ХАББЛА ПОСТОЯННАЯ [по имени амер. астронома Э. Хаббла (E. Hubble)] (Н), коэффициент пропорциональности между скоростями удаления внегалактич. объектов, вызванного космологич. расширением видимой Вселенной, и расстояниями r(t) =r0•R(t) до них (Л — т. н. масштабный фактор):
H(t)=(1/R)•(dR/dt).
Для объектов с красным смещением z<<1, cz=Hr. Для галактик с малым z(<3•10-3) закон Хаббла выполняется плохо, что связано с влиянием собств. скоростей близких галактик и скоплений галактик. При очень больших значениях z(z³1) связь между Н, r и z имеет более сложный вид и зависит от принятой модели Вселенной. Практич. определение X. п. представляет большие трудности, т. к. связано с оценкой расстояний до галактик, не опирающейся на явление красного смещения. По совр. оценкам, значение Н заключено в пределах 50 —100 км/(с•Мпк). Значение H-1»(10—20) млрд. лет определяет время, истекшее с начала расширения Метагалактики при условии постоянной скорости расширения.
ХАМФРИ СЕРИЯ, см. Спектральные серии.
ХАНЛЕ ЭФФЕКТ, один из эффектов магнитооптики, состоит в изменении диаграммы направленности и в уменьшении степени поляризации света резонансной частоты, рассеянного атомами, находящимися в слабом внеш. магн. поле. Хар-р поляризации рассеянного света существенным образом зависит от величины и направления поля и направления наблюдения. В сильных магн. полях эта зависимость исчезает. Эффект носит имя нем. физика В. Ханле (W. Hanle), к-рый последовательно изучил явление и впервые объяснил его в 1924. Количеств. теория X. э. требует применения квантовой механики, однако качественно явление допускает классич. объяснение. Атом, возбуждённый линейно поляризов. светом (см. Поляризация света) на резонансной частоте, рассматривается как электрич. диполь, ориентированный по электрич. вектору возбуждающего света (см. Оптическая ориентация) и обладающий характерным для данного атома затуханием. Возбуждённый диполь явл. вторичным источником линейно поляризов. излучения, интенсивность - к-рого зависит от угла между осью диполя и направлением наблюдения, а вектор поляризации лежит в плоскости, проходящей через ось диполя и направление наблюдения. Магн. поле, направление к-рого не совпадает с осью диполя, вызывает его прецессию, т. е. периодически меняет его ориентацию, что сопровождается поворотом плоскости поляризации и деполяризацией излучения диполя. Если за время одного периода прецессии затухание диполя велико, то среднее положение излучающего диполя за это время успевает измениться лишь незначительно, что соответствует незначит. уменьшению степени поляризации испущенного света и нек-рому повороту эфф. плоскости поляризации. Если затухание диполя несущественно за время одного периода прецессии, то за всё время излучения диполь совершит много оборотов, так что при наблюдении, перпендикулярном его оси, поляризация вообще не будет обнаружена. Аналогичная картина имеет место при возбуждении атома светом с круговой поляризацией. Маги. поле снимает частично или полностью оптическую ориентацию атомов.
С точки зрения квант. теории X. э. возникает как следствие снятия в магн. поле энергетич. вырождения ат. состояний с определ. значением проекции момента и явл. частным случаем многочисл. явлений интерференции атомных состояний. X. э. используют в спектроскопии как метод измерения хар-ки tg ат. уровней, где t — время жизни уровня, a g — гиромагн. отношение. X. э. лежит в основе измерения сверхслабых магн. полей.
• Ч а й к а М. П., Интерференция вырожденных атомных состояний, Л., 1975; Н о в и к о в Л. Н., Скроцкий Г. В., С о л о м а х о Г. И., Эффект Ханле, «УФН», 1974, т. 113, в. 4.
Е. Б. Александров.
ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ в термодинамике, функция состояния независимых параметров, определяющих состояние термодинамич. системы. К X. ф. относятся потенциалы термодинамические и энтропия. Посредством Х.ф. и её производных по независимым параметрам (объёму, темп-ре и др.) могут быть выражены все термодинамич. св-ва системы. X. ф. аддитивна: X. ф. всей системы равна сумме X. ф. её частей.
ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ЧАСТОТЫ, одинаковые или мало отличающиеся друг от друга частоты колебаний определ. групп атомов в разл. молекулах; соответствуют определённым хим. связям (напр., С—Н, С—С, С=С, С=Сl и др.). Устойчивость X. ч. связана с сохранением динамич. св-в одинаковых групп атомов в разных молекулах. Во мн. случаях можно теоретически рассчитать, обладает ли хим. группа X. ч. Интенсивности
спектр. линий, соответствующих X. ч. одинаковых хим. групп в разл. молекулах, часто имеют близкие значения. Наличие X. ч. в мол. спектрах позволяет делать выводы о строении молекул и имеет большое значение в спектральном анализе. По изменению интенсивностей X. ч. можно судить о скоростях хим. процессов.
ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЙ СПЕКТР, линейчатый спектр эл.-магн. излучения атома, вызванный квантовыми переходами на внутр. глубоколежащие электронные оболочки атома (К-, L-, М-, N-, О-оболочки). Длины волн X. с. лежат в рентг. области в интервале 5•10-2 Å —102 Å. Каждому атому присущ свой X. с., связь частот X. с. с атомным номером даётся Могли законом. Индивидуальность X. с. лежит в основе спектрального анализа рентгеновского.
Соответственно значениям главного квантового числа n=1, 2, 3, . . ., уровни энергии атома обозначаются К, L, М, . . . Совокупность линий, возникающих при переходах эл-нов с вышележащих уровней на один из них, наз. соответственно К-, L-, М- и т. д. серией. Внутри серии линии обозначаются a, b, g и т. д. Напр., линия перехода L®K обозначается Кa (см. Рентгеновские спектры).
А. В. Колпаков.
ХАРТРИ СИСТЕМА ЕДИНИЦ, одна из естественных систем единиц, в к-рой за осн. единицы приняты: Бора радиус a0=0,52917706(44)•10-10 м (ед. длины), масса электрона 0,9109534(47)Х10-30 кг (ед. массы), заряд эл-на e= 1,6021892(46)•10-19 Кл (ед. кол-ва электричества), Планка постоянная ћ=h/2p=1,0545887(57)•10-34 Дж.•с. В этой системе единица времени »2,419•10-17 с. Применение X. с. е. позволяет упростить написание ур-ний квантовой механики. X. с. е. была предложена англ. физиком Д. Хартри (D. Hartree) в 1928.
ХАРТРИ — ФОКА МЕТОД, см. в ст. Самосогласованное поле.
ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ, совокупность методов количественного (реже качественного) анализа состава в-ва по хемилюминесценции. Частный случай люминесцентного анализа. При анализе р-ров обычно используется хемилюминесцентная реакция (напр., окисление нек-рых органич. в-в) в присутствии определяемого в-ва, к-рое усиливает или ослабляет хемилюминесценцию. Регистрируют хемилюминесценцию визуально и с помощью фотографич. и фотоэлектрич. регистрирующих устройств. Количеств. содержание определяемого в-ва устанавливают по относит. ослаблению или усилению хемилюминесценции. С помощью X. а. определяют содержание перекиси водорода, спир-
836
тов, производных анилина, нек-рых отравляющих в-в, глюкозу, нек-рые металлы, а также окислы азота и серы в воздухе.
• Б а б к о А. К., Дубовенко Л. И., Л у к о в с к а я Н. М., Хемилюминесцентный анализ, К., 1966. См. также лит. при ст. Хемилюминесценция.
Р. Ф. Васильев.
ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, люминесценция, сопровождающая хим. реакции. Испускается продуктами реакции или др. компонентами, возбуждаемыми в результате переноса энергии к ним от продуктов реакции. Частный случай X.— биолюминесценция (свечение гниющего дерева, нек-рых насекомых и морских животных и др.). X. сопровождает газофазные, жидкофазные, гетерогенные реакции, как идущие самопроизвольно (при смешивании реагентов, собственно X.), так и происходящие под воздействием разл. факторов: электрич. разряда, электролиза (электрохемилюминесценция), света, ионизирующего излучения и др.
Яркость X. пропорц. скорости реакции и эффективности X. (числу квантов X. на 1 акт реакции). Эффективность биолюминесценции нек-рых светляков приближается к 100%, X. при реакциях окисления перекисью водорода эфиров щавелевой кислоты — к 25%; в большинстве же случаев составляет ок. 1% и ниже. Реакции с яркой X. используют в источниках света, к-рые «включаются» смешиванием реагентов и дают световые потоки ~0,1 лм из 1 мл р-ра. X. лежит в основе действия хим. лазеров и хемилюминесцентного анализа.
