Ж

ЖЁСТКОПЛАСТИЧЕСКОЕ ТЕЛО, абстрактная (математическая) модель деформируемого тв. тела, основанная на возможности пренебречь в ряде случаев упругими деформациями тела но сравнению с пластическими. Ре­альное тв. тело можно рассматривать как Ж. т., если пластич. деформации не ограничены упругими деформация­ми окружающих частей тела (напр., при образовании шейки в образце при растяжении). В противном случае пластич. деформирование явл. стес­нённым (напр., в толстостенной трубе под действием внутр. давления её внутр. часть находится в пластич. состоянии, а внешняя испытывает упругие деформации, ограничивающие величину пластич. деформаций), и понятие Ж. т. не оправдано.

Модель Ж. т. даёт идеализиров. представление о таких св-вах матери­алов, как пластич. течение, упрочне­ние, анизотропия и др.

ЖЁСТКОСТЬ, мера податливости тела деформации при заданном типе на­грузки: чем больше Ж., тем меньше деформация. В сопротивлении матери­алов и теории упругости Ж. характе­ризуется коэффициентом (или суммар­ным внутр. усилием) и характерной деформацией упругого тв. тела. В слу­чае растяжения-сжатия стержня Ж. наз. коэфф. ES в соотношении e=P/(ES) между растягивающей (сжи­мающей) силой Р и относит. удлине­нием к стержня (5 — площадь по­перечного сечения, Е — модуль Юнга, см. Модули упругости). При дефор­мации кручения круглого стержня Ж. наз. величина GI_р, входящая в соот­ношение q=M/GIp, где G — модуль сдвига, Iр — полярный момент инер­ции сечения, М — крутящий момент,

q — относит. угол закручивания стер­жня. При изгибе бруса Ж. EI входит в соотношение c=М/Е1 между изги­бающим моментом М (моментом норм. напряжений в поперечном сечении) и кривизной c изогнутой оси бруса (/ — осевой момент инерции поперечного сечения). В теории пластинок и оболо­чек пользуются понятием цилиндрич. Ж.: D = Eh³ 12(1-v²), где h — толщи­на пластинки (оболочки), v — Пуас­сона коэфф. Ж. определяется также для нек-рых сложных конструкций.

В. С. Ленский.

ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ, жидко­сти, уд. электрич. сопротивление к-рых превышает 10¹⁰ Ом•см. В электрич. поле Ж. д. (как и тв. диэлектрики) характеризуются диэлектрич. прони­цаемостью и диэлектрическими по­терями; в сильных полях в них про­исходит пробой. Носители заряда в Ж. д.— ионы. Ж. д. играют важную роль в электротехнике как электроизоляц. материалы. Они об­ладают более высокими электрич. прочностью, диэлектрич. проницае­мостью e и теплопроводностью по сравнению с воздухом и др. газами при атм. давлении. Особенность Ж. д.: в импульсном электрич. поле их элек­трическая прочность возрастает как t^-1/3 при длительности импульса t<l мкс.

В кач-ве Ж. д. применяются нефтя­ные масла (смеси углеводородов с e~2,2—2,4 и с малым углом d диэлек­трич. потерь, у к-рых после очистки и при норм. темп-ре tgd<0,001). Хлориров. углеводороды с несимметрич­ным строением молекул (в СССР — «совол» и «совтол») явл. полярными диэлектриками с e~3—6. Широко применяются также синтетич. Ж. д.— кремнийорганич. и фторорганич. жид­кости.

• Валыгин И. Е., Электрическая про­чность жидких диэлектриков, М.—Л., 1964; Ахадов Я. Ю., Диэлектрические свой­ства чистых жидкостей. Справочник, М., 1972; Пикин С. А., Жидкий сегнетоэлектрик, «Природа», 1976, №6.

А. Я. Губкин.

ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ, особое со­стояние нек-рых органич. в-в, в к-ром они обладают реологич. св-вами жидкости — текучестью, но сохраняют определ. упорядоченность в располо­жении молекул и анизотропию ряда физ. св-в, характерную для тв. кри­сталлов. Открыты в 1889 австр. бота­ником Ф. Рейницером и нем. физиком О. Леманом. Ж. к. наз. также м е з о ф а з а м и. Число хим. соединений, для к-рых найдены Ж. к., составляет неск. тысяч. Ж. к. образуются при нагревании нек-рых тв. кристаллов (м е з о г е н н ы х): сначала происхо­дит фазовый переход в Ж. к. (в одну или последовательно две или большее число модификаций, см. Полиморфизм) и далее плавление Ж. к. в обычную изотропную жидкость. Каждая мезофаза существует в определ. темпера­турном интервале (т е р м о т р о п н ы е Ж. к.). Теплоты перехода очень малы.

Ж. к. образуют в-ва, молекулы к-рых имеют удлинённую палочкообразную форму, часто с чередованием линейных и циклич. ат. группировок. Такая форма молекул определяет при­близит. параллельность их взаимной укладки, что является осн. признаком структуры Ж. к. Различают три осн. типа Ж. к.: смектические, нематические и холестерические (рис. 1). Наи­меньшую упорядоченность имеют н е м а т и ч е с к и е Ж. к. Молекулы их параллельны, но сдвинуты вдоль своих осей одна относительно другой на произвольные расстояния (рис. 1,

вверху). Сохраняется ближний поря­док в «боковой» упаковке молекул (см. Дальний и ближний порядок). В смектических Ж. к. молеку­лы параллельны друг другу и распо­ложены слоями (рис. 1, посредине). Структура холестерических Ж. к. похожа на структуру нематических, но отличается от них дополнит. закручиванием молекул в направле­нии, перпендикулярном их длинным осям (рис. 1, внизу). Шаг такой спи­ральной «сверхструктуры» может быть очень большим и достигать неск. мкм.

 

Рис. 1. Типы жидкокрист. структур: ввер­ху — нематических; посредине — смектических; внизу — холестерических.

 

Пример нематич. Ж. к.— параазоксианизол

существующий в мезофазе в интервале 116—136°С. Обнаружены смектич. Ж. к. нек-рых соединений и их смесей в интервале от -40 до +80°С, что рас-

188

 

 

пшряет возможности практич. приме­нения   Ж. к.

Пример холестерич. Ж. к.— эфиры холестерина (рис. 2). Большую груп­пу органич. молекул с общей ф-лой

образуют смектич. фазы, иногда испы­тывающие полиморфные превращения в яематические. Известны соединения, к-рые образуют неск. смектич. мезофаз с разным взаимным расположени­ем молекул в слоях. Оси молекул мо­гут Сыть перпендикулярны плоскости слоев или наклонены к ней, могут об­разовывать бислой, гексагональную сетку и т. д. Так, бис-(4-Н-октилоксибензилиден)фенилендиамин

имеет четыре смектические и одну не­матич. модификации.

Обнаружен также новый тип Ж. к., образуемых дискообразными молеку­лами, к-рые укладываются в колонки.

Теория Ж. к. основывается на соче­тании принципов симметрии кри­сталлов (в отношении ближайших со­седей) с законами статистич. физики. Для описания Ж. к. используются статистич. ф-ции распределения моле­кул по расстояниям между их центра-

 

Рис. 3, а. Смектич. палочки, выпадающие из изотропного расплава (тёмный фон) при его охлаждении (увеличение 100—200).

 

ми масс и направлениям. Параметры распределений позволяют находить рентг. структурный анализ.

Жидкокрист. упорядоченность на­блюдается в определ. областях — до­менах, размеры к-рых ~10²—10^{-1 мм. Внеш. воздействиями, напр. электрич. или магн. полями, можно ориентиро­вать домены и получать жидкие «моно­кристаллы». Каждому типу Ж. к. со­ответствует определ. текстура, причём для нематич. Ж. к. наиб. характерны нитеобразные, а для смектических — палочкообразные, конфокальные и сту­пенчатые текстуры (рис. 3, а, б, в, г, д).}

Рис.  3, б. Конфокальная смектич.  текстура.

 

Нити в нематич. Ж. к. явл. линиями разрыва оптич. непрерывности. Они наз. д и с к л и н а ц и я м и; тексту­ра Ж. к. определяется хар-ром рас­положения молекул вблизи дисклинаций.

Ж. к. обладают анизотропией упру­гости, электропроводности, магн. вос­приимчивости и диэлектрич. проницае­мости, оптической анизо­тропией, сегнетоэлектрическими свойствами и др. Анизотропия магнитной вос­приимчивости и диэлектри­ческой проницаемости приводит к пе­реориентации оптич. оси однородно ориентированных Ж. к. в магн. и электрич. полях. Сочетание анизо­тропии электропроводности и диэлект­рич. проницаемости в легированных Ж. к. приводит к возникновению в тон­ких слоях Ж. к., помещённых в элек­трич. поле, пространственно-периодич. структур — дифракц. решёток. При определ. условиях период структуры и интенсивность дифракц. максимумов

Рис. 3, в. Смектич. ступенчатые капли (вид сверху; на каждой округлой ступеньке видны мелкие конфокальные домены).

 

зависят от напряжения на образце, что может быть использовано при созда­нии управляемых дифракц. решёток. В достаточно сильных электрич. по­лях первоначально прозрачный обра­зец Ж. к. может сильно рассеивать свет, становясь матово-непрозрачным. Все перечисл. эффекты обратимы — при снятии воздействия образец воз­вращается в исходное состояние. Ис­ключение составляют смектич. Ж. к., обладающие большой вязкостью.

 

Рис.   3,   г.       Нематич.     текстура    (чёрная S-образная нить — дисклинация).

 

Рис. 3, д. Холестерич. текстура (в тонком слое в-ва начал расти тв. кристалл, к-рый распла­вился при новом нагревании, но прямоуголь­ные его контуры сохранились в текстуре).

 

Они «запоминают» воздействие надолго. Напр., сжатый (до 1 атм) однородно ориентиров. слой смектич. Ж. к. про­зрачен; при сбросе давления он стано­вится матово-непрозрачным и сохра­няет это состояние. Прозрачность слоя восстанавливается при повторном сжа­тии образца. Этот эффект использует­ся в пневмоавтоматике.

Холестерич. Ж. к. обладают боль­шой оптической активностью (в 10² — 10³ выше, чем у органич. жидкостей и тв. кристаллов). Они резко изменяют шаг спиральной структуры и окраску при изменении темп-ры среды на доли градуса, а также при изменении соста­ва среды на доли %.

Кроме термотропных Ж. к., существуют лиотропные Ж. к., образуемые р-рами. Так, нек-рые полипептиды дают р-ры, имею­щие винтовую холестерич. структуру. Наиболее сложно устроенные струк­туры (слоистые, дисковые, шариковые и др.) имеет система мыло — вода. Лиотропные Ж. к. образуют также липидосодержащие комплексы. Лиотропные Ж. к. системы встречаются в живых организмах — в биомембра­нах, миелине и т. п.

Ж. к. имеют широкое практич. при­менение, особенно в системах обра­ботки и отображения информации, в к-рых используются электрооптич. св-ва Ж. к. Они применяются также

189

 

 

в буквенно-цифровых индикаторах (электронные часы, микрокалькуля­торы и т. д.), в различного рода уп­равляемых экранах и пространствен­но-временных транспарантах, в оптич. затворах и др. светоклапанных уст­ройствах, в оптоэлектронных прибо­рах. Разрабатываются плоские телевиз. экраны на Ж. к. Св-во холестерич. Ж. к. изменять цвет при измене­нии темп-ры используется в медицине (для определения участков тела с по­вышенной темп-рой) и в технике (ви­зуализация ИК, СВЧ и др. излуче­ния, контроль кач-ва микроэлектрон­ных схем и т. д.).

• Современная кристаллография, т. 1, М., 1979, т. 4, 1981; Ж е н П. Ж. де, Физика жидких кристаллов, пер. с англ., М., 1977; Блинов Л. М., Электро- и магнитооп­тика жидких кристаллов, М., 1978; Ч а н д р а с е к а р С., Жидкие кристаллы, пер. с англ., М., 1980; Б е л я к о в В. А., Д м и т р и е н к о В. Е., Орлов В. П., Оп­тика холестерических жидких кристаллов, «УФН», 1979, т. 127, в. 2; II и к и н С. А., Структурные превращения в жидких крис­таллах, М., 1981; Индикаторные устройства на жидких кристаллах, М., 1980.

Б. Н. Вайнштейн, И. Г. Чистяков.

ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ, непрозрачные жидкости, обладающие большими теп­лопроводностью и электропроводно­стью, а также др. св-вами, характер­ными для тв. металлов. Ж. м. явл. все расплавл. металлы и сплавы металлов с рядом металлидов. Нек-рые полу­металлы и полупроводники после плав­ления становятся Ж. м.: одни — сра­зу после плавления (Ge, Si, CaSb и др.), другие — при нагревании вы­ше температуры плавления (сплав Fe—Se, PbFe, PbSe, ZnSb и др.). Нек-рые неметаллы (Н, Р, С, В) становятся Ж. м. при высоких давле­ниях. При атм. давлении и комнатной темп-ре жидким металлом является лишь ртуть (темп-pa плавления -38,9°С).

Носители заряда в Ж. м.— электро­ны. Для чистых металлов электропро­водность при плавлении уменьшается примерно вдвое и при дальнейшем на­гревании убывает линейно с темп-рой. Исключение составляют двухвалент­ные Ж. м.— их электропроводность при повышении темп-ры проходит через минимум. Термоэдс скачком ме­няется при плавлении, и для многих Ж. м. она пропорц. абс. темп-ре. Коэфф. Холла R (см. Холла эффект) для Ж. м.<0 и может быть прибли­жённо вычислен по ф-ле: R=(nec)^-1, где n — электронная концентрация, е — заряд эл-на,

Т. к. теплопроводность металлов пропорц. их электропроводности и темп-ре (см. Видемана — Франца за­кон), а изменение электропроводности металлов при плавлении относительно мало, то теплопроводности тв. и жид­ких металлов одного порядка. Нек-рые Ж. м. сочетают значит. теплопровод­ность с высокой теплоёмкостью. Это позволяет использовать их в кач-ве

теплоносителей. Наиболее изучены жидкие натрий и калий. Они обладают достаточно низкими точками плавле­ния и применяются либо отдельно, либо в виде сплавов для отвода тепло­ты в ядерных реакторах.

• Ашкрофт Н., Жидкие металлы, пер. с англ., «УФН», 1970, т. 101, в. 3; Меж­частичное взаимодействие в жидких ме­таллах, М., 1979.

ЖИДКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ. Плавление мн. крист. полупроводников (Sb₂, S₃ и др.) сопровождается резким увеличением их электропроводности s до значений, типичных для металлов

 

Зависимость электропроводности о от тем­пературы Т: а — для Si; б — для HgSe.

 

(рис., а). Однако для ряда ПП (напр., HgSe, HgTe, Sb₂Cl₃) характерно со­хранение или уменьшение о при плав­лении и сохранение ПП хар-ра тем­пературной зависимости а (рис., б). Нек-рые из Ж. п. при дальнейшем по­вышении темп-ры теряют ПП св-ва и приобретают металлические (напр., сплавы Те—Se, богатые Те). Сплавы же Те—Se, богатые Se, ведут себя ина­че, их электропроводность имеет чи­сто ПП хар-р.

В Ж. п. роль запрещённой зоны иг­рает область энергии вблизи миниму­ма плотности состояний в энергетич. спектре эл-нов. При достаточно глу­боком минимуме в его окрестности появляется зона почти локализован­ных состояний носителей заряда с ма­лой подвижностью (псевдощель). Если при повышении температуры происходит «схлопывание» псевдоще­ли, Ж. п. превращается в металл.

А. Р. Регель.

• Алексеев В. А., Андреев А. А., Прохоренко В. Я., Электрические свойства жидких металлов и полупровод­ников, «УФН», 1972, т. 106, в. 3; К а т л е р М., Жидкие полупроводники, пер. с англ., М., 1980; Полтавцев Ю. Г., Структура полупроводников в некристалли­ческих состояниях, «УФН», 1976, т. 120, в. 4; Р е г е л ь А. Р., Глазов В. М., Периодический закон и физические свойства

электронных расплавов, М., 1978; их же, Физические свойства электронных распла­вов, М., 1980.

ЖИДКОСТНЫЙ ЛАЗЕР, лазер с жидким активным в-вом. Преимуще­ство Ж. л. перед твердотельными ла­зерами — однородность и возмож­ность циркуляции в нём жидкости с целью её охлаждения. Это позволяет получить большие энергии и мощности излучения в импульсном и непрерывном режимах. В первых Ж. л. (1964—65) использовались р-ры редкоземельных (РЗ) хелатов — комплексных соеди­нений, в к-рых активными явл. ионы РЗ элементов. Свет накачки поглоща­ется окружающими РЗ атомами, об­ладающими широкими полосами воз­буждения. Энергия, поглощённая эти­ми атомами, быстро передаётся цент­ральному РЗ иону (Nd, Eu), т. к. электронные облака РЗ иона и окру­жающих его атомов перекрываются. Большие времена жизни метастабильных уровней Eu и Nd позволяют дос­тичь порога генерации. Однако хелаты не нашли применения в Ж. л. вследствие малой излучаемой ими энергии и их недостаточной хим. стой­кости. На смену им пришли лазеры на красителях и на неорганич. жидкос­тях (смесь Nd с оксихлоридом фосфора и тетрахлоридом олова и др., рис.), их кпд ~2 — 5%. Ж. л., работающие на неорганических актив­ных жидкостях, излучают большую энергию при значит. ср. мощности. При этом они генерируют излучение с узким спектром частот.

Один из активных центров в неоргани­ческой лазерной жид­кости (POCl₃— SnCl₄ —Nd³⁺ ). Яд­ром комплекса явл. ион Nd, ближайшее окружение к-рого со стоит из восьми ато­мов кислорода. Кис­лород связан с фос­фором, к-рый связан с атомами хлора и др. атомами кислорода.

 

• Справочник по лазерам, пер. с англ., под ред. А. М. Прохорова, т. 1, М., 1978.

М. Е. Жаботинский.

ЖИДКОСТНЫЙ ТЕРМОМЕТР, при­бор для измерения температуры, ос­нованный на тепловом расширении жидкости. Применяется в диапазоне темп-р от -200 до 750°С. Ж. т. пред­ставляет собой прозрачный стеклян­ный (редко кварцевый) резервуар с припаянным к нему капилляром (из того же материала). Шкала в °С нано­сится либо на толстостенный капилляр (т. н. палочный Ж. т.), либо на плас­тинку, жёстко соединённую с ним (Ж. т. с наружной шкалой). Ж. т. с вложенной шкалой (напр., медицин­ский) имеет внешний стеклянный (кварцевый) чехол. Шкалы имеют цену деления от 10 до 0,01°С. Термометрич. жидкость заполняет весь резервуар и часть капилляра. В зависимости от диапазона измерений Ж. т. заполняют

190

 

 

пентаном   (для   измерения   темп-р   от

-200 до 35°С), этиловым спиртом (от

-80 до 70°С), керосином (от -20 до 300°С), ртутью (от -35 до 750°С) и др. Наиболее распространены ртутные Ж. т., т. к. ртуть остаётся жидкой в диа­пазоне темп-р от -38 до 356°С при норм. давлении и до 750°С при неболь­шом повышении давления (для чего капилляр заполняют азотом). Галлиевый Ж. т. позволяет измерять темп-ру в диапазоне от 30 до 1200°С. Ж. т. изготавливают из определ. сортов стекла и подвергают спец. термич. обработке (старению), устраняющей смещение нулевой точки шкалы, свя­занное с многократным повторением нагрева и охлаждения термометра (по­правку на смещение нуля шкалы не­обходимо вводить при точных измере­ниях). Точность Ж. т. определяется ценой делений его шкалы. Для обес­печения требуемой точности и удоб­ства применения пользуются Ж. т. с укороченной шкалой; наиб. точные из них имеют на шкале точку 0°С независимо от нанесённого на ней температурного интервала. Точность измерений зависит от глубины погру­жения Ж. т. в измеряемую среду. По­гружать Ж. т. следует до отсчитывае­мого деления шкалы или до спец. на­несённой на шкале черты (хвостовые Ж. т.). Если это невозможно, следует вводить температурную поправку на выступающий столбик.

• См.   лит.   при   ст.   Термометрия.

Д. И. Шаревская.

ЖИДКОСТЬ, агрегатное состояние в-ва, промежуточное между твёрдым и газообразным. Ж. присущи нек-рые черты твёрдого тела (сохраняет свой объём, образует поверхность, обла­дает определ. прочностью на разрыв) и газа (принимает форму сосуда, в к-ром находится, может непрерывно переходить в газ); в то же время она обладает рядом только ей присущих особенностей, из к-рых наиб. харак­терная — текучесть.

По хим. составу различают однокомпонентные, или чистые, Ж. и двух- или многокомпонентные жидкие смеси (р-ры). По физ. природе Ж. делятся на нормальные (обычные) Ж., жидкие кристаллы с сильно выражен­ной анизотропией и квантовые жидко­сти (жидкие ⁴Не, ³Не и их р-ры). Нор­мальные чистые Ж. имеют только одну жидкую фазу, ⁴Не может находиться в двух жидких фазах — нормальной и сверхтекучей, ³Не — в нормальной и двух сверхтекучих, а жидкокрист. в-ва — в нормальной и одной или даже неск. анизотропных фазах.

Норм. Ж. макроскопически однород­ны и изотропны при отсутствии внеш. воздействий. Эти св-ва сближают Ж. с газами, но резко отличают их от ани­зотропных крист. тв. тел. Аморфные тв. тела (напр., стёкла) явл. переох­лаждёнными Ж. (см. Аморфное состоя­ние) и отличаются от обычных Ж. су­щественно большей вязкостью и числ. значениями кинетич. хар-к.

Область существования нормальной жидкой фазы для чистых Ж., жидкого ⁴Не и жидких кристаллов ограничена со стороны низких темп-р Т фазовыми переходами соотв. в твёрдое (кристал­лизацией), сверхтекучее и жидко-анизотропное состояние. При давле­ниях р ниже критич. давления р_к нормальная жидкая фаза ограничена со стороны высоких Т фазовым пере­ходом в газообразное состояние — ис­парением. При давлениях р>р_к фазо­вый переход отсутствует и по физ. св-вам Ж. в этой области неотличима от плотного газа. Наивысшая темп-ра Т_к, при к-рой ещё возможен фазовый переход жидкость — газ, наз. крити­ческой. Значения р_к и Т_к определяют критич. точку чистой Ж., в к-рой св-ва Ж. и газа становятся тождест­венными. Наличие критич. точки для фазового перехода жидкость — газ поз­воляет осуществить непрерывный пе­реход из жидкого состояния в газо­образное, минуя область, где газ и Ж. сосуществуют (см. Критическое со­стояние).

При нагревании или уменьшении плотности св-ва Ж. (теплопроводность, вязкость, самодиффузия и др.), как правило, меняются в сторону сближе­ния со св-вами газов. Вблизи же темп-ры кристаллизации большинство св-в норм. Ж. (плотность, сжимае­мость, теплоёмкость, электропровод­ность и др.) близки к таким же св-вам соответствующих тв. тел. Ниже при­ведены значения теплоёмкости (в Дж/кг•К) при пост. давлении (с_р) нек-рых в-в в твёрдом и жидком со­стояниях при темп-ре кристаллиза­ции:

Малое различие этих теплоёмкостей показывает, что тепловое движение в Ж. и тв. телах вблизи темп-ры кри­сталлизации имеет примерно одинако­вый хар-р.

Наличие сильного межмолекулярно­го взаимодействия обусловливает су­ществование поверхностного натяже­ния на границе Ж. с любой другой средой. Влияние поверхностного на­тяжения на равновесие и движение свободной поверхности Ж., границ Ж. с тв. телами или границ между несме­шивающимися Ж. относится к обла­сти капиллярных явлений.

Характерная величина, определяю­щая фазовое состояние в-ва, e(Т, р) — отношение ср. потенц. энергии вз-ствия молекул к их ср. кинетич. энергии, зависящее от Т и р. Для Ж. e(Т, р)~1, это означает, что интенсивности упо­рядочивающих межмол. вз-ствий и разупорядочивающего теплового дви­жения молекул имеют сравнимые зна­чения, чем и определяется вся специфичность жидкого состояния в-ва [для тв. тел e(T, р)>>1, для газов e(T, р)<<1]. Тепловое движение молекул Ж. состоит из сочетания коллективных колебат. движений того же типа, что и в крист. телах, и происходящих вре­мя от времени скачков молекул из од­них временных положений равновесия (центров колебаний) в другие. Каж­дый скачок происходит при сообщении молекуле энергии активации, доста­точной для разрыва её связей с окру­жающими молекулами и перехода в окружение др. молекул. В результате большого числа таких скачков моле­кулы Ж. более или менее быстро пере­мешиваются (происходит самодиффузия, к-рую можно наблюдать, напр., методом меченых атомов). Характер­ные частоты скачков составляют 10¹¹ — 10¹² с^-1 для низкомол. Ж., много мень­ше — для высокомолекулярных, а в отд. случаях, напр. для сильновязких Ж. и стёкол, могут оказаться чрезвы­чайно низкими.

Колебат. часть теплового движения ч-ц Ж. может быть описана с помощью набора дебаевских волн, к-рые могут проявляться в спектрах Мандель­штама — Бриллюэна рассеяния и рас­сеяния нейтронов. Неупорядоченная часть движения молекул, связанная гл. обр. с тепловым трансляц. движе­нием, проявляется в спектрах рассеян­ных жидкостью пучков света или нейтронов в виде дополнительной не­смещённой довольно интенсивной ком­поненты, отсутствующей у кристал­лов. Термодинамич. теория рассея­ния света объясняет её как результат рассеяния света на флуктуациях энт­ропии. Изучение спектров рассеянных света и нейтронов явл. мощным инст­рументом исследования поляризаци­онных и др. коллективных движений в Ж.

При наличии внеш. силы, сохраняю­щей своё направление более длит. время, чем интервалы между скачка­ми, молекулы перемещаются в ср. в направлении этой силы. Т. о., статич. или НЧ механич. воздействия приводят к проявлению текучести Ж. как суммарному эффекту от большого числа мол. переходов между времен­ными положениями равновесия. При частоте воздействий, превышающей ха­рактерные частоты мол. скачков, у Ж. наблюдаются упругие эффекты (напр., сдвиговая упругость), типич­ные для тв. тел.

В рамках мол. теории однородность и изотропность нормальных Ж. объяс­няется отсутствием у них дальнего порядка во взаимных положениях и ориентациях молекул (см. Дальний и ближний порядок). Положения и ориентации двух или более молекул, расположенных далеко друг от друга, оказываются статистически независи­мыми. В жидких кристаллах дальний порядок наблюдается лишь в ориента-

191

 

 

ции молекул, но отсутствует в рас­положении их центров масс.

Ж. иногда разделяют на неассоци­ированные и ассоциированные, в соот­ветствии с простотой или сложностью их термодинамич. св-в. Предполагает­ся, что в ассоциированных Ж. есть сравнительно устойчивые группы мо­лекул — комплексы, проявляющие се­бя как одно целое. Существование подобных комплексов в нек-рых р-рах доказывается прямыми физ. методами. Наличие устойчивых ассоциаций мо­лекул в однокомпонентных Ж. недо­стоверно.

Основой совр. мол. теорий жидкого состояния послужило эксперим. об­наружение методами рентгеновского структурного анализа и нейтроногра­фии ближнего порядка в Ж.— согла­сования (корреляции) во взаимных положениях и ориентациях близко рас­положенных групп, состоящих из двух, трёх и большего числа молекул. Эти статистич. корреляции, опреде­ляющие мол. структуру жидкости, простираются на область протяжён­ностью порядка неск. межат. расстоя­ний и исчезают для далеко располо­женных друг от друга ч-ц (отсутствие дальнего порядка).

По структуре и способам описания Ж. делят на простые и сложные. К пер­вому классу относят однокомпонентные атомарные жидкости (жидкие чис­тые металлы, сжиженные инертные газы и, с нек-рыми оговорками, Ж. с малоат. симметричными молекулами, напр. ССl₄). Для описания их св-в достаточно указать взаимное распо­ложение атомов. Для простых Ж. ре­зультаты рентгеноструктурного или

Вид радиальной ф-ции распределения g(r) для жидкого натрия (в условных ед.): а — распределение ч-ц в зависимости от расстоя­ния r; б — число ч-ц в тонком сферич. слое как ф-ции расстояния r (вертикальные от­резки — положения атомов в крист. натрии, числа при них — кол-во атомов в соответст­вующих координац. сферах, т. н. координац. числа). Пунктиром показано распределение атомов при отсутствии упорядоченности в их расположении (газ).

 

нейтронографич. анализа могут быть выражены с помощью т. н. ради­альной функции распре­деления g(r) (рис.). Эта ф-ция характеризует распределение ч-ц вбли­зи произвольно выбранной ч-цы, т. к. значения g(r) пропорц. вероятности нахождения двух ч-ц на нек-ром за­данном расстоянии r друг от друга.

Ход кривой g(r) свидетельствует о существовании определ. упорядочен­ности в простой Ж.— в ближайшее окружение каждой ч-цы входит в сред­нем определ. число ч-ц. Для каждой Ж. детали ф-ции g(r) незначительно меняются с изменением Т и р. Расстоя­ние до первого пика определяет ср. межат. расстояние, а по площади под первым пиком можно установить ср. число «соседей» атома в Ж. (ср. коор­динационное число). В большинстве случаев эти хар-ки вблизи линии плав­ления оказываются близкими к тем же величинам в соответствующем кри­сталле, однако, в отличие от кристал­ла, они явл. не постоянными числами, а изменяющимися во времени, и по графику устанавливаются лишь их ср. значения. При сильном нагревании Ж. и приближении её к газовому состоянию ход ф-ции g (r) сглаживает­ся соотв. уменьшению степени ближ­него порядка. В разреженном газе g(r)»1. Для сложных Ж. и для жидких смесей расшифровка резуль­татов структурных исследований бо­лее трудна и во мн. случаях полностью не может быть осуществлена. Исклю­чение составляют вода и нек-рые дру­гие низкомол. Ж., для к-рых имеются довольно полные исследования и опи­сания их статистич. структуры. Ф-ция g(r) может быть определена методом функций Грина или с помощью разл. приближённых интегр. ур-ний.

Теория кинетич. и динамич. св-в Ж. (диффузии, вязкости, динамики флук­туации и т. д.) разработана менее пол­но, чем теория равновесных св-в (ур-ния состояния, теплоёмкости и

др.).

В теории Ж. большое развитие по­лучили числ. методы, позволяющие рассчитывать св-ва простых Ж. с по­мощью быстродействующих ЭВМ — методы Монте-Карло и мол. динамики. Наибольший интерес представляет ме­тод мол. динамики, непосредственно моделирующий на ЭВМ совместное тепловое движение большого числа молекул (при заданном законе их вз-ствия) и по прослеженным траек­ториям многих отд. ч-п восстанавли­вающий все необходимые статистич. сведения о системе. Таким путём полу­чены точные теор. результаты относи­тельно структуры и термодинамич. св-в многих простых Ж.

Отд. проблему составляет вопрос о структуре и св-вах простых Ж. в непосредств. окрестности критич. точ­ки. Большие успехи здесь достигнуты методами теории подобия (гипотеза масштабной инвариантности).

Отд. проблему составляет вопрос о структуре и св-вах жидких металлов, на к-рые значит. влияние оказывают имеющиеся в них коллективизиров. эл-ны. Несмотря на нек-рые успехи, полной электронной теории жидких металлов ещё не существует. Значи­тельные (пока ещё не преодоленные) трудности встретились при объясне­нии св-в жидких ПП.

Основные методы исследований жид­кости. Многочисленные макроскопич. св-ва Ж. изучаются методами меха­ники, физики и физ. химии. Равновес­ные механич. и тепловые св-ва Ж. (сжимаемость, теплоёмкость и др.) изучаются термодинамич. методами. Важнейшей задачей явл. нахождение уравнения состояния для давления и энергии как ф-ции от плотности и темп-ры, а в случае р-ров — и от концентраций компонентов. Знание ур-ния состояния позволяет методами термодинамики установить многочисл. связи между разл. механич. и тепло­выми хар-ками Ж. Имеется большое число эмпирич., полуэмпирич. и при­ближённых теор. ур-ний состояния для разл. индивидуальных жидкостей и их групп.

Неравновесные тепловые и механич. процессы в Ж. (напр., диффузия, теп­лопроводность, электропроводность), особенно в смесях и при наличии хим. реакций, изучаются методами термо­динамики необратимых процессов.

Механич. движения Ж. как сплош­ной среды изучаются в гидродинамике. Важнейшее значение имеет Навье — Стокса уравнение, описывающее дви­жение вязкой Ж. У т. н. ньютоновских Ж. (вода, низкомолекулярные органич. Ж., расплавы солей и др.) вяз­кость не зависит от режима течения (в условиях ламинарного течения, когда Рейнольдса число R<R_критич), в этом случае вязкость явл. физ.-хим. постоянной, определяемой мол. при­родой Ж. и её состоянием (её Т и р). У неньютоновских (структурно-вяз­ких) Ж. вязкость зависит от режима течения даже при малых R (жидкие полимеры, стёкла в интервале размяг­чения, эмульсии и др.}. Св-ва не­ньютоновских Ж. изучает реология. Специфич. особенности течения жид­ких металлов, связанные с их электро­проводностью и подверженностью влиянию магнитных полей, изуча­ются в магнитной гидродинамике. Приложения методов гидродинамики к задачам мол. физики жидкостей изу­чаются в физ.-хим. гидродинамике.

• Френкель Я. И., Кинетическая тео­рия жидкостей, Л., 1975; Фишер И. З., Статистическая теория жидкостей, М., 1961; Л а н д а у Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Ме­ханика сплошных сред, М., 1953; их же, Статистическая физика,.3 изд., ч. 1, М., 1976; Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П., Статистическая физика, ч. 2, М., 1978; Фабелинский И. Л., Молекулярное рассеяние света, М., 1965; С к р ы ш е в с к и й А. Ф., Рентгенография жидкостей, К., 1966; Физика простых жидкостей. Экспериментальные исследования, пер. с англ., М., 1973; Крокстон К., Физика жидкого состояния, пер. с англ., М., 1978; Физика простых жидкостей. Статистическая теория, пер. с англ., М., 1971; Динамические свойства твердых тел и жидкостей, пер. с англ., М., 1980; М а р ч  Н., Т о с и  М., Движение атомов жидкости, пер. с англ., М., 1980.

Я. Я. Коваленко, И. З. Фишер.

ЖУКОВСКОГО ТЕОРЕМА, теорема о подъёмной силе, действующей на тело, находящееся в плоскопараллель­ном потоке жидкости или газа. Сфор­мулирована Н. Е. Жуковским в 1904. Согласно этой теореме, подъёмная

192

 

 

сила обусловлена связанными с обте­каемым телом вихрями (т. н. присоеди­нёнными вихрями), причиной возник­новения которых является вяз­кость жидкости. Наличие этих вихрей приводит к обтеканию крыла потоком с отличной от нуля циркуляцией ско­рости.

Если установившийся плоскопа­раллельный потенц. поток (см. Потен­циальное течение) несжимаемой жид­кости набегает на бесконечно длинный цилиндр перпендикулярно его обра­зующим, то на участок цилиндра, име­ющий длину вдоль образующей, рав­ную единице, действует подъёмная сила Y, равная произведению плот­ности r среды на скорость v потока на бесконечности и на циркуляцию Г скорости по любому замкнутому кон­туру, охватывающему обтекаемый ци­линдр, т. е. Y=rvF. Направление подъёмной силы можно получить, если направление вектора скорости на бес­конечности повернуть на прямой угол против направления циркуляции. Ж. т. справедлива и при дозвук. об­текании профиля сжимаемой жид­костью (газом). Для звук. и сверх­звуковой скоростей обтекания Ж. т. в общем виде не может быть дока­зана.

Ж. т. легла в основу совр. теории крыла и гребного винта. С помощью Ж. т. могут быть вычислены подъём­ная сила крыла конечного размаха, тяга гребного винта, сила давления на лопатку турбины или компрессора и др.

• Жуковский Н. Е., О присоединен­ных вихрях. Полн. собр. соч., т. 5, М.—Л., 1937; Лойцянский Л. Г., Механика жидкости и газа, 5 изд., М., 1978; Фабри­кант Н. Я., Аэродинамика, М., 1964.

g-ФАКТОР, то же, что Ланде множи­тель.

G-ЧЁТНОСТЬ (же-чётность, G), одно из квант. чисел адронов, обладающих нулевыми значениями барионного за­ряда (В), странности (S), „очарова­ния" (С), „красоты" (b). К таким адронам относятся, напр., p^-, h^-, w^-, j^-, J/y-мезоны. Существование G-ч. вы­текает из изотопической инвариант­ности и инвариантности относительно зарядового сопряжения, характерных для адронов. Рассмотрим, напр., p⁺-мезон. При зарядовом сопряжении он переходит в p^- (т. е. в ч-цу с другой волн. ф-цией). Если, однако, воспользовавшись изотопич. инвариантно­стью, «повернуть» ч-цу в «изотопич. пр-ве» так, что p^- заменится на p⁺, то при совместном действии обоих пре­образований p⁺ переходит сам в себя.

То же справедливо и для др. адронов с S=B=C=b=0, а также для систем адронов с нулевыми суммарными зна­чениями этих квант. чисел, напр. KK^, NN^. При этом волн. ф-ция ч-цы или си­стемы либо вовсе не меняется, либо из­меняет знак. В 1-м случае говорят, что G-ч. положительна (+1), во 2-м отрицательна (-1). Напр., p^-, w^-, J/y-мезоны имеют отрицательную G-ч., а r- и h-мезоны — положительную. Для истинно нейтральных частиц G = C(-1)^I, где С — зарядовая чёт­ность, I — изотопич. спин ч-цы. G-ч. системы ч-ц, каждая из к-рых имеет определ. значение G-ч., равна произ­ведению G-ч. отдельных ч-ц. Инвари­антность сильного вз-ствия относитель­но зарядового сопряжения и изотопич. инвариантности приводит к сохране­нию G-ч. системы в любых процессах, вызванных сильным вз-ствием. Анало­гично зарядовой чётности G-ч. обус­ловливает ряд запретов на протекание реакций (в т. ч. распады ч-ц), про­исходящих в результате сильного вз-ствия. Напр., r-мезон с положит. G-ч. может распадаться на два p-мезо­на, а w-мезон с отрицат. G-ч.— толь­ко на три p-мезона.

• См.   лит.   при  ст.  Элементарные частицы. С. С. Герштейн.