Ц

ЦВЕТ, одно из св-в материальных объектов, воспринимаемое как осоз­нанное зрит. ощущение. Тот или иной Ц. «присваивается» человеком объекту в процессе зрит. восприятия этого объекта. В громадном большинстве

случаев цветовое ощущение возникает в результате воздействия на глаз по­токов видимого излучения (восприни­маемого глазом эл.-магн. излучения с длинами волн от 380 до 760 нм). Иног­да цветовое ощущение возникает без участия лучистого потока — при давлении на глазное яблоко, ударе, элек­трическом раздражении и т. д., а также по мысленной ассоциации с др. ощущениями — звука, тепла и др., и в результате работы вообра­жения. Разл. цветовые ощущения вы­зывают разноокрашенные предметы, их разноосвещённые участки, источ­ники света и создаваемое ими освеще-

840

 

 

 

ние. При этом восприятия Ц. могут различаться (даже при одинаковом относит. спектр. составе потоков излу­чения) в зависимости от того, попа­дает ли в глаз излучение от источни­ков света или от несамосветящихся объектов. В человеческом языке, од­нако, используются одни и те же тер­мины для обозначения Ц. этих двух разных типов объектов. Осн. долю предметов, вызывающих ощущения Ц., составляют несамосветящиеся тела, к-рые лишь отражают или пропуска­ют свет, излучаемый источниками. В общем случае Ц. предмета обуслов­лен след. факторами: его окраской и св-вами его поверхности; оптич. св-вами источников света и среды, через к-рую свет распространяется; св-вами зрит. анализатора человече­ского мозга и особенностями ещё недо­статочно изученного психофизиоло­гич. процесса переработки зрит. впечатлений в мозговых центрах.

Эффект принадлежности цвета. Эволюционно способность к восприятию Ц. развилась для целей идентификации предметов окружающего мира вместе со способностями к восприятию др. их св-в (размеров, твёрдости, теплоты и др.) и перемещений в пр-ве, помогая обнаруживать и опознавать в жизнен­но важных ситуациях отд. предметы по их окраске при всевозможных изме­нениях освещения и состояния окру­жающей их среды. Эта необходимость распознавания объектов явилась гл. причиной того, что их Ц. определя­ются в осн. их окраской и при привыч­ных для человека условиях наблюде­ния лишь в малой степени зависят от освещения (за счёт бессознательно вносимой наблюдателем поправки на освещение). Напр., зелёная листва деревьев признаётся зелёной даже при красноватом освещении на за­кате солнца. Оговорка о привычных (в широком смысле) условиях наблю­дения весьма существенна — если сделать их резко необычными, сужде­ния человека о Ц. предметов (следова­тельно, и его цветовые ощущения) становятся неуверенными или ошибоч­ными. (Так, описания и попытки вос­произведения Ц. т. н. «космических зорь», сделанные разными космонав­тами, сильно отличались одно от другого и от Ц. этих «зорь», зафиксиро­ванных объективными методами цвет­ной фотографии.) Вырабатывающееся и закрепляющееся в человеческом соз­нании устойчивое представление об определённом Ц. как неотъемлемом признаке привычных объектов наблю­дения наз. «эффектом принадлежности Ц.», или «явлением константности Ц.». Эта психологич. особенность зрит. восприятия наиболее сильно прояв­ляется при рассматривании несамо­светящихся предметов и обусловлена тем, что в повседневной жизни мы одновременно рассматриваем совокуп­ности предметов, подсознательно срав­нивая их Ц., либо сравниваем цвето­вые ощущения от разноокрашенных

или разноосвещённых участков этих предметов. Эффект принадлежности Ц. несамосветящихся объектов нас­только значителен, что даже в не­благоприятных условиях наблюдения Ц. предмета осознаётся в результате опознания предмета по др. призна­кам. Наименования мн. Ц. произошли от назв. объектов, окраска к-рых очень сильно выражена: малиновый, розо­вый, изумрудный. Нередко даже Ц. источника света описывают Ц. к.-л. характерного несветящегося объекта: кроваво-красный диск Солнца. Эффект принадлежности Ц. не столь силён для источников света, поскольку в обыч­ных (не связанных с их производст­вом) условиях их редко сопоставляют с др. источниками, и зрит. анализа­тор в значит. степени адаптируется к условиям освещения.

Основы и особенности цветового восприятия. Восприятие Ц. может частично меняться в зависимости от психофизиологич. состояния наблю­дателя, напр. усиливаться в опасных ситуациях, уменьшаться при устало­сти и т. д. Несмотря на адаптацию глаза к условиям освещения, восприя­тие Ц. может довольно заметно отли­чаться от обычного при изменении интенсивности излучения (того же от­носит. спектр. состава) — явление, открытое нем. учёными В. Бецольдом и Э. Брюкке в 1870-х гг. Изменчивость восприятия Ц. наглядно демонстри­руется в т. н. бинокулярной колори­метрии, основанной на независимости адаптации одного глаза от другого. Всё это указывает на ведущую роль мозговых центров, ответственных за восприятие Ц., и степени их «трени­рованности» (при неизменном фотохим. аппарате цветового зрения).

Ц. излучений, длины волн к-рых расположены в диапазоне видимого света в определ. интервалах вокруг длины волны к.-л. монохроматического излучения, наз. спектральны­ми Ц. Излучения с длинами волн от 380 до 470 нм имеют фиолетовый и синий Ц., от 470 до 500 нм — сине-зелёный, от 500 до 560 нм— зелёный, от 560 до 590 нм — жёлто-оранжевый, от 590 до 760 нм — красный (в более мелких участках этих интервалов Ц. излучений соответствуют разл. оттен­кам указанных Ц.).

Развитие способности к ощущению Ц. эволюционно обеспечивалось фор­мированием спец. системы цветового зрения, включающей два типа светочувствит. фоторецепторов: т. н.  к о л б о ч к и, находящиеся гл. обр. в центр. участке сетчатки глаза и обла­дающие максимумами спектральной чувствительности в трёх разных спектр. участках — красном, зелёном и синем, и расположенные в осн. по периферии сетчатки т. н. п а л о ч к и, не обладающие преимуществ. чувствительностью к к.-л. спектраль­ному Ц. и играющие гл. роль в созда­нии ахроматических (см. ниже) зрит. образов. Часто недооцениваемое значение палочек в механизме распозна­вания Ц. становится тем выше, чем ниже освещённость наблюдаемых пред­метов. Воздействие разл. по спектр. составу и интенсивности потоков лу­чистой энергии на эти рецепторы сет­чатки и является физ.-хим. основой разл. восприятий Ц. Комбинации раз­ных по интенсивности раздражений фоторецепторов, перерабатываемые и в периферийных проводящих нервных путях, и в мозговых зрит. центрах, дают всё многообразие цветовых ощу­щений. Суммарная спектр. чувстви­тельность глаза, обусловленная дей­ствием фоторецепторов обоих типов, максимальна в «зелёной» области (дл. волны ок. 555 нм), а при понижении ос­вещённости смещается в «сине-зелё­ную» область. Предполагавшаяся ра­нее сводимость всех ощущений Ц. к сочетаниям разл. раздражений только колбочек послужила основой для раз­работки способов количеств. выраже­ния Ц. в виде набора трёх чисел. По­добный подход имеет рациональную основу (см. ниже), однако при разра­ботке таких способов не могли быть учтены влияние вариаций освещён­ности и интенсивности излучения, роль зрит. мозговых центров и общего психофизиологич. состояния наблю­дателя.

Цветовой тон, насыщенность и светлота. При уточнённом качеств. описании Ц. используют три его субъ­ективных атрибута: цветовой тон (ЦТ), насыщенность и светлоту. Разделение признака Ц. на эти взаимосвязанные компонен­ты есть результат мысленного процес­са, существенно зависящего от навы­ка и обучения. Наиболее важный ат­рибут Ц.— ЦТ («оттенок цвета») — ассоциируется в человеческом созна­нии с обусловленностью окраски пред­мета определ. типом пигмента, крас­ки, красителя. Насыщенность харак­теризует степень, уровень, силу выра­жения ЦТ. Этот атрибут в человечес­ком сознании связан с кол-вом (кон­центрацией) пигмента, краски, кра­сителя. Серые тона называют ахро­матическими (бесцветными) и считают, что они не имеют насыщен­ности и различаются лишь по светлоте. Светлоту сознание обычно связывает с кол-вом чёрного или белого пигмен­тов, реже — с освещённостью. Свет­лоту окрашенных объектов оценивают, сопоставляя их с ахроматич. объекта­ми. Ахроматичность несамосветящих­ся объектов обусловлена б. или м. равномерным, одинаковым отражением ими излучений всех длин волн в пре­делах видимого спектра. Ц. ахрома­тич. поверхностей, отражающих мак­симум света, наз. «белым». Несмотря на то, что по такому определению «белыми» могут оказаться предметы, к-рые при непосредств. сравнении дают разные цветовые ощущения,

841

 

 

среди ахроматич. Ц. несамосветящихся объектов белый Ц. занимает исключит. положение. Поверхности с белой ок­раской часто служат своеобразными «эталонами»: они всегда сразу узна­ются и именно сопоставление с ними, наряду с адаптацией глаза, позволяет бессознательно вводить поправку на освещение. Даже если наблюдаются только белые предметы, по ним опоз­наётся Ц. самого освещения.

Насыщенность и светлота Ц. неса­мосветящихся предметов взаимосвя­заны, т. к. усиление спектрально-из­бирательного поглощения при увели­чении кол-ва (концентрации) красите­ля всегда сопровождается уменьше­нием интенсивности отражённого све­та, что вызывает ощущение уменьше­ния светлоты. Так, роза более насы­щенного пурпурного Ц. воспринима­ется более тёмной, чем роза с тем же, но менее выраженным ЦТ.

Цветовое восприятие и измерение цвета. Одноврем. рассматривание од­них и тех же несамосветящихся пред­метов или источников света неск. наб­людателями с норм. цветовым зрением (в одинаковых условиях рассматри­вания) позволяет установить однознач­ное соответствие между спектр. со­ставом сравниваемых излучений и вызываемыми ими цветовыми ощуще­ниями. На этом основана колори­метрия. Хотя такое соответствие и однозначно, но не взаимно-однознач­но: одинаковые ощущения Ц. могут вызываться потоками излучений разл. спектрального состава. Существует много определений Ц. как физ. вели­чины. Но даже в лучших из них (с колориметрич. точки зрения) часто опускается упоминание о том, что однозначность ощущений достигается лишь при стандартизов. условиях наблюдения, освещения и т. д., не учитывается изменение восприятия Ц. при изменении интенсивности излуче­ния того же спектр. состава (явление Бецольда — Брюкке), не принимается во внимание цветовая адаптация глаза и др. Поэтому многообразие цветовых ощущений, возникающих при реаль­ных условиях освещения, вариациях угл. размеров сравниваемых по Ц. элементов, их фиксации на разных участках сетчатки, разных психофизиологич. состояниях наблюдателя и т. д., всегда богаче колориметрич. цве­тового многообразия. Напр., Ц., к-рые в повседневной жизни воспринима­ются (в зависимости от светлоты) как «бурые», «каштановые», «коричневые», «шоколадные» и т. д. в колориметрии одинаково определяются как оранже­вые или жёлтые. В одной из лучших попыток определения Ц., принадлежа­щей австр. физику Э. Шрёдингеру, трудности задачи «снимаются» про­стым отсутствием к.-л. указаний на зависимость цветовых ощущений от многочисл. конкретных условий наблюдения. По Шрёдингеру, Ц. есть св-во спектр. состава излучений, общее всем излучениям, в т. ч. визуально неразличимым для человека.

В колориметрии Ц. обозначают со­вокупностью трёх чисел. Существует много систем, отличающихся методи­кой определения таких трёх чисел (см. Колориметрия). Напр., существует ин­струментально-расчётный метод, при к-ром ЦТ выражается через объектив­но определяемую длину волны излу­чения, воспроизводящего — в смеси с белым Ц.— измеряемый Ц.; насы­щенность Ц.— через его чистоту (соот­ношение интенсивностей монохроматич. и белого Ц. в смеси), а светлота выражается через объективно уста­навливаемую яркость измеряемого излучения, определяемую экспери­ментально или рассчитываемую по кривой спектральной световой эффек­тивности излучения. Количеств. вы­ражение субъективных атрибутов Ц. неоднозначно, поскольку оно сильно зависит от различия между конкрет­ными условиями рассматривания объ­ектов и стандартизованными колори­метрическими. В частности, поэтому имеется много формул, по к-рым рас­считывают светлоту.

В колориметрии особое значение придают измерению спектральных Ц. и определению по ним т. н.

к р и в ы х   с л о ж е н и я, характеризующих спектр. чувствительность зрит. ана­лизатора относит. кол-вами трёх из­лучений, смешение к-рых порождает определ. цветовое ощущение. Ц. излу­чений разного спектр. состава, к-рые при одинаковых условиях рассматри­вания визуально воспринимаются оди­наковыми, наз. мета мерным и Ц., или метамерами. Метаме­рия Ц. увеличивается с уменьшением его насыщенности, становясь наиболь­шей для белых Ц. Любые два излуче­ния, создающие в смеси белый Ц., наз. дополнительными цветами.

Аномалии цветового зрения и влия­ния освещения. Наблюдатель с норм. цветовым зрением при сопоставлении различно окрашенных предметов или разных источников света может раз­личать большое кол-во Ц. Натрениро­ванный наблюдатель различает по ЦТ ок. 150 Ц., по насыщенности ок. 25, по светлоте от 64 при высокой осве­щённости до 20 при пониженной. При аномалиях цветового зрения разли­чается меньшее число Ц. Ок. 90% всех людей обладают норм. цветовым зрением и ок. 10% — частично или полностью «цветнослепые». Характер­но, что из этих 10% людей с анома­лиями цветового зрения 95% — муж­чины. Существует три вида таких ано­малий: краснослепые (протанопы) не отличают красных Ц. от близких к ним по светлоте ахроматич. Ц. и до­полнит. по ЦТ тёмно-голубых Ц.; зелёнослепые (дейтеранопы) не отли­чают или плохо отличают зелёные цве­та от близких к ним по светлоте ахро­матич. Ц. и дополнит. пурпурных Ц.;

синеслепые (тританопы) не отличают синих Ц. от близких по светлоте ахроматич. и дополнит. тёмно-жёлтых Ц. Очень редки случаи полной цвето­вой слепоты, когда воспринимаются лишь ахроматич. образы. Аномалии цветового зрения не мешают норм. трудовой деятельности при условии, что к ряду профессий цветнослепые не должны допускаться.

Адаптация зрения обеспечивает опоз­нание предметов по Ц. (за счёт эффекта принадлежности Ц.) при вариациях условий освещения в весьма широких пределах. Вместе с тем при изменении спектр. состава освещения визуально воспринимаемые различия между од­ними Ц. усиливаются, а между дру­гими ослабевают. Напр., при желтова­том освещении, создаваемом лампами накаливания, синие и зелёные ЦТ различаются хуже, чем красные и оранжевые, а при синеватом освеще­нии в пасмурную погоду, наоборот, хуже различаются красные и оранже­вые ЦТ. При слабом освещении все Ц. различаются хуже и воспринима­ются менее насыщенными («эффект сумеречного зрения»). При очень сильном освещении Ц. воспринимаются тоже менее насыщенными и «разбе­лёнными». Эти особенности зрит. вос­приятия широко используются в изоб­разит. искусстве для создания иллю­зии того или иного освещения.

•Артюшин Л. Ф., Основы воспроиз­ведения цвета в фотографии, кино и поли­графии, М., 1970; Гуревич М. М., Цвет и его измерение, М.— Л., 1950; Ивенс Р. М., Введение в теорию цвета, пер. с англ., М., 1964.        

Л. Ф. Артюшин.

«ЦВЕТ», квант. число, характери­зующее кварки и глюоны. Каждый тип кварка (d, u, s, с, b) может находить­ся в трёх физически неразличимых «цветовых» состояниях, а каждый из глюонов — в восьми «двухцветных» состояниях. В квантовой хромодинамике «цветные» ч-цы обладают «цвето­вым зарядом», определяющим вз-ствие этих ч-ц. В свободном состоянии «цветные» ч-цы не обнаружены, что связывают с явлением т. я. удержания «цвета». Впервые понятие дополнит. квант. числа кварков, позднее наз­ванного «Ц.», было введено Н. Н. Бо­голюбовым, Б. В. Струминским и А. Н. Тавхелидзе, а также М. Ханом и Й. Намбу (США) в 1965 для объяс­нения кажущегося нарушения Паули принципа в кварковой модели адро­нов (см. Элементарные частицы). В дальнейшем оно получило эксперим. подтверждение в ряде опытов при высоких энергиях (напр., в процессах аннигиляции эл-на и позитрона в ад­роны, полное сечение к-рых пропорц. сумме квадратов электрич. зарядов всех («цветных») кварков).

А.   В.   Ефремов.

ЦВЕТНОСТЬ, см. Колориметрия.

ЦВЕТОВАЯ АДАПТАЦИЯ, кажу­щееся изменение цветности (см. Коло­риметрия) наблюдаемых объектов или попадающего в глаз излучения источ­ников света под влиянием предшест-

842

 

 

вующих цветовых восприятий. В наи­более распространённой трёхкомпонентной теории цветового зрения (ЦЗ) Ц. а. принято считать следствием уменьшения чувствительности одного или двух из трёх обеспечивающих ЦЗ независимых фоторецепторов (к о л б о ч е к) еетчатки глаза, мак­симумы спектральной чувствитель­ности к-рых расположены в красном (К), зелёном (3) и синем (С) участках спектра видимого излучения. Обычно понижение чувствительности рецеп­торов К, 3 и С объясняют разл. сте­пенью их утомления в предадаптационный период, к-рый зависит от времени воздействия на них «цветного» излучения. На рис. показан характер Ц. а. для К, 3 и С рецепторов. Из графика видно, что скорость падения относит. чувствительности I (в %) к разным цветам различна. При Ц. а. восприятие цветов «смещается» в сто­рону дополнительного цвета; напр., после возбуждения глаза красным цве­том ахроматич. цвета (белые и серые) представляются зеленоватыми, после возбуждения синим цветом — желтова­тыми и т. д.

Ц. а. объясняет возможность наб­людения пересыщенных цветовых то­нов, т. е. более насыщенных (см. Цвет), чем природные цвета. Напр., при предварит. возбуждении глаз красным светом можно увидеть зелёный объект более зелёным, нежели зелёный цвет его натуральной окраски. Сле­дует иметь в виду, что Ц. а. быстро убывает и её эффект наиболее заметен лишь в первые неск. секунд после смены освещения (рис.).

 

Ц. а. ещё недостаточно изучена, и не все экспериментально наблюдае­мые явления, связанные с ней, могут быть прямо истолкованы в рамках трёхкомпонентной теории ЦЗ.

• Кравков С. В., Цветовое зрение, М., 1951; Ивенс Р.-М., Введение в тео­рию цвета, пер. с англ., М., 1964.

Н.   А.   Валюс.

ЦВЕТОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА (Т_с), спектрофотометрическая или колори­метрическая темп-ра, физ. параметр, определяющий ход интенсивности I(l) излучения к.-л. источника с измене­нием длины волны l в оптич. диапазо­не непрерывного спектра. Ц. т. при­нимают равной темп-ре абсолютно чёрного тела, имеющего в рассматри­ваемом интервале длин волн то же от­носительное распределение интенсив­ности (см. Планка закон излучения), что и данный источник (см. Пироме­тры). Ц. т. обусловливает относит. вклад излучения данного цвета в излу­чение источника, т. е. видимый цвет источника. Понятие «Ц. т.» широко

применяется в астрофизике и фотомет­рии.

«ЦВЕТОВОЙ ЗАРЯД», параметр, оп­ределяющий сильное вз-ствие кварков и глюонов в квантовой хромодинамике. «Ц. з.» во мн. отношениях анало­гичен электрич. заряду. В частности, благодаря калибровочной симметрии, с к-рой связано появление «Ц. з.», он может служить мерой нек-рой сох­раняющейся величины. Величина эф­фективного «Ц. з.» существенно зави­сит от расстояния до «цветной» ч-цы, однако, в отличие от электрического, он не может быть измерен «на бесконеч­ности», т. к. ввиду предполагаемого удержания «цвета» не существует ста­тич. глюонного поля. Измерение «Ц. з.» в глубоко неупругих процессах на расстоянии порядка комптоновской длины волны протона (см. Эффектив­ный заряд) приводит к значению, в 40—50 раз превышающему величину элем. электрич. заряда.

А. В. Ефремов.

ЦВЕТОВОЙ КОНТРАСТ, величина, характеризующая разницу между двумя цветностями. Понятие «Ц. к.» используется в цветовых измерениях. Подробнее см. Колориметрия.

ЦВЕТОВОЙ ТРЕУГОЛЬНИК, см. Колориметрия.

ЦВЕТОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ, методы измерения и количеств. выражения цвета. Подробнее см. Колориметрия.

ЦЕЛЬСИЯ ШКАЛА, температурная шкала, в к-рой интервал между темп-рами таяния льда и кипения воды при норм. атм. давлении (760 мм рт. ст., или 101 325 Па) разделён на 100 рав­ных частей. Предложена в 1742 швед. учёным А. Цельсием (A. Celsius). Темп-ра по Ц. ш. выражается в гра­дусах Цельсия (°С), при этом темп-ра таяния льда принимается равной 0°С, кипения воды — 100°С (см. Тем­пературные шкалы). 1°С = 1К — ед. темп-ры по термодинамич. шкале.

ЦЕНТ (цент, cent), ед. частотного интервала, равная 1/1200 октавы. 1Ц. = 8,33•10^-4 октавы=0,251 савар. Применяется в муз. акустике.

ЦЕНТНЕР (нем. Zentner, от лат. centenarius — содержащий 100 еди­ниц) (ц, q), ед. массы, равная 100 кг.

ЦЕНТР ДАВЛЕНИЯ, точка, в к-рой линия действия равнодействующей приложенных к покоящемуся или движущемуся телу сил давления окружающей среды (жидкости, газа) пересекается с нек-рой проведённой в теле плоскостью. Напр., для крыла самолёта (рис.) Ц. д. определяют как точку пересечения линии действия аэ­родинамич. силы R с плоскостью хорд крыла; для тела вращения (корпус ракеты, дирижабля и др.) — как точку пересечения аэродинамич. силы с плос­костью симметрии тела, перпендику­лярной к плоскости, проходящей че­рез ось симметрии и вектор скорости центра тяжести тела.

Положение Ц. д. зависит от формы тела, а у движущегося тела может ещё зависеть от направления движения и

Положение центра давления потока на кры­ло: b — хорда; a — угол атаки; v — вектор скорости потока; x — расстояние центра давления от передней точки тела.

 

от свойств окружающей среды (её сжимаемости). При движении со сверх­звуковой скоростью Ц. д. значительно смещается к хвосту из-за влияния сжимаемости воздуха. Изменение по­ложения Ц. д. у движущихся объек­тов (самолёт, ракета, мина и др.) существенно влияет на устойчивость их движения. Чтобы их движение бы­ло устойчивым при случайном изме­нении угла атаки а, Ц. д. должен сместиться так, чтобы момент аэроди­намич. силы относительно центра тя­жести (положение к-рого также может изменяться в процессе полёта) вызвал возвращение объекта в исходное поло­жение.

• Л о й ц я н с к и й Л. Г., Механика жид­кости и газа, 5 изд., М., 1978; Голубев В. В., Лекции по теории крыла, М.— Л. 1949.

ЦЕНТР ИЗГИБА в сопротивлении материалов и теории упругости, точка поперечного сечения бруса, такая, что брус при изгибе не испытывает кру­чения, если поперечная сила проходит через Ц. и. В упругом брусе положе­ние Ц. и. не зависит от величины си­лы. Определение Ц. и. важно для рас­чёта ряда конструкций. Напр., чтобы крыло самолёта в полёте не изменяло самопроизвольно угол атаки, надо профиль крыла выбрать таким обра­зом, чтобы подъёмная сила проходила через Ц. и.

ЦЕНТР ИНЕРЦИИ (центр масс), геом. точка, положение к-рой характе­ризует распределение масс в теле или механич. системе. Координаты Ц. и. определяются ф-лами:

или  для  тела   при  непрерывном  рас­пределении  масс

где m_k — массы материальных точек, образующих систему, х_k, у_k, z_k — координаты этих точек, M=Sm_k — масса системы, r(х, у, z) — плотность, V — объём. Понятие о Ц. и. отлича­ется от понятия о центре тяжести тем, что последнее имеет смысл толь­ко для твёрдого тела, находящегося в однородном поле тяжести; понятие же о Ц. и. не связано ни с каким си­ловым полем и имеет смысл для любой

843

 

 

механич. системы. Для твёрдого тела положения Ц. и. и центра тяжести совпадают.

При движении механич. системы её Ц. и. движется так, как двигалась бы материальная точка, имеющая массу, равную массе системы, и находящаяся под действием всех внеш. сил, прило­женных к системе. Кроме того, нек-рые ур-ния движения механич. системы (тела) по отношению к осям, имеющим начало в Ц. и. и движущимся вместе с Ц. и. поступательно, сохраняют тот же вид, что и для движения по отно­шению к инерциальной системе от­счёта. Ввиду этих свойств понятие о Ц. и. играет важную роль в дина­мике системы и твёрдого тела.

С.   М.   Тарг.

ЦЕНТР МАСС, то же, что центр инер­ции.

ЦЕНТР ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ СИЛ, точка, через к-рую проходит линия действия равнодействующей системы параллельных сил F_k, при любом пово­роте всех этих сил ок. их точек при­ложения в одну и ту же сторону и на один и тот же угол. Координаты Ц. п. с. определяются ф-лами:

где x_k, y_k,  z_k — координаты точек приложения сил. Понятием Ц. п. с. пользуются при отыскании координат центров тяжести тел.

ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ, геом. точка, не­изменно связанная с твёрдым телом, через к-рую проходит равнодействую­щая сила всех сил тяжести, действую­щих на частицы тела при любом его положении в пространстве; она может не совпадать ни с одной из точек дан­ного тела (напр., у кольца). Если сво­бодное тело подвешивать на нити, прикрепляемой последовательно к разным точкам тела, то отмеченные нитью направления пересекутся в Ц. т. тела. Положение Ц. т. твёрдого тела в однородном поле тяжести сов­падает с положением его центра масс. Разбивая тело на части с весами p_k, для к-рых координаты x_k, y_k, x_k их Ц. т. известны, можно найти коорди­наты Ц. т. всего тела по ф-лам:

Ц. т. однородного тела, имеющего центр симметрии (прямоугольная или круглая пластины, шар, цилиндр и др.), находится в этом центре.

ЦЕНТР УДАРА, точка тела, имею­щего неподвижную ось вращения, обладающая тем свойством, что удар, направленный в эту точку перпендику­лярно к плоскости, проходящей через ось вращения и центр масс тела, не передаётся на ось и не оказывает удар­ных воздействий на подшипники, в к-рых эта ось закреплена. Ц. у. всегда существует у тела, имеющего плоскость симметрии, перпендикулярную к оси вращения, и лежит в этой плос­кости на расстоянии h=I/Ma, от оси вращения, где М — масса тела, I — его момент инерции относительно оси вращения, а — расстояние центра масс тела от этой оси. Вращающиеся ударные устройства (маятниковые копры, курки охотничьих ружей и т. п.) конструируют так, чтобы точка, к-рой производится удар, была по отношению к оси вращения Ц. у.

ЦЕНТРАЛЬНАЯ СИЛА, приложен­ная к материальному телу сила, линия действия к-рой при любом по­ложении тела проходит через нек-рую определённую точку, наз. центром силы. Примеры Ц. с.— сила тяготе­ния, направленная к центру планеты, кулоновы силы электростатич. притя­жения или отталкивания и др. Под действием Ц. с. центр масс свободного тела движется по плоской кривой, а отрезок прямой, соединяющей этот центр с центром силы, описывает в любые равные промежутки времени равные площади (см. Площадей закон). Теория движения под действием Ц. с. имеет важные приложения в небесной механике, при расчёте движения космич. летательных аппаратов, искусств. спутников и т. д.

ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СИЛА, сила, с к-рой движущаяся материальная точ­ка действует на тело (связь), стесняю­щее свободу движения точки и вынуж­дающее её двигаться криволинейно. Численно Ц. с. равна mv²/r, где m — масса точки, v — её скорость, r — радиус кривизны траектории, и на­правлена по главной нормали к траек­тории от центра кривизны (от центра окружности при движении точки по окружности). Ц. с. и центростреми­тельная сила численно равны друг другу и направлены вдоль одной пря­мой в противоположные стороны, но приложены к разным телам, как силы действия и противодействия. Напр., при вращении в горизонтальной плос­кости привязанного к верёвке груза центростремительная сила действует со стороны верёвки на груз, вынуждая его двигаться по окружности, а Ц. с. действует со стороны груза на верёвку, натягивая её.

При применении к решению задач динамики Д'Аламбера принципа тер­мину Ц. с. придают иногда др. смысл и наз. Ц. с. составляющую силы инер­ции материальной точки, направлен­ную по главной нормали к траектории.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ МОМЕНТ ИНЕР­ЦИИ, одна из величин, характери­зующих распределение масс в теле (механич. системе). Ц, м. и. вычис­ляются как суммы произведений масс m_k точек тела (системы) на две из коор­динат x_k, y_k, z_k этих точек:

Значения Ц. м. и. зависят от направ­лений координатных осей. При этом для каждой точки тела существуют по

крайней мере три такие взаимно пер­пендикулярные оси, наз. главны­ми осями инерции, для к-рых Ц. м. и. равны нулю.

Понятие Ц. м. и. играет важную роль при изучении вращательного движения тел. От значений Ц. м. и. зависят величины сил давления на подшипники, в к-рые закреплена ось вращающегося тела. Эти давления бу­дут наименьшими (равны статичес­ким), если ось вращения явл. гл. осью инерции, проходящей через центр масс тела.

ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНАЯ СИЛА, сила, действующая на материальную точку и направленная по гл. нормали к её траектории в сторону центра кри­визны (к центру окружности при движении точки по окружности). Чис­ленно Ц. с. равна центробежной силе, т. е. равна mv²/r, где m — масса точки, v — её скорость, r — радиус кривиз­ны траектории. Под действием Ц. с. материальная точка движется криво­линейно; при прямолинейном движе­нии Ц. с. равна нулю. ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЕ УСКО­РЕНИЕ, то же, что нормальное уско­рение. Обычно термин Ц. у. приме­няют в случае движения точки по окружности, когда её Ц. у. направ­лено к центру этой окружности.

ЦЕНТРЫ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ (цент­ры свечения), дефекты кристаллич. решётки, обусловливающие свечение люминофора (см. Люминесценция). В кристаллофосфорах Ц. л. могут быть обусловлены структурными дефекта­ми кристаллич. решётки (катионные и анионные вакансии, междоузельные атомы и ионы) — собств. Ц. л., и ак­тиваторами (специально вводимыми атомами и ионами) — примесные Ц. л. Простой Ц. л. представляет со­бой точечный структурный дефект или одиночный атом (ион) активатора, сложный — пары дефектов или ато­мов активатора (часто разнородных), а также их агрегаты. В люминесцент­ных стёклах Ц. л. примесные, они создаются при изготовлении стёкол добавлением активатора в шихту.

Осн. хар-ки Ц. л.— спектры погло­щения и излучения. Спектр поглоще­ния, как правило, находится в обла­сти прозрачности кристалла, поэтому Ц. л. часто являются и центрами ок­раски. Однако не все центры окраски люминесцируют; с другой стороны, если поглощение Ц. л. находится в области собственного поглощения кри­сталла, то он будет люминесцировать, не являясь центром окраски. Спектры поглощения и излучения простых примесных Ц. л. генетически связаны с атомами активатора. Так, при акти­вации люминофора ионами редкозе­мельных элементов спектры Ц. л. ока­зываются линейчатыми, обусловлен­ными квантовыми переходами во внутр. электронных оболочках иона. Воздей­ствие решётки проявляется в смеще­нии и расщеплении линий кристалли­ческим полем (Штарка эффект) и

844

 

 

в наложении добавочных частот, соответствующих колебаниям решёт­ки (см. Спектры кристаллов). При активации люминофора атомами эле­ментов, спектры к-рых обусловлены переходами во внеш. электронной обо­лочке, воздействие решётки приводит к уширению спектральных линий и превращению их в широкие полосы. Обычно ионы активатора замещают в регулярной решётке катион, однако при нек-рых условиях синтеза люми­нофора они могут локализоваться так­же и на внутр. дефектных плоскостях кристалла или по соседству с к.-л. структурным дефектом, тоже образуя Ц. л. Часто в одном люминофоре существуют два и более типов Ц. л.

• Л е в ш и н В. Л., Фотолюминесценция жидких и твердых веществ, М.—Л., 1951; Феофилов П., Поляризованная люми­несценция атомов, молекул и кристаллов, М., 1959; Антонов-Романов­ский В. В., Кинетика фотолюминесценции кристаллофосфоров, М., 1966.

3. Л. Моргенштерн.

ЦЕНТРЫ ОКРАСКИ, дефекты крист. решётки, поглощающие свет в спект­ральной области, в к-рой собств. поглощение кристалла отсутствует (см. Спектроскопия кристаллов). Пер­воначально термин «Ц. о.» относился только к т. н.F-центрам (от нем. Farbezentren), обнаруженным впервые в 30-х гг. в щёлочно-галоидных кри­сталлах нем. физ. Р. В. Полем с сотр. и представляющим собой анионные вакансии, захватившие электрон. В дальнейшем под Ц. о. стали понимать любые точечные дефекты крист. ре­шётки, поглощающие свет вне области собств. поглощения кристалла — катионные и анионные вакансии, междоузельные ионы (собств. Ц. о.), а так­же примесные атомы и ионы (примесные Ц. о.). Ц. о. обнаруживаются во мн. неорганич. кристаллах и стёк­лах, а также в природных минералах.

Ц. о. могут быть разрушены при нагревании (термич. обесцвечивание) или воздействии света, соответствую­щего спектральной области поглоще­ния самих Ц. о. (оптич. обесцвечива­ние). Под действием тепла или света один из носителей заряда, напр. электрон, освобождается из захватив­шего его дефекта и рекомбинирует с дыркой. В щёлочно-галоидных кри­сталлах F-центр обусловливает се­лективную полосу поглощения колоколообразного вида, обычно в види­мой области спектра, смещающуюся для кристаллов с одинаковыми анио­нами (катионами) и разными катио­нами (анионами) в сторону длинных волн при увеличении ат. веса катиона (аниона). Напр., в NaCl F-полоса имеет максимум поглощения в синей области спектра (l=465 нм) и цвет кристалла - - жёлто-коричневый (до­полнит. цвет), в KC1 — в зелёной об­ласти (l=563 нм) и кристалл выглядит фиолетовым.

Примесные атомы и ионы также могут захватывать электрон или дыр­ку, в результате чего изменяют полосу поглощения кристалла и его окраску.

Ц . о., будучи центрами захвата электронов и дырок, могут служить центрами люминесценции.

Окрашивание и обесцвечивание кристаллов и стёкол широко приме­няется в науке и технике: е дозимет­рии, в вычислит. технике, в устрой­ствах, где применяются фотохромные материалы. В археологии и геологии по исследованиям Ц. о., возникших под действием излучения радиоактив­ных элементов, находящихся в толще Земли, определяют возраст глиняных изделий и минералов. Окраска ряда драгоценных камней и самоцветов связана с Ц. о. Нек-рые кристаллы и стёкла с примесными Ц. о. использу­ются в качестве активной среды в твердотельных лазерах.

• М а р ф у н и н А. С., Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах, М., 1975.

З. Л. Моргенштерн

ЦИКЛ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ, круговой процесс, осуществляемый термодинамич. системой. Изучаемые в термодинамике циклы представляют собой сочетания разл. термодинамич. процессов, и в первую очередь изотермич., адиабатич., изобарич., изохорических. К Ц. т., исследование к-рых сыграло важную роль в разработке общих основ термодинамики (см. Вто­рое начало термодинамики) и в раз­витии её технич. приложений, отно­сятся: Карно цикл (рис. 1, а), цикл

в

Термодинамич. цик­лы в системе коор­динат р—V (объём — давление): а — Кар­но; б — Клапейрона; в — Клаузиуса — Ранкина.

 

Клапейрона (рис. 1,6), цикл Клаузиу­са — Ранкина (рис. 1, в) и ряд др. Кпд цикла Карно h_к=(Т₁-Т₂)/Т₁, где T₁ и T₂ — темп-ры нагревателя и холодильника тепловой машины. Все остальные тепловые циклы обладают меньшим значением кпд (h<h_к). Так, для цикла Клапейрона h_кл=(T₁-T₂)/[T₁+C_V(T₁-T₂)/Rln(V_B/V_A)], где C_V— теплоёмкость рабочего тела (идеаль­ного газа), V_B/V_A— отношение объё­мов газа в конце и в начале изотермич. расширения, R — газовая постоянная. На основе Ц. т. были детально изу­чены общие закономерности работы тепловых двигателей (внутр. и внеш. сгорания, турбин, ракетных двигателей), холодильных установок и т. д. Напр., цикл жидкого ракетного дви­гателя (ЖРД) в принципе совпадает с циклом Клаузиуса — Ранкина, его термич.   кпд  

h_т =1-(i₄-i₁)/(i₃-i₂),    где    i₄ -i₁ — разность энтальпий в изобар­ном процессе при давлении, соответ­ствующем давлению окружающей дви­гатель среды, i₃-i₂ — разность энтальпий в изобарном процессе под­вода теплоты к рабочему телу (газу) в камере сгорания.

• Вукалович М. П., Новиков И. И., Техническая термодинамика, 4 изд., М., 1968; Кириллин В. А.,

С ы ч е в В. В., Шейндлин А. Е., Техническая термодинамика, М., 1968.

ЦИКЛИЧЕСКИЕ КООРДИНАТЫ, обобщённые координаты механич. системы, не входящие явно в Лагранжа функцию или в др. характеристич. функции этой системы. Наличие Ц. к. упрощает процесс решения (интегри­рования) соответствующих дифф. ур-ний движения механич. системы. Напр., если в ф-ции Лагранжа L не входит явно координата q_1; то первое из ур-ний Лагранжа примет вид

(d/dt)(дL/дq₁)=0   и   сразу   даёт   интеграл

дL/дq₁=const.

ЦИКЛИЧЕСКИЕ УСКОРИТЕЛИ, ус­корители заряженных час­тиц, в к-рых благодаря управляю­щему (ведущему) магн. полю ч-цы движутся по орбитам, близким к кру­говым или спиральным, многократно проходя через один и тот же ускоряю­щий промежуток. См. Ускорители. ЦИКЛОИДАЛЬНЫЙ МАЯТНИК, материальная точка, совершающая под действием силы тяжести колеба­ния вдоль дуги циклоиды, ось к-рой вертикальна, а выпуклость обращена вниз. Период колебаний Ц. м. около положения равновесия (наинизшей точки циклоиды) не зависит от размахов колебаний и определяется форму­лой Т=2pÖ(4a/g), где а — радиус про­изводящего круга, g — ускорение си­лы тяжести, т. е. Ц. м. является строго изохронным, в отличие от матем. маятника.

• Бухгольц Н. Н., Основной курс теоретической механики, 9 изд., ч. 1, М., 1972.

ЦИКЛОТРОН, циклич. резонансный ускоритель тяжёлых ч-ц (протонов, ионов), в к-ром и управляющее магн. поле и частота ускоряющего электрич. поля постоянны во времени. Ч-цы в Ц. движутся по плоской развёртываю­щейся спирали. В Ц. с азимутальносимметричным магн. полем ч-цы могут быть ускорены лишь до нерелятив. скоростей. В Ц. с вариацией по азимуту (изохронный Ц.) возможно ускорение до больших энергий. См. Ускорители.

ЦИКЛОТРОННАЯ ЧАСТОТА (гиро­магнитная частота), частота w_с обра­щения заряженных частиц в постоян-

845

 

 

ном магнитном поле Н в плоскости, перпендикулярной H. Для свободной заряженной ч-цы Ц. ч. w_с опреде­ляется из равенства Лоренца силы и центробежной силы:

w_c=qH/mc,                    (1)

где q и m — заряд и масса свободной ч-цы. Ц. ч. определяет разность энер­гий Dξ между уровнями энергии ч-цы в магн, поле: Dξ=ћw_с.

Ц. ч. играет существ. роль в вопро­сах распространения и генерации электромагн. волн в плазме, находя­щейся в пост. магн. поле, в частности при распространении радиоволн в ио­носфере (гиромагнитная частота). Для электронов земной ионосферы, находящихся в магн. поле Земли (см. Земной магнетизм), w_с=10⁴ МГц; для электронов в области пятен солнечной короны w_с=10⁴ МГц. Для ч-ц с релятивистскими скоростя­ми в формуле (1) m=m₀/Ö(1-v²/c²),

где m₀—масса   покоя  ч-цы.

В кристаллах движение электронов сложнее вследствие взаимодействия с ионами решётки. В постоянном магн. поле энергия эл-на или дырки 8 и про­екция p_H их квазиимпульса р на на­правление Н сохраняются, так что в импульсном пространстве (p-простран­стве) движение происходит по кривой пересечения изоэнергетич. поверхности ξ(р)=ξ плоскостью p_H=const. Если эта кривая замкнутая, то движение яв­ляется периодическим и происходит с Ц. ч.:

w_с=еН/m*с.

Здесь m* — эффективная масса носи­теля заряда.                     

М. И. Каганов.

 ЦИКЛОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (магнитотормозное излучение), эл.-магн. излучение заряж. частицы, движу­щейся по окружности или спирали в магн. поле. В отличие от синхротронного излучения, термин «Ц. и.» обычно относят к магнитотормозному излу­чению нерелятив. ч-ц, происходящему на осн. циклотронной частоте и её первых гармониках.

ЦИКЛОТРОННО-РЕЗОНАНСНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР, устройство, в к-ром для определения масс ионов используется эффект резонансного поглощения эл.-магн. энергии ионами, вращающимися по круговым орбитам в однородном магн. поле. Эффект возникает при совпадении частоты приложенного поля с циклотронной частотой ионов. См. Масс-спектро­метр ,

ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС, из­бирательное поглощение или отраже­ние электромагн. волн проводниками, помещёнными в постоянное магн. поле, на частотах, равных или крат­ных циклотронной частоте носителей заряда. В пост. магн. поле Н заряжен­ные ч-цы движутся по спиралям, оси

Траектории электронов:а, б — в однородном постоянном магн. поле H при действии переменно­го электрич. поля Е^H; магн. поле H направлено парал­лельно поверхности металла; в — зеркально отражающихся от поверхности металла.

 

к-рых направлены вдоль Н (рис. а). В плоскости, перпендикулярной Н, движение является периодическим (рис. б) с циклотронной частотой:

w_c= eH/mc.                     (1)

Здесь е и m — заряд и масса ч-цы. С той же частотой w_c, поворачивается вектор скорости частицы v. Если при этом ч-ца находится в однородном пе­риодич. электрич. поле E(t) с частотой со, то энергия, поглощаемая ею, рав­ная eEv, также оказывается периодич. функцией времени t с угловой частотой (w_c-w). Ср. энергия, поглощаемая за большое время, резко возрастает при w= w_c.

Ц. р. может наблюдаться, если но­сители заряда совершают много обо­ротов, прежде чем испытают столкно­вение с др. ч-цами и рассеются. Это условие имеет вид: w_сt>1, где t — ср. время между столкновениями (вре­мя релаксации), определяемое св-вами проводника. В твёрдом теле опреде­ляющую роль играют столкновения электронов проводимости с дефектами крист. решётки (t~=10^-9—10^-11 с) и рассеяние на её тепловых колебаниях (электрон-фононное взаимодействие). Последний процесс ограничивает об­ласть наблюдения Ц. р. низкими темп-рами (1—10 К), когда столкновения с тепловыми фононами становятся до­статочно редкими. Практически дости­жимые макс. времена релаксации ограничивают снизу область частот (w>10⁹ Гц), используемых при ис­следовании твёрдых тел методом Ц. р.

Ц. р. в полупроводниках наблю­дается на частотах 10¹⁰ —10¹² Гц в полях 1—100 кЭ. Т. к. концентрация собств. носителей заряда или носите­лей, возбуждаемых светом, нагревом и др., обычно не превосходит 10¹⁴ —10¹⁵ см^-3, то электромагн. волны про­никают в образец на большую глу­бину, значительно превосходящую диаметры орбит электронов, измеряе­мых в мкм. Т. о. носители движутся в практически однородном электрич. поле, и Ц. р. наблюдается (как пра­вило) только при w=w_c.

В металлах электромагн. волны почти полностью отражаются от поверхности образца, проникая в ме­талл на небольшую глубину скин-слоя d~10^{-5 см (см. Скин-эффект). В результате эл-ны проводимости дви­жутся в сильно неоднородном электро­магн. поле, поскольку, как правило, диаметр их орбиты} D >>d (рис., а, б). Если магн. поле параллельно поверх­ности образца, то среди эл-нов есть та­кие, к-рые, хотя и движутся большую часть времени в глубине металла, где

электрич. поля нет, однако на корот­кое время заходят в скин-слой, где взаимодействуют с волной. Механизм передачи энергии от волны носителям в этом случае аналогичен работе цик­лотрона: резонанс возникает, если электрон будет попадать в скин-слой каждый раз при одной и той же фазе электрич. поля, что возможно при w=nw_с (n — целое число). Это ус­ловие отвечает резонансам, периоди­чески повторяющимся при изменении 1/H.

В металлах в тех же условиях, что и Ц. р., может наблюдаться близкое к нему по природе явление ─ осцил­ляции поверхностной проводимости из-за квантовых переходов между маг­нитными поверхностными уровнями. Они возникают, если электроны могут зеркально отражаться от поверхности образца, совершая тем самым периодич. движение, к-рое квантовано, и раз­решёнными оказываются такие ор­биты, для к-рых поток Ф магн. поля через сегмент, образуемый дугой траектории и поверхностью образца (заштрихован, рис., в), равен Ф=(n+¹/₄)ch/e.

Ц. р. широко применяется в физике твёрдого тела при изучении энергетич. спектра электронов, в первую оче­редь для точного измерения их эффек­тивной массы. При помощи Ц. р. возможно определение знака заряда носителей, изучение процессов их рассеяния и электрон-фононного вза­имодействия в металлах.

• Абрикосов А., Введение в теорию нормальных металлов, М., 1972; А ш к р о ф т Н., М е р м и н Н., Физика твер­дого тела, пер. с англ., М., 1979.

B.C. Эдельман.

ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ВОЛНА, вол­на, радиально расходящаяся от (схо­дящаяся к) нек-рой оси в пространст­ве или точке на плоскости. В послед­нем случае эти волны наз. также круговыми. Примерами Ц. в. могут служить волны на поверхности воды от брошенного камня или колеблющего­ся поплавка, электромагн. или аку­стич. волны, возбуждаемые источни­ками, расположенными в пространст­ве, ограниченном, напр., двумя плос­копараллельными отражателями (в т. ч. внутри океанич. волноводов и т. д.).

Структура Ц. в. существенно слож­нее структуры плоских (одномерных) и сферич. (трёхмерных) волн. Про­стейшая монохроматич. симметрич­ная Ц. в. с источником в центре (рис. 1) удовлетворяет двумерному волновому уравнению и описывается с помощью функции Ханкеля нулевого порядка H₀(kr):

846

 

 

u(r, t)~H₀(kr)e^iwt,          (1)

где со — круговая частота, k — вол­новое число. На больших расстояниях от оси (kr >> 1) волновое поле (1) приобретает вид:

u(r,  t)~(A/Ör)exp(wt-kr),      (2) и только в этом асимптотич. представ­лении в Ц. в. можно однозначно вы-

Рис. 1 Радиально расходящаяся цилинд­рич. волна, возбуждаемая источником в центре.

 

делить амплитуду А/Ör и фазу wt-kr=w(t-r/v_ф), где фазовая ско­рость v_ф совпадает с фазовой скоростью плоской волны: v_ф=w/k=2p/l (l— длина волны). По мере удаления от оси квадрат модуля волнового воз­мущения (2) убывает как 1/r, а по­верхность цилиндра, охватывающая источник, растёт пропорционально r, так что, в соответствии с законом сох­ранения энергии, суммарное значение потока энергии, уносимого от источ­ника на оси, остаётся постоянным. При отсутствии дисперсии волн из гармонич. волн (2) вдали от оси можно составить волну любой формы (в частности, уединённую волну, или вол­новой пакет), перемещающуюся с постоянной скоростью v_ф=v

u(r,t)=(A/Ör)f(t-r/v),        (3)

где ф-ция f(t-r/v) удовлетворяет од­номерному волновому ур-нию. Однако в промежуточной области, где kr~1,

Рис. 2. Радиально расходящаяся цилинд­рич. волна, заданная в начальный момент времени в форме одиночного импульса u=u₀/(1+r/r₀)^3/2. С увеличением t=ct/r₀ (с ростом времени t) импульс расплывается, оставляя за собой «шлейф».

 

даже в среде без дисперсии происхо­дит сильная деформация волнового возмущения (рис. 2). Это связано с тем, что Ц. в. в принципе нестационар­на: удаляясь от оси (центра), она оставляет за собой «шлейф», к-рый можно интерпретировать как резуль­тат прихода волновых возмущений от всё более и более удалённых от точки наблюдения источников на оси.

• См.  лит.   при   ст.   Волны.

М. А. Миллер, А. А. Островский.

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ДОМЕНЫ, «магнитные пузырьки», изолированные однородно намагни­ченные подвижные области ферро- или ферримагнетика (домены), имеющие форму круговых цилиндров и направ­ление намагниченности, противопо­ложное направлению намагниченности остальной его части (рис. 1). Обна­ружены в кон. 50-х гг. 20 в. в ортоферритах и гексаферритах (см. Ферриты).

Рис. 1. Изолиро­ванный цилинд­рич. магн. домен (1) в пластине маг­нетика (2) с одной осью лёгкого намагничивания. H — подмагничивающее поле, направление к-рого совпадает с осью лёгкого намагничивания; J — намагниченность магнетика (знаки + и - указывают на различие в направле­нии намагниченности).

 

Ц. м. д. получают в тонких (1 — 100 мкм) плоскопараллельных пласти­нах (плёнках) монокрист. ферримагнетиков (ферриты-гранаты) или аморф­ных ферромагнетиков (сплавы d- и f-переходных элементов) с единств. осью лёгкого намагничивания, направ­ленной перпендикулярно поверхности пластины. Магн. поле, формирующее Ц. м. д. (поле подмагничивания), при­кладывается по оси лёгкого намагни­чивания. В отсутствии внеш. подмагничивающего поля доменная структура пластин имеет неупорядоченный лабиринтообразный вид (рис. 2, слева). При наложении подмагничивающего поля домены, не имеющие контакта с краями пластины, стягиваются и обра­зуют Ц. м. д. (рис. 2, справа).

Рис. 2. Слева — лабиринтная доменная ст­руктура магнитоодноосных пластин в отсут­ствии магн. поля, наблюдаемая под микро­скопом в поляризованном свете (размер до­менов ок. 10 мкм); справа — цилиндрич. магн. домены, образовавшиеся при помеще­нии пластины в подмагничивающее поле.

 

Вектор намагниченности Ц. м. д. ориенти­руется вдоль оси лёгкого намагничива­ния.

Изолированные Ц. м. д. сущест­вуют в определённом интервале полей подмагничивания, к-рый составляет неск. % от величины намагничен­ности насыщения материала. Нижняя граница интервала устойчивости со­ответствует переходу Ц. м. д. в до­мены эллиптич. формы, верхняя — исчезновению (коллапсу) Ц. м. д. Устойчивое существование Ц. м. д. обусловлено равновесием трёх сил: силы взаимодействия намагниченности Ц. м. д. с полем подмагничивания;

силы, связанной с существованием у Ц. м. д. стенок (аналогична силе по­верхностного натяжения); наконец, силы взаимодействия магн. момента Ц. м. д. с размагничивающим полем остальной части магнетика. Первые две силы стремятся сжать Ц. м. д., а третья — растянуть. В момент форми­рования радиус Ц. м. д. имеет макс. величину; при дальнейшем увеличении подмагничивающего поля радиус Ц. м. д. уменьшается, а при нек-ром поле Н_к сжимающие силы начинают превышать растягивающие и Ц. м. д. исчезают (коллапсируют) (рис. 3).

Рис. 3. Область устойчивого существования цилиндрич. магн. доменов. По оси ординат отложено отношение напряжённости поля подмагничивания к намагниченности насы­щения магнетика, по оси абсцисс — отноше­ние толщины пластины к её характеристич. длине.

 

Реальные размеры Ц. м. д. зависят, помимо поля подмагничивания, от физ. параметров материала и толщины плёнки. В центре интервала устойчи­вости диаметр Ц.. м. д. примерно равен толщине плёнки.

В однородном поле подмагничивания Ц. м. д. неподвижны, в неоднородном они перемещаются в область с мень­шей напряжённостью поля. Сущест­вует предельная скорость перемеще­ния Ц. м. д. (для разных в-в от 10 до 1000 м/с). Скорость Ц. м. д. ограничивают процессы передачи энергии от движущихся Ц. м. д. крист. ре­шётке, спиновым волнам и т. п., а также взаимодействие Ц. м. д. с дефектами в кристаллах (с уменьше­нием числа дефектов скорость увеличи­вается). Ц. м. д. наблюдаются под микроскопом в поляризованном свете (используется Фарадея эффект).

Предложение о практич. использо­вании Ц. м. д. в вычислит. технике относится к 1967.

Так, тонкие эпитаксиальные плён­ки (см. Эпитаксия) сметанных редко­земельных ферритов-гранатов, обла­дающие необходимыми св-вами, стали применяться в запоминающих устрой­ствах цифровых вычислит. машин (для записи, хранения и считывания инфор­мации в двоичной системе счисления). Нули и единицы двоичного кода при этом изображаются соответственно присутствием и отсутствием Ц. м. д. в данном месте плёнки. Существуют магн. плёнки, в к-рых диаметр Ц. м. д.

847

 

 

менее 0,5 мкм, что позволяет, в прин­ципе, осуществлять запись информации с плотностью более 10⁷ бит/см². Прак­тически реализованная система за­писи и считывания информации осно­вана на перемещении Ц. м. д. в маг­нитных плёнках при помощи тонких (0,3—1 мкм) аппликаций из магнитно-мягкого материала (пермаллоя) Т—I-, Y—I- или V -образ­ной (шевронной) фор­мы, накладываемых непосредственно на плёнку с Ц. м. д. Ап­пликации намагничи­ваются вращающимся в плоскости плёнки управляющим магн. полем H_ynp (рис. 4) так, что в требуемом направлении возникает градиент поля, обеспечивающий пере­мещение Ц. м. д.

Рис. 4. Схемы перемеще­ния цилиндрич. магн. доменов (1) на пермаллоевых аппликациях (г) Т—I-образного (a), Y—I-образного (б) и шев­ронного (V-образного) (в) профилей.H_ynp— управ­ляющее магн. поле.

 

Схемы управления перемещением Ц. м. д. при помощи лермаллоевых аппликаций работают на частотах изменения управляющего поля около 1 Мгц, что соответствует скорости записи (считывания) инфор­мации 1 Мбит/с.

Рис. 5. Схема генерирования и перемещения цилиндрич. магн. доменов: слева — генера­тор доменов, H_ynр — управляющее магн. поле. При повороте управляющего поля один из концов зародышевого домена постепенно втягивается в канал распространения, обо­собляется и под действием поля намагнич. аппликаций перемещается по каналу.

 

Запись информации осуществляется с помощью генерато­ров Ц. м. д., работающих на принципе локального перемагничивания мате­риала импульсным магн. полем тока, пропускаемого по проводнику в форме

шпильки. Одна из возможных схем генерации и перемещения Ц. м. д. показана на рис. 5. Для считывания информации в запоминающих устрой­ствах на Ц. м. д. используют детек­торы, работающие на магниторезистивном эффекте (см. Магнетосопротивление). Магниторезистивный детектор Ц. м. д. представляет собой аппли­кацию спец. формы из проводящего материала (напр., пермаллоя), сопро­тивление к-рого зависит от действую­щего на него магн. поля. Проходя детектор, Ц. м. д. своим полем изме­няют его сопротивление, что можно зарегистрировать по изменению паде­ния напряжения на детекторе. За­поминающие устройства на Ц. м. д. обладают высокой надёжностью и низ­кой стоимостью хранения единицы информации. Применение Ц. м. д.— один из возможных путей развития ЭВМ.

•Бобек Э., Делла Торре Э., Цилиндрические магнитные домены, пер. с англ., М., 1977; О'Д е л л Т., Магнитные домены высокой подвижности, пер. с англ., М., 1978; Лисовский Ф. В., Физика цилиндрических магнитных доменов, М., 1979; Балбашов А. М., Червоненкис А. Я., Магнитные материалы для микроэлектроники, М., 1979; Р а е в В. К., Ходенков Г. В., Цилинд­рические магнитные домены в элементах вычислительной техники, М., 1981.

В.   Ф.   Лисовский.

ЦИРКУЛЯРНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ, см. Поляризация света.

ЦИРКУЛЯЦИЯ СКОРОСТИ, кинема­тич. характеристика течения жидко­сти или газа, к-рая служит мерой зави­хренности течения. Ц. с. связана с вращением элементарного объёма жид­кости (газа) при его деформации в процессе движения. Если скорости всех жидких ч-ц, расположенных на

нек-рой замкнутой кривой длиной l, направлены по касательной к этой кривой и имеют одну и ту же числен­ную величину v, то Ц. с. определя­ется равенством Г=vl, как, напр., в случае прямолинейного вихря, т. е. плоскопараллельного течения жидко­сти, при к-ром все её ч-цы движутся по концентрич. окружности с центрами на оси вихря. В общем случае

где криволинейный интеграл берётся по замкнутой кривой L, v_t — проек­ция скорости на касательную к этой кривой, ds — элемент длины кривой, v_x, v_y, v_z — проекции скорости на координатные оси, х, у, z — коорди­наты точек кривой.

Если Ц. с. по любому замкнутому контуру, проведённому внутри жид­кости, равна нулю, то течение жидко­сти будет безвихревым, или потен­циальным течением. Если же Ц. с. по нек-рым контурам будет отлична от нуля, то течение жидкости будет либо вихревым в соответственных областях, либо безвихревым, но с неоднознач­ным потенциалом скоростей (область течения неодносвязна, т. е. в ней име­ются замкнутые твёрдые границы, напр. быки моста в реке). В последнем случае Ц. с. по всем контурам, охва­тывающим одни и те же границы, име­ет одно и то же значение. Ц. с. широко используется как характеристика те­чений идеальной (без учёта вязкости) жидкости (см., напр., Жуковского теорема). Для вязкой жидкости Ц. с. всегда отлична от нуля и со временем изменяется вследствие диффузии вих­рей.

• Кочин Н. Е., К и б е л ь И. А., Розе Н. В., Теоретическая гидромеха­ника,!. 1,М., 1963;

Л о й ц я н с к и й Л. Г., Механика жидкости и газа, 5 изд., М., 1978.

ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИ­ТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР, средство из­мерений, в к-ром значение измеряемой электрич. величины представляется в виде числа на отсчётном устройстве. Применяется для измерений практи­чески всех электрич. величин (напря­жения, тока, сопротивления, ёмкости, индуктивности и др.), а также неэлектрич. величин (давления, темп-ры, скорости и др.), предварительно пре­образованных в электрические. Как правило, Ц. э. п. одновременно вы­полняет ф-цию аналого-цифрового преобразователя, преобразуя измеряе­мую величину в выходной код — совокупность дискретных (импульс­ных) электрических сигналов, что позволяет регистрировать показания Ц. э. п. цифропечатающим устройст­вом, передавать их на расстояние, вводить в вычислительное устрой­ство.

Измерение при помощи Ц. э. п. сопровождается квантованием изме­ряемой величины по уровню (шаг кван­тования определяется значением наименьшего десятичного разряда пред-

848

 

 

ставляемого числа) и её дискретизаци­ей во времени (шаг определяется длительностью цикла одного преоб­разования). Структурно большинство Ц. э. п. состоит из след. частей: изме­рит. цепи, выполняющей необходимые аналоговые преобразования измеряе­мой величины (мост измерительный, измерит. усилитель, преобразователь напряжения во временной интервал и др.); аналого-цифрового преобразо­вателя и отсчётного устройства, в к-ром кодированный сигнал преобра­зуется в соответствующее число.

Ц. э. п. различают по принципу аналого-цифрового преобразования. Наиболее распространены след. два вида Ц. э. п. 1) Последователь­ного счёта, в к-ром аналого­вая измеряемая величина преобразу­ется в пропорц. число импульсов (число-импульсный код) и затем в др., обычно двоично-десятичный, код. Преобразование в число-импульсный код осуществляется на основе сравне­ния измеряемой или пропорциональ­ной ей аналоговой величины с извест­ной однородной ступенчато-равномерно возрастающей величиной. Размер ступени определяет шаг квантования. Кол-во импульсов число-импульсного кода равно кол-ву ступеней до мо­мента установления равенства (с точ­ностью до шага квантования) измеряе­мой и ступенчато изменяющейся величин. По такому принципу рабо­тают Ц. э. п. для измерения частоты, фазы, интервалов времени, а также величин, преобразованных в эти параметры (напр., время-импульсные вольтметры). 2) Поразрядного уравновешивания, в к-ром код формируется на основе сравнения измеряемой величины с известной од­нородной величиной, изменяющейся ступенчато-неравномерно по определ. запрограммированному закону. Сту­пенчатое изменение уравновешиваю­щей величины аналогично изменению массы гирь в процессе уравновешива­ния весов. Сформированный код опре­деляется набором разновеликих сту­пеней уравновешивающей величины, сумма к-рых отличается от значения измеряемой величины не более чем на значение наименьшей для данного Ц. э. п. ступени. По такому принципу действует большинство Ц. э. п. для измерений напряжения, тока, сопро­тивления. Диапазоны измеряемых величин и наименьшие пределы допу­скаемых значений осн. погрешности в % от верхнего предела измерений характеризуются,          соответственно,

след. данными: напряжение пост. тока от 0,1 мкВ до 1000 В, 0,001%; напря­жение перем. тока от 10 мкВ до 1000 В, 0,05% ; частотный диапазон 45—10⁵Гц; сопротивление от 10^-3 до 10¹⁰ Ом, 0,01 % ; частота от 10^-1 Гц до 500 МГц, 10^-7'%; ёмкость от 10^-7 до 10² мкФ, 0,02%; индуктивность от 10^-5 до 10² Гн, 0,05%; быстродействие до 10⁶ преобразований/с.            

Технические требования к Ц. э. п. стандартизованы в ГОСТе 22261—76, термины и определения — в ГОСТе 13607—68.

• Шляндин В. М., Цифровые измери­тельные преобразователи и приборы, М., 1973; Электрические измерения, под ред. А. В. Фремке и Е. М. Душина, 5 изд., Л., 1980; Справочник по электроизмерительным приборам, 2 изд., Л., 1977.

В.   П.   Кузнецов.

CPT-ТЕОРЕМА,    см.    Теорема   СРТ.