• Хемилюминесцентные методы исследования медленных химических процессов, М., 196С; Chemiluminescence and biolumineseence, N.Y.—L., 1973; Васильев Р. Ф., Механизмы возбуждения хемилюминссценции, «Известия АН СССР. Сер. физическая», 1982, т. 46, Л» 2, с. 323.
Р. Ф. Васильев.
ХЕМОСОРБЦИЯ (химическая сорбция), поглощение жидкостью или тв. телом в-в из окружающей среды с образованием хим. соединений. В более узком смысле — хим. поглощение в-ва поверхностью тв. тела с образованием на ней хим. соединений (хим. адсорбция). При X. выделяются значит. кол-ва теплоты (при X. кислорода поверхностью металлов — св. 420 кДж/моль), что в большинстве случаев ускоряет процессы X. (активированная X.). X. избирательна, т. к. зависит от хим. сродства адсорбированного в-ва к поверхности тв. тела. Играет большую роль в гетерогенном катализе, процессах очистки газов, вакуумной технике и т. д.
ХИГГСА ПОЛЕ в квантовой теории поля, гипотетич. скалярное поле, взаимодействующее с калибровочными полями без нарушения калибровочной симметрии ур-ний поля: предложено П. Хиггсом (P. Higgs; Великобритания) в 1964. Предполагается, что в основном (низшем) энергетич. состоянии, к-рое соответствует физ. вакууму, ср. значение X. п. отлично от нуля, что приводит к спонтанному
нарушению калибровочной симметрии физ. состояний описываемой системы (см. Спонтанное нарушение симметрии). При этом ч-цы, соответствующие калибровочным полям, могут приобретать массу. Вз-ствие с вакуумным X. п. может также служить механизмом возникновения массы у лептонов и кварков.
А. В. Ефремов.
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ, связь между атомами в молекуле или мол. соединении, возникающая в результате либо переноса эл-на с одного атома на другой, либо обобществления эл-нов парой (или группой) атомов. Силы, приводящие к X. с.,— кулоновские, однако X. с. описать в рамках электростатики нельзя, т. к. она учитывает квантовый характер взаимодействующих ч-ц. Образование молекул и кристаллов из изолиров. атомов или многоат. групп связано с понижением энергии системы (и, следовательно, повышением её устойчивости, см. Межатомное взаимодействие).
Осн. типы X. с.— ионная (электровалентная) и ковалентная (гомеополярная). Ионная X. с. образуется при переносе валентных эл-нов с одного атома на другой и стабилизируется электростатическим взаимодействием между возникающими при этом ионами (напр., в кристалле NaCl). При обобществлении эл-нов парой соседних атомов между атомами возникает ковалентная связь. Понижение энергии в таком случае выражается обменными интегралами, поэтому ковалентное вз-ствие иногда называют обменным взаимодействием. Кратность ковалентной X. с. равна числу обобществлённых электронных пар: если число пар равно 2 или 3, то X. с. называют соответственно двойными и тройными.
В природе не существует чисто ионных и чисто ковалентных связей, можно лишь говорить о преимущественно ионном или ковалентном хар-ре связи. Преим. ковалентная Х.с. характерна для таких молекул, как Н2, СО и т. д., а также для большинства органич. молекул, ионная — для молекул CsF, KI, многочисл. ионных кристаллов. Если X. с. частично ионная и частично ковалентная, то её называют семиполярной. К X. с. относят и донорно-акцепторную связь, к-рая отличается от ковалентной лишь механизмом образования. Энергия X. с. обычно ~200—1000 кДж/моль.
X. с. часто считают и металлическую связь в металлах и металлидах, имеющую энергию того же порядка величины.
• П а у л и н г Л. (Полинг), Природа химической связи, пер. с англ., М.— Л., 1947. См. также лит. при ст. Молекула, Межатомное взаимодействие.
В. Г. Дашевский.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА, раздел термодинамики и физ. химии, изучающий зависимости термодинамич. свойств в-в от их состава, строения и условий существования, а также разл. хим. и физико-хим. процессы
(хим. реакции, фазовые переходы в сложных системах, адсорбцию и др.). Важнейшие направления X. т.— термохимия (определение тепловых эффектов реакций и фазовых переходов), учение о хим. и фазовых равновесиях, учение о растворах (в частности, электролитов), теория электродных потенциалов, термодинамика поверхностных явлений.
• Карапетьянц М. X., Химическая термодинамика, 3 изд., М.— Л., 1975; Пригожин И., Дефэй Р., Химическая термодинамика, пер. с англ., Новосиб., 1966; Исаев С. И., Курс химической термодинамики, М., 1975; Курс физической химии, под ред. Я. И. Герасимова, 2 изд., т. 1—2, М., 1969—73.
ХИМИЧЕСКИЕ ЛАЗЕРЫ, газовые лазеры, в к-рых инверсия населённостей образуется в результате хим. реакций. Возможность создания X. л. основана на том, что продукты многих экзотермич. хим. реакций образуются преим. в возбуждённых состояниях. Большинство X. л. работает на колебательных переходах двухатомных молекул. Возбуждение осуществляется в результате экзотермич. реакций замещения:
А+ВС®АВ+С+Dξ, (1)
причём значит. часть d выделяющейся энергии Dξ идёт на возбуждение колебат. уровней молекулы АВ. В результате образуется неравновесный газ двухатомных молекул АВ, в к-ром ср. величина колебат. энергии значительно превышает величину энергии, приходящейся на поступат. и вращат. степени свободы молекул. Такой неравновесный газ явл. активной средой с инверсной населённостью для большого кол-ва колебат. переходов (см. Молекулярные спектры). В табл. приведены нек-рые реакции, приводящие к инверсной населённости, величины Dξ и d, а также примерный диапазон длин волн l излучения, соответствующий каждой из реакций.
Для работы X. л. требуется создать нек-рое кол-во химически активных свободных радикалов (атомов А). Для этого используются: прямой нагрев, приводящий к термич. диссоциации в-ва; облучение УФ или видимым светом, приводящее к частичной фотодиссоциации исходных продуктов; хим. реакции, сопровождающиеся появлением свободных радикалов; газовый разряд, в к-ром частичная диссоциация компонент происходит в результате столкновений молекул с эл-нами; электронная бомбардировка и др. Т. к. в результате реакций, приводящих к возбуждению X. л., происходят необратимые изменения хим. состава исходных в-в, необходимым условием длит. работы X. л. явл. непрерывное возобновление рабочего в-ва.
Основные параметры, характеризующие эффективность X. л.,— его хим.
837
кпд hx (отношение энергии лазерного излучения к величине энергии, выделяющейся в результате хим. реакции) и т. н. электрич. кпд hэ (отношение энергии лазерного излучения к энергии, затрачиваемой на инициирование хим. реакции). Т. к. энергия, требуемая для инициирования многих экзотермич. реакций, меньше энергии, к-рая выделяется в результате протекания таких реакций, то величина hэ не имеет принципиальных ограничений сверху и может превышать 100%, напр. X. л. на основе цепной реакции фтора с водородом (или дейтерием):
H+F2®HF+F (3)
имеют hэ>90%. Однако для X. л. на основе цепных реакций hх относительно невелико (~1%), поскольку, напр., при малой нач. степени диссоциации молекул F2 время протекания цепной реакции оказывается много больше времени разрушения инверсной населённости в результате межмол. соударений. В связи с этим наиболее мощные X. л. на основе HF (DF), обладающие высоким hх (до 10%), работают на основе простых реакций замещения (табл.). Макс. энергия излучения HF-лазеров (в импульсном режиме)>2 кДж при длительности импульса ~30 нс. Наиболее мощные X. л. на HF непрерывного действия работают при прокачивании активного в-ва через резонатор со сверхзвук. скоростью и обладают выходной мощностью в неск. кВт при hэ~2—4%. В основе применений X. л. лежат, с одной стороны, их высокие мощность генерации и кпд, а с другой — возможность получения генерации на большом числе переходов в широкой области ИК спектра. Наряду с др. типами мощных лазеров X. л. используются в технологии, в установках по исследованию лазерного управляемого термоядерного синтеза, в лазерной спектроскопии, лазерной
химии и лазерном разделении изотопов, а также при исследовании процессов мол. соударений.
• Химические лазеры, под ред. Н. Г. Басова, М., 1982; Елецкий А. В., Процессы в химических лазерах, «УФН», 1981, т. 134, в. 2, с. 237; Химические лазеры, под ред. Р. Гросса и Дж. Ботта, пер. с англ., М., 1980; Аблеков В. К., Д е н и с о в Ю. Н., П р о ш к и н В. В., Химические лазеры, М., 1980.
А. В. Елецкий.
ХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ, термодинамич. функция состояния, определяющая изменение потенциалов термодинамических при изменении числа ч-ц в системе и необходимая для описания св-в открытых систем (с перем. числом ч-ц).
X. п. mi i-го компонента многокомпонентной системы равен частной производной от любого из термодинамич. потенциалов по количеству (числу ч-ц) этого компонента при пост. значениях остальных термодинамич. переменных, определяющих данный термодинамич. потенциал; напр. mi=(дF/дNi)T, V, Ni (F — свободная энергия, Т — темп-ра, V — объём, j¹i). Т. о., в системах с перем. числом ч-ц в выражение для дифференциала термодинамич. потенциала следует добавить величину SimidNi, напр. dF=-SdT-pdV+SimidNi, где р — давление, S — энтропия. Наиболее просто X. п. связан с термодинамич. потенциалом G (см. Гиббса энергия) G=SimiNi;. Для однокомпонентной системы X. п. m=G/N, т. е. представляет собой энергию Гиббса, отнесённую к одной ч-це. Вследствие аддитивности G X. п. зависит, кроме давления и темп-ры, только от концентраций отд. компонентов, но не от числа ч-ц в каждом компоненте. В простейшем случае идеальных газов m зависит только от концентрации i-ro компонента mi=m~i+kTln(Ni/N), где N=SiNi — полное число ч-ц, [m~i— X. п. чистого i-ro компонента. Часто величины mi удобно использовать в кач-ве независимых термодинамич. переменных вместо Ni. В переменных Т, V, mi состояние системы характеризует термодинамич. потенциал W=F-SimiNi.
X. п. явл. параметром в Гиббса большом каноническом распределении для систем с перем. числом ч-ц. В кач-ве нормировочной постоянной X. п. входит в распределения Больцмана, Бозе — Эйнштейна и Ферми — Дирака для ч-ц идеальных газов (см. Статистическая физика). В системах, в к-рых применима статистика Больцмана или Бозе — Эйнштейна, X. п. всегда отрицателен. Для ферми-газа X. п. при нулевой темп-ре положителен и определяет граничную Ферми энергию (см. Ферми поверхность) и вырождения температуру. Если полное число ч-ц в системе не фиксировано, а должно определяться из условия термодинамич. равновесия, как, напр., для фононов в тв. теле или для фотонов в случае равновесного теплового излучения, то равновесие характеризуется равенством нулю X. п.
Понятие X. п. позволяет сформулировать условия равновесия термодинамического. Одно из условий состоит в том, что X. п. любого компонента одинаков в различных фазах и в разных местах одной фазы. Это обусловлено возможностью перераспределения ч-ц, приводящего к выравниванию X. п. Для систем в пространственно неоднородном внешнем поле равновесие означает, что mi =m0i+Ui(r)=const, где m0i— X. п. в отсутствие поля, Ui(r) — потенц. энергия ч-ц i-го компонента во внешнем поле. Для газа в поле тяжести это условие приводит к барометрической формуле для плотности газа. В случае заряж. ч-ц в электрич. поле (напр., в ПП) величину mi называют электрохим. потенциалом, оставляя название X. п. за m0i. Равенство значений X. п. для ч-ц одного компонента, находящихся в разных фазах, определяет условия равновесия при фазовых переходах (Гиббса правило фаз) и хим. реакциях (закон действующих масс), ионизац. равновесие (см. Ионизация), св-ва растворов (законы Вант-Гоффа, Генри, Рауля) и т. д. Если для ч-ц одного из компонентов переход из одной части системы в другую невозможен, то
838
для этого компонента условия постоянства X. п. нарушаются и в системе возникает осмотическое давление. X. п. был введён амер. физиком Дж. У. Гиббсом (1875) при рассмотрении хим. равновесия в многокомпонентных системах, отсюда его название. Численно X. п. выражается в ед. энергии на ед. массы (Дж/кг), на ед. кол-ва в-ва (Дж/моль) или на 1 ч-цу.
• См. пит. при ст. Термодинамика.
А. Э. Мейерович.
ХИРАЛЬНОСТЬ (киральность, от греч. cheir—рука), принадлежность объекта к одной из зеркально равных — «правой» или «левой» модификации, см. Энантиоморфизм.
ХЛАДНИ ФИГУРЫ, фигуры, образуемые скоплением мелких ч-ц сухого песка вблизи узловых линий на
поверхности колеблющейся пластинки или др. механич. системы. X. ф. открыты нем. учёным Э. Ф. Хладни (Е. F. Chladni; 1787). Каждому собств. колебанию (стоячей волне) пластинки соответствует своё расположение узловых линий. В случае круглой пластинки (рис. 1, а) узловые линии
могут быть круговыми или радиальными; в случае прямоугольной (рис. 1, б) или треугольной пластинки они направлены параллельно сторонам или диагоналям. Меняя точки закрепления и места возбуждения, можно получить разнообразные X. ф. (рис. 2). X. ф. используются в дефектоскопии (топографич. метод) для исследования изделия в целом (напр., пластинки или оболочки).
• Хвольсон О. Д., Курс физики, 5 изд., т. 2, Берлин, 1923.
ХОЛЛА ЭФФЕКТ, возникновение в тв. проводнике с током плотностью j, помещённом в магн. поле H, электрич. поля в направлении, перпендикулярном H и j. Напряжённость электрич. поля (поля Холла) равна:
EH=RHjsina. (1)
Здесь a — угол между векторами Н и j (a<180°). Если H^j, то sina=1 и поле Холла EH максимально: EH=RHj. Коэфф. R, наз. постоянной Холла, явл. основной количеств. характеристикой X. э. Знак R положителен, если j, H и EH образуют правовинтовую систему координат. X. э. открыт амер. физиком Э. Г. Холлом (Е. Н. Hall) в 1879 в тонких пластинках Аи. Для наблюдения X. э. прямоуг. пластины из исследуемых в-в с длиной, значительно большей ширины b и толщины d, вдоль к-рых течёт ток I=jbd, помещают в магн. поле Н, перпендикулярное плоскости пластинки (рис.).
На середине боковых граней перпендикулярно току расположены электроды, между к-рыми измеряется эдс Холла:
VH=EHb=RHI/d. (2)
X. э. объясняется вз-ствием носителей заряда (эл-нов проводимости и дырок) с магн. полем. В магн. поле на эл-ны действует Лоренца сила F=e[Hv] (v=j/ne — ср. скорость направленного движения носителей в электрич. поле, n — концентрация носителей, е — их заряд), под действием к-рой ч-цы отклоняются в направлении, перпендикулярном j и Н.
В результате на боковой грани пластины происходит накопление зарядов и возникает поле Холла. В свою очередь, поле Холла действует на заряды и уравновешивает силу Лоренца. При равновесии eEH=eHv, откуда:
R=1/ne. (3)
Знак R совпадает со знаком носителей заряда. Для металлов, у к-рых n~1022 см-3, R~10-3 см3/Кл, у полупроводников R~105 см3/Кл.
Коэфф. Холла может быть выражен через подвижность носителей заряда m=еt/m* (m*— эффективная масса, t — время между двумя последоват. соударениями с рассеивающими центрами) и удельную электропроводность s=j/E-env/E:
R=m/s.
Сказанное справедливо для изотропных проводников, в частности для поликристаллов. Для анизотропных кристаллов R=r/en, где коэфф. r — величина, близкая к 1, зависящая от направления Н относительно кристаллографич. осей. В области сильных магн. полей r=1 (см. Гальваномагнитные явления).
В полупроводниках в электропроводности участвуют одновременно эл-ны проводимости и дырки. При этом постоянная Холла выражается через парциальные проводимости эл-нов sэ и дырок sд и их концентрации nэ и nд для слабых полей:
Критерии сильного поля: wct>1 (wс— циклотронная частота носителя). При nэ=nд для всех значений Н R =(1/ne)((sэ-sд)/(sэ+sд)), а знак R соответствует основным носителям.
Для металлов величина R зависит от зонной структуры (формы Ферми поверхности). Для замкнутых поверхностей Ферми и в сильных магн. полях постоянная Холла изотропна, а выражения для R совпадают с (3) и (4). Для открытых поверхностей Ферми R — тензор. Однако, если направление H относительно кристаллографич. осей выбрано так, что не возникает открытых сечений поверхности Ферми, то выражения для R также аналогичны (3) и (4).
В ферромагнетиках эл-ны подвергаются совместному действию внеш. магн. поля и поля магн. доменов. Это приводит к особому ферромагнитному X. э. Экспериментально найдено, что EH=(RH+R1M)j, где R — обыкновенная, а R1— аномальная постоянные Холла, М — величина намагниченности.
Х.э.—один из наиболее эфф. методов изучения энергетич. спектра носителей заряда в металлах и ПП. Зная R, можно определить знак носителей и оценить их концентрацию, что позволяет сделать заключение о кол-ве примесей в ПП. Линейная зависимость R от Н используется для измерения напряжённости магн. поля (см. Магнитометр). X. э. используется для умножения пост. токов в аналоговых вычислит. машинах, в измерит. технике и др. (д а т ч и к и X о л л а).
• Hall Е. Н., On the new action of magnetism on a permanent electric current, «Phil. Mag.», 1880, v. 10, p. 301. См. также лит. при ст. Гальваномагнитные явления.
Ю. П. Гайдуков.
ХОЛОДНЫЕ НЕЙТРОНЫ, нейтроны с энергией от 5•10-3 до 10-7 эВ (см. Нейтронная физика).
ХРОМАТИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ (от греч. chroma — цвет), одна из осн. аберраций оптич. систем, обусловленная зависимостью показателя преломления прозрачных сред от длины волны света (см. Дисперсия света). X. а. проявляется в оптич. системах, включающих элементы из преломляющих материалов (напр., линзы). Зеркалам X. а. не свойственна; др. словами, зеркала ахроматичны.
839
Существует два не зависящих один от другого типа X. а.: хроматизм положения изображения (ХП) и хроматизм увеличения (ХУ). ХП состоит в том, что изображения удалённой точки, формируемые лучами разной длины волны, не совпадают для лучей разного цвета, располагаясь вдоль нек-рого отрезка O1O2(т. е. немонохроматич. пучок имеет целую совокупность фокусов вдоль отрезка оптич. оси; см. рис.).
При ХП на экране, поставленном перпендикулярно оптич. оси в области формирования изображения, вместо одной светлой точки наблюдается совокупность цветных кружков. ХУ заключается в том, что поперечные увеличения изображений объекта, формируемых лучами разной длины волны, могут оказаться различными. Это вызвано различием положений главных плоскостей системы (см. Кардинальные точки) для лучей разного цвета, что может иметь место, даже если их фокусы совпадают (в таком случае отличаются их фокусные расстояния). Из-за ХУ изображения предметов конечных размеров оказываются окружёнными цветной каймой.
Исправлять ХП в оптич. системе можно, совмещая фокусы для лучей света разной длины волны. В простейшем случае совмещение фокусов для лучей двух длин волн (и уменьшение взаимного удаления фокусов лучей др. длин волн) сравнительно несложно. Такие системы (обычно объективы) наз. ахроматами. В более совершенных апохроматах фокусы совмещают для лучей трёх длин волн, для чего увеличивают число элементов системы с разными показателями преломления и вводят в систему зеркала. Ещё более тщательное исправление ХП требует дальнейшего усложнения конструкции системы, тем большего, чем больше её относительное отверстие и угол поля зрения (число линз и зеркал увеличивается и форма их усложняется). При исправлении ХУ необходимо совместить также гл. плоскости для воз-
можно большего числа лучей с разными длинами волн, что связано с большими трудностями.
• См. пит. при ст. Аберрации оптических систем.
ХРОМАТИЧЕСКАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ, появление окраски при прохождении белого света через оптич. систему, состоящую из поляризатора, двупреломляющей прозрачной пластинки (среды) и анализатора вследствие интерференции поляризованных лучей. Используется при исследовании кристаллов и напряжений в прозрачных тв. материалах (см. Поляризационно-оптический метод исследования).
ХРУПКОСТЬ, свойство материала разрушаться при небольшой (преим. упругой) деформации под действием напряжений, средний уровень к-рых ниже предела текучести. Образование хрупкой трещины и развитие процесса хрупкого разрушения связано с образованием малых локальных зон пластич. деформации (см. Прочность). Относит. доля упругой и пластич. деформации при хрупком разрушении зависит от св-в материала (характера межат. и межмол. связей, микро- и кристