, совокупность методов коли­чественного (реже качественного) ана­лиза состава в-ва по хемилюминесценции. Частный случай люминесцентно­го анализа. При анализе р-ров обычно используется хемилюминесцентная ре­акция (напр., окисление нек-рых ор­ганич. в-в) в присутствии определяе­мого в-ва, к-рое усиливает или ослаб­ляет хемилюминесценцию. Регистри­руют хемилюминесценцию визуально и с помощью фотографич. и фотоэлек­трич. регистрирующих устройств. Ко­личеств. содержание определяемого в-ва устанавливают по относит. ослаб­лению или усилению хемилюминесценции. С помощью X. а. определяют содержание перекиси водорода, спир-

836

 

 

тов, производных анилина, нек-рых отравляющих в-в, глюкозу, нек-рые металлы, а также окислы азота и серы в воздухе.

• Б а б к о А. К., Дубовенко Л. И., Л у к о в с к а я Н. М., Хемилюминесцентный анализ, К., 1966. См. также лит. при ст. Хемилюминесценция.

Р. Ф. Васильев.

ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, люми­несценция, сопровождающая хим. реак­ции. Испускается продуктами реак­ции или др. компонентами, возбуж­даемыми в результате переноса энер­гии к ним от продуктов реакции. Част­ный случай X.— биолюминесценция (свечение гниющего дерева, нек-рых насекомых и морских животных и др.). X. сопровождает газофазные, жидкофазные, гетерогенные реакции, как идущие самопроизвольно (при смеши­вании реагентов, собственно X.), так и происходящие под воздействием разл. факторов: электрич. разряда, электролиза (электрохемилюминесценция), света, ионизирующего излуче­ния и др.

Яркость X. пропорц. скорости ре­акции и эффективности X. (числу кван­тов X. на 1 акт реакции). Эффектив­ность биолюминесценции нек-рых светляков приближается к 100%, X. при реакциях окисления перекисью водорода эфиров щавелевой кислоты — к 25%; в большинстве же случаев составляет ок. 1% и ниже. Реакции с яркой X. используют в источниках света, к-рые «включаются» смешива­нием реагентов и дают световые пото­ки ~0,1 лм из 1 мл р-ра. X. лежит в основе действия хим. лазеров и хемилюминесцентного анализа.

• Хемилюминесцентные методы исследова­ния медленных химических процессов, М., 196С; Chemiluminescence and biolumineseence, N.Y.—L., 1973; Васильев Р. Ф., Механизмы возбуждения хемилюминссценции, «Известия АН СССР. Сер. физиче­ская», 1982, т. 46, Л» 2, с. 323.

Р. Ф.  Васильев.

ХЕМОСОРБЦИЯ (химическая сорб­ция), поглощение жидкостью или тв. телом в-в из окружающей среды с образованием хим. соединений. В бо­лее узком смысле — хим. поглощение в-ва поверхностью тв. тела с образо­ванием на ней хим. соединений (хим. адсорбция). При X. выделяются зна­чит. кол-ва теплоты (при X. кисло­рода поверхностью металлов — св. 420 кДж/моль), что в большинстве слу­чаев ускоряет процессы X. (активи­рованная X.). X. избирательна, т. к. зависит от хим. сродства адсорбиро­ванного в-ва к поверхности тв. тела. Играет большую роль в гетерогенном катализе, процессах очистки газов, вакуумной технике и т. д.

ХИГГСА ПОЛЕ в квантовой теории поля, гипотетич. скалярное поле, взаи­модействующее с калибровочными по­лями без нарушения калибровочной симметрии ур-ний поля: предложено П. Хиггсом (P. Higgs; Великобрита­ния) в 1964. Предполагается, что в ос­новном (низшем) энергетич. состоя­нии, к-рое соответствует физ. ва­кууму, ср. значение X. п. отлично от нуля, что приводит к спонтанному

нарушению калибровочной симметрии физ. состояний описываемой системы (см. Спонтанное нарушение симмет­рии). При этом ч-цы, соответствующие калибровочным полям, могут приобре­тать массу. Вз-ствие с вакуумным X. п. может также служить механизмом возникновения массы у лептонов и кварков.                             

А. В. Ефремов.

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ, связь между атомами в молекуле или мол. соеди­нении, возникающая в результате либо переноса эл-на с одного атома на другой, либо обобществления эл-нов парой (или группой) атомов. Силы, приводящие к X. с.,— кулоновские, однако X. с. описать в рамках электро­статики нельзя, т. к. она учитывает квантовый характер взаимодействую­щих ч-ц. Образование молекул и кристаллов из изолиров. атомов или многоат. групп связано с понижением энергии системы (и, следовательно, по­вышением её устойчивости, см. Меж­атомное взаимодействие).

Осн. типы X. с.— ионная (эле­ктровалентная) и ковалентная (гомеополярная). Ионная X. с. обра­зуется при переносе валентных эл-нов с одного атома на другой и стабили­зируется электростатическим взаимо­действием между возникающими при этом ионами (напр., в кристалле NaCl). При обобществлении эл-нов парой соседних атомов между атомами возни­кает ковалентная связь. Понижение энергии в таком случае выражает­ся обменными интегралами, поэтому ковалентное вз-ствие иногда называют обменным взаимодействием. Крат­ность ковалентной X. с. равна числу обобществлённых электронных пар: если число пар равно 2 или 3, то X. с. называют соответственно двойными и тройными.

В природе не существует чисто ион­ных и чисто ковалентных связей, можно лишь говорить о преимущест­венно ионном или ковалентном хар-ре связи. Преим. ковалентная Х.с. ха­рактерна для таких молекул, как Н₂, СО и т. д., а также для большин­ства органич. молекул, ионная — для молекул CsF, KI, многочисл. ионных кристаллов. Если X. с. частично ион­ная и частично ковалентная, то её называют семиполярной. К X. с. относят и донорно-акцепторную связь, к-рая отличается от ковалентной лишь механизмом образования. Энергия X. с. обычно ~200—1000 кДж/моль.

X. с. часто считают и металлическую связь в металлах и металлидах, имеющую энергию того же порядка величины.

• П а у л и н г Л. (Полинг), Природа хи­мической связи, пер. с англ., М.— Л., 1947. См. также лит. при ст. Молекула, Межатомное взаимодействие.

В.   Г.   Дашевский.

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА, раздел термодинамики и физ. химии, изучающий зависимости термодина­мич. свойств в-в от их состава, строе­ния и условий существования, а так­же разл. хим. и физико-хим. процессы

(хим. реакции, фазовые переходы в сложных системах, адсорбцию и др.). Важнейшие направления X. т.— термохимия (определение тепловых эф­фектов реакций и фазовых переходов), учение о хим. и фазовых равновесиях, учение о растворах (в частности, элек­тролитов), теория электродных потен­циалов, термодинамика поверхност­ных явлений.

• Карапетьянц М. X., Химиче­ская термодинамика, 3 изд., М.— Л., 1975; Пригожин И., Дефэй Р., Химиче­ская термодинамика, пер. с англ., Новосиб., 1966; Исаев С. И., Курс химиче­ской термодинамики, М., 1975; Курс физи­ческой химии, под ред. Я. И. Герасимова, 2 изд., т. 1—2, М., 1969—73.

ХИМИЧЕСКИЕ ЛАЗЕРЫ, газовые лазеры, в к-рых инверсия населённостей образуется в результате хим. реакций. Возможность создания X. л. основана на том, что продукты мно­гих экзотермич. хим. реакций обра­зуются преим. в возбуждённых состоя­ниях. Большинство X. л. работает на колебательных переходах двух­атомных молекул. Возбуждение осу­ществляется в результате экзотермич. реакций замещения:

А+ВС®АВ+С+Dξ,         (1)

причём значит. часть d выделяющейся энергии Dξ идёт на возбуждение ко­лебат. уровней молекулы АВ. В ре­зультате образуется неравновесный газ двухатомных молекул АВ, в к-ром ср. величина колебат. энергии зна­чительно превышает величину энер­гии, приходящейся на поступат. и вращат. степени свободы молекул. Такой неравновесный газ явл. ак­тивной средой с инверсной населён­ностью для большого кол-ва колебат. переходов (см. Молекулярные спектры). В табл. приведены нек-рые реакции, приводящие к инверсной населённо­сти, величины Dξ и d, а также при­мерный диапазон длин волн l излу­чения, соответствующий каждой из реакций.

Для работы X. л. требуется создать нек-рое кол-во химически активных свободных радикалов (атомов А). Для этого используются: прямой нагрев, приводящий к термич. диссоциации в-ва; облучение УФ или видимым светом, приводящее к частичной фото­диссоциации исходных продуктов; хим. реакции, сопровождающиеся по­явлением свободных радикалов; газо­вый разряд, в к-ром частичная диссо­циация компонент происходит в ре­зультате столкновений молекул с эл-нами; электронная бомбардировка и др. Т. к. в результате реакций, при­водящих к возбуждению X. л., про­исходят необратимые изменения хим. состава исходных в-в, необходимым условием длит. работы X. л. явл. не­прерывное возобновление рабочего в-ва.

Основные параметры, характеризу­ющие эффективность X. л.,— его хим.

837

 

 

кпд h_x (отношение энергии лазерного излучения к величине энергии, выделя­ющейся в результате хим. реакции) и т. н. электрич. кпд h_э (отношение энергии лазерного излучения к энер­гии, затрачиваемой на инициирование хим. реакции). Т. к. энергия, требуе­мая для инициирования многих экзотермич. реакций, меньше энергии, к-рая выделяется в результате проте­кания таких реакций, то величина h_э не имеет принципиальных огра­ничений сверху и может превышать 100%, напр. X. л. на основе цепной реакции фтора с водородом (или дей­терием):

F+H₂®HF+H,            (2)

H+F₂®HF+F              (3)

имеют h_э>90%. Однако для X. л. на основе цепных реакций h_х относитель­но невелико (~1%), поскольку, напр., при малой нач. степени диссоциации молекул F₂ время протекания цепной реакции оказывается много больше времени разрушения инверсной на­селённости в результате межмол. соу­дарений. В связи с этим наиболее мощ­ные X. л. на основе HF (DF), обла­дающие высоким h_х (до 10%), рабо­тают на основе простых реакций заме­щения (табл.). Макс. энергия излу­чения HF-лазеров (в импульсном ре­жиме)>2 кДж при длительности им­пульса ~30 нс. Наиболее мощные X. л. на HF непрерывного действия работают при прокачивании активно­го в-ва через резонатор со сверхзвук. скоростью и обладают выходной мощ­ностью в неск. кВт при h_э~2—4%. В основе применений X. л. ле­жат, с одной стороны, их высокие мощность генерации и кпд, а с дру­гой — возможность получения гене­рации на большом числе переходов в широкой области ИК спектра. Наряду с др. типами мощных лазеров X. л. используются в технологии, в уста­новках по исследованию лазерного управляемого термоядерного синтеза, в лазерной спектроскопии, лазерной

химии и лазерном разделении изото­пов, а также при исследовании про­цессов мол. соударений.

• Химические лазеры, под ред. Н. Г. Басо­ва, М., 1982; Елецкий А. В., Процессы в химических лазерах, «УФН», 1981, т. 134, в. 2, с. 237; Химические лазеры, под ред. Р. Гросса и Дж. Ботта, пер. с англ., М., 1980;         Аблеков В. К., Д е н и с о в Ю. Н., П р о ш к и н В. В., Химиче­ские лазеры, М., 1980.          

А. В. Елецкий.

ХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ, тер­модинамич. функция состояния, оп­ределяющая изменение потенциалов термодинамических при изменении числа ч-ц в системе и необходимая для описания св-в открытых систем (с перем. числом ч-ц).

X. п. m_i i-го компонента многоком­понентной системы равен частной про­изводной от любого из термодинамич. потенциалов по количеству (числу ч-ц) этого компонента при пост. зна­чениях остальных термодинамич. пе­ременных, определяющих данный тер­модинамич. потенциал; напр. mi=(дF/дN_i)_{T, V, Ni}  (F — свободная энергия, Т — темп-ра, V — объём, j¹i). Т. о., в системах с перем. чис­лом ч-ц в выражение для дифференциа­ла термодинамич. потенциала следу­ет добавить величину S_im_idN_i, напр. dF=-SdT-pdV+S_im_idN_i, где р — давление, S — энтропия. Наиболее просто X. п. связан с термодинамич. потенциалом G (см. Гиббса энергия) G=S_im_iN_i;. Для однокомпонентной системы X. п. m=G/N, т. е. представ­ляет собой энергию Гиббса, отнесён­ную к одной ч-це. Вследствие адди­тивности G X. п. зависит, кроме дав­ления и темп-ры, только от концен­траций отд. компонентов, но не от чис­ла ч-ц в каждом компоненте. В про­стейшем случае идеальных газов m зависит только от концентрации i-ro компонента m_i=m^~_i+kTln(N_i/N), где N=S_iN_i — полное число ч-ц, [m^~_i— X. п. чистого i-ro компонента. Часто вели­чины m_i удобно использовать в кач-ве независимых термодинамич. пере­менных вместо N_i. В переменных Т, V, m_i состояние системы характеризует термодинамич. потенциал W=F-S_im_iN_i.

X. п. явл. параметром в Гиббса боль­шом каноническом распределении для систем с перем. числом ч-ц. В кач-ве нормировочной постоянной X. п. вхо­дит в распределения Больцмана, Бо­зе — Эйнштейна и Ферми — Дирака для ч-ц идеальных газов (см. Стати­стическая физика). В системах, в к-рых применима статистика Больц­мана или Бозе — Эйнштейна, X. п. всегда отрицателен. Для ферми-газа X. п. при нулевой темп-ре положите­лен и определяет граничную Ферми энергию (см. Ферми поверхность) и вырождения температуру. Если пол­ное число ч-ц в системе не фиксирова­но, а должно определяться из усло­вия термодинамич. равновесия, как, напр., для фононов в тв. теле или для фотонов в случае равновесного тепло­вого излучения, то равновесие харак­теризуется равенством нулю X. п.

Понятие X. п. позволяет сформули­ровать условия равновесия термодина­мического. Одно из условий состоит в том, что X. п. любого компонента одинаков в различных фазах и в раз­ных местах одной фазы. Это обусловле­но возможностью перераспределения ч-ц, приводящего к выравниванию X. п. Для систем в пространственно неоднородном внешнем поле равнове­сие означает, что m_i =m⁰_i+U_i(r)=const, где m⁰_i— X. п. в отсутствие поля, U_i(r) — потенц. энергия ч-ц i-го компонента во внешнем поле. Для га­за в поле тяжести это условие приво­дит к барометрической формуле для плотности газа. В случае заряж. ч-ц в электрич. поле (напр., в ПП) ве­личину m_i называют электрохим. по­тенциалом, оставляя название X. п. за m⁰_i. Равенство значений X. п. для ч-ц одного компонента, находящихся в разных фазах, определяет условия равновесия при фазовых переходах (Гиббса правило фаз) и хим. реакциях (закон действующих масс), ионизац. равновесие (см. Ионизация), св-ва растворов (законы Вант-Гоффа, Ген­ри, Рауля) и т. д. Если для ч-ц одного из компонентов переход из одной ча­сти системы в другую невозможен, то

838

 

для этого компонента условия посто­янства X. п. нарушаются и в систе­ме возникает осмотическое давление. X. п. был введён амер. физиком Дж. У. Гиббсом (1875) при рассмотре­нии хим. равновесия в многоком­понентных системах, отсюда его назва­ние. Численно X. п. выражается в ед. энергии на ед. массы (Дж/кг), на ед. кол-ва в-ва (Дж/моль) или на 1 ч-цу.

• См. пит. при ст.   Термодинамика.

А.   Э.   Мейерович.

ХИРАЛЬНОСТЬ (киральность, от греч. cheir—рука), принадлежность объекта к одной из зеркально рав­ных — «правой» или «левой» модифи­кации, см. Энантиоморфизм.

ХЛАДНИ ФИГУРЫ, фигуры, об­разуемые скоплением мелких ч-ц су­хого песка вблизи узловых линий на

поверхности колеблющейся пластин­ки или др. механич. системы. X. ф. открыты нем. учёным Э. Ф. Хладни (Е. F. Chladni; 1787). Каждому собств. колебанию (стоячей волне) пластин­ки соответствует своё расположение узловых линий. В случае круглой пластинки (рис. 1, а) узловые линии

 

могут быть круго­выми или радиальными; в случае прямоугольной (рис. 1, б) или тре­угольной пластин­ки они направле­ны параллельно сторонам или диа­гоналям. Меняя точки закрепления и места возбуждения, можно полу­чить разнообразные X. ф. (рис. 2). X. ф. используются в дефектоскопии (топографич. метод) для исследования изделия в целом (напр., пластинки или оболочки).

• Хвольсон О. Д., Курс физики, 5 изд., т. 2, Берлин, 1923.

ХОЛЛА ЭФФЕКТ, возникновение в тв. проводнике с током плотностью j, помещённом в магн. поле H, элек­трич. поля в направлении, перпенди­кулярном H и j. Напряжённость электрич. поля (поля Холла) равна:

E_H=RHjsina.               (1)

Здесь a — угол между векторами Н и j (a<180°). Если H^j, то sina=1 и поле Холла E_H максимально: E_H=RHj. Коэфф. R, наз. постоян­ной Холла, явл. основной коли­честв. характеристикой X. э. Знак R положителен, если j, H и E_H образуют правовинтовую систему координат. X. э. открыт амер. физиком Э. Г. Хол­лом (Е. Н. Hall) в 1879 в тонких пла­стинках Аи. Для наблюдения X. э. прямоуг. пластины из исследуемых в-в с длиной, значительно большей ширины b и толщины d, вдоль к-рых течёт ток I=jbd, помещают в магн. поле Н, перпендикулярное плоскости пластинки (рис.).

На середине боко­вых граней перпендикулярно току расположены электроды, между к-ры­ми измеряется эдс Холла:

V_H=E_Hb=RHI/d.            (2)

X. э. объясняется вз-ствием носите­лей заряда (эл-нов проводимости и ды­рок) с магн. полем. В магн. поле на эл-ны действует Лоренца сила F=e[Hv] (v=j/ne — ср. скорость на­правленного движения носителей в электрич. поле, n — концентрация носителей, е — их заряд), под действием к-рой ч-цы отклоняются в направле­нии, перпендикулярном j и Н.

В ре­зультате на боковой грани пластины происходит накопление зарядов и воз­никает поле Холла. В свою очередь, поле Холла действует на заряды и уравновешивает силу Лоренца. При равновесии eE_H=eHv, откуда:

R=1/ne.                    (3)

Знак R совпадает со знаком носителей заряда. Для металлов, у к-рых n~10²² см^-3, R~10^-3 см³/Кл, у полу­проводников R~10⁵ см³/Кл.

Коэфф. Холла может быть выражен через подвижность носителей заряда m=еt/m* (m*— эффективная масса, t — время между двумя последоват. соударениями с рассеивающими цент­рами) и удельную электропроводность s=j/E-env/E:

R=m/s.

Сказанное справедливо для изот­ропных проводников, в частности для поликристаллов. Для анизотропных кристаллов R=r/en, где коэфф. r — величина, близкая к 1, зависящая от направления Н относительно кри­сталлографич. осей. В области силь­ных магн. полей r=1 (см. Гальваномаг­нитные явления).

В полупроводниках в электропро­водности участвуют одновременно эл-ны проводимости и дырки. При этом постоянная Холла выражается через парциальные проводимости эл-нов s_э и дырок s_д и их концентрации n_э и n_д для слабых полей:

Критерии сильного поля: w_ct>1 (w_с— циклотронная частота носителя). При n_э=n_д для всех значений Н R =(1/ne)((s_э-s_д)/(s_э+s_д)), а   знак R соответствует основным носителям.

Для металлов величина R зависит от зонной структуры (формы Ферми поверхности). Для замкнутых поверх­ностей Ферми и в сильных магн. полях постоянная Холла изотропна, а вы­ражения для R совпадают с (3) и (4). Для открытых поверхностей Ферми R — тензор. Однако, если направле­ние H относительно кристаллогра­фич. осей выбрано так, что не возни­кает открытых сечений поверхности Ферми, то выражения для R также ана­логичны (3) и (4).

В ферромагнетиках эл-ны подвер­гаются совместному действию внеш. магн. поля и поля магн. доменов. Это приводит к особому ферромаг­нитному X. э. Эксперименталь­но найдено, что E_H=(RH+R₁M)j, где R — обыкновенная, а R₁— ано­мальная постоянные Холла, М — ве­личина намагниченности.

Х.э.—один из наиболее эфф. мето­дов изучения энергетич. спектра но­сителей заряда в металлах и ПП. Зная R, можно определить знак носителей и оценить их концентрацию, что поз­воляет сделать заключение о кол-ве примесей в ПП. Линейная зависи­мость R от Н используется для изме­рения напряжённости магн. поля (см. Магнитометр). X. э. используется для умножения пост. токов в анало­говых вычислит. машинах, в изме­рит. технике и др. (д а т ч и к и  X о л л а).

• Hall Е. Н., On the new action of mag­netism on a permanent electric current, «Phil. Mag.», 1880, v. 10, p. 301. См. также лит. при ст. Гальваномагнитные явления.

Ю. П. Гайдуков.

ХОЛОДНЫЕ НЕЙТРОНЫ,     нейтро­ны с энергией от 5•10^-3 до 10^-7 эВ (см. Нейтронная  физика).

ХРОМАТИЧЕСКАЯ  АБЕРРАЦИЯ (от греч. chroma — цвет), одна из осн. аберраций оптич. систем, обусловлен­ная зависимостью показателя прелом­ления прозрачных сред от длины волны света (см. Дисперсия света). X. а. проявляется в оптич. системах, вклю­чающих элементы из преломляющих материалов (напр., линзы). Зеркалам X. а. не свойственна; др. словами, зеркала ахроматичны.

839

 

 

 

 

Существует два не зависящих один от другого типа X. а.: хроматизм положения изображения (ХП) и хроматизм увели­чения (ХУ). ХП состоит в том, что изображения удалённой точки, форми­руемые лучами разной длины волны, не совпадают для лучей разного цве­та, располагаясь вдоль нек-рого отрез­ка O₁O₂(т. е. немонохроматич. пучок имеет целую совокупность фокусов вдоль отрезка оптич. оси; см. рис.).

При ХП на экране, поставленном пер­пендикулярно оптич. оси в области формирования изображения, вместо одной светлой точки наблюдается со­вокупность цветных кружков. ХУ за­ключается в том, что поперечные увеличения изображений объекта, фор­мируемых лучами разной длины вол­ны, могут оказаться различными. Это вызвано различием положений глав­ных плоскостей системы (см. Кардинальные точки) для лучей раз­ного цвета, что может иметь место, даже если их фокусы совпадают (в та­ком случае отличаются их фокусные расстояния). Из-за ХУ изображения предметов конечных размеров оказы­ваются окружёнными цветной каймой.

Исправлять ХП в оптич. системе можно, совмещая фокусы для лучей света разной длины волны. В прос­тейшем случае совмещение фокусов для лучей двух длин волн (и уменьшение взаимного удаления фокусов лучей др. длин волн) сравнительно неслож­но. Такие системы (обычно объективы) наз. ахроматами. В более совершен­ных апохроматах фокусы совмещают для лучей трёх длин волн, для чего увеличивают число элементов системы с разными показателями преломления и вводят в систему зеркала. Ещё более тщательное исправление ХП требует дальнейшего усложнения конструк­ции системы, тем большего, чем больше её относительное отверстие и угол поля зрения (число линз и зеркал уве­личивается и форма их усложняется). При исправлении ХУ необходимо сов­местить также гл. плоскости для воз-

можно большего числа лучей с раз­ными длинами волн, что связано с большими трудностями.

• См. пит. при ст. Аберрации оптических систем.

ХРОМАТИЧЕСКАЯ ПОЛЯРИЗА­ЦИЯ, появление окраски при про­хождении белого света через оптич. систему, состоящую из поляризатора, двупреломляющей прозрачной пла­стинки (среды) и анализатора вслед­ствие интерференции поляризованных лучей. Используется при исследова­нии кристаллов и напряжений в проз­рачных тв. материалах (см. Поляризационно-оптический метод исследова­ния).

ХРУПКОСТЬ, свойство материала разрушаться при небольшой (преим. упругой) деформации под действием напряжений, средний уровень к-рых ниже предела текучести. Образование хрупкой трещины и развитие про­цесса хрупкого разрушения связано с образованием малых локальных зон пластич. деформации (см. Прочность). Относит. доля упругой и пластич. де­формации при хрупком разрушении зависит от св-в материала (характера межат. и межмол. связей, микро- и кристаллич. структуры) и условий его работы. Приложение растягивающих напряжений по трём главным осям (трёхосное напряжённое состояние), концентрация напряжений в местах резкого изменения сечения детали, понижение темп-ры и увеличение ско­рости нагружения, а также повыше­ние запаса упругой энергии нагру­женной конструкции способствуют пе­реходу материала в хрупкое состояние. Напр., существенно упругий мате­риал — мрамор, хрупко разрушаю­щийся при растяжении, в условиях несимметричного по трём гл. осям сжа­тия ведёт себя, как пластичный мате­риал; чем выше концентрация напря­жений, тем сильнее проявляется X. материала, и т. д. Поэтому X. следует рассматривать в связи с условиями работы материала.

Условием роста хрупкой трещины явл. нарушение равновесия между ос­вобождающейся при этом энергией упругой деформации и приращением полной поверхностной энергии (вклю­чая и работу пластич. деформации тонкого слоя, примыкающего к краю трещины). Хрупкая прочность элемента   с   трещиной   обратно  пропорц. Öl, где l — полудлина трещины.

Склонность материала к хрупкому разрушению оценивают обычно по температурным зависимостям работы разрушения или хар-к пластичности, позволяющих определить критич. темп-ру хрупкости Т_кр, т. е. темп-ру перехода из пластич. состояния в хрупкое. Чем выше T_кр, тем более ма­териал склонен к хрупкому разруше­нию.

При рассмотрении макроскопич. за­кономерностей хрупкого разрушения необходимо учитывать две независи­мые хар-ки — сопротивление пластич. деформации (предел текучести s_s) и сопротивление хрупкому разрушению (хрупкая прочность, сопротивление от­рыву S_от). При понижении темп-ры ис­пытания, введении надрезов — кон­центраторов напряжения, увеличении скорости деформации s_s возрастает быстрее, чем S_от, вследствие чего происходит пере­ход от вязкого раз­рушения к хруп­кому (рис.).

Схема перехода ка­менной соли из вяз­кого состояния в хрупкое при пониже­нии темп-ры испыта­ния на растяжение (по А. Ф. Иоффе).

 

Представление о возникновении хрупкого разрушения как результате небольшой предварительной пластич. деформации лежит в основе дислокац. теории разрушения. Зарождение хруп­ких трещин связывают с плоским скоплением линейных дефектов крист. решётки — дислокаций — перед к.-л. препятствием, к-рым могут служить границы зёрен или субзёрен, различ­ные включения и т. п. При этом возни­кает высокая концентрация напряже­ний, пропорциональная касательному напряжению от внешней нагрузки и длине скопления дислокаций.

• Дроздовский Б. А., Фрид­ман Я. Б., Влияние трещин на механиче­ские свойства конструкционных сталей, М., 1960; Черепанов Г. П., Механика хрупкого разрушения, М., 1974; Разруше­ние, пер. с англ., ред. Г. Либовиц, т. 1—7, М., 1973 — 76.                         

В. И. Саррак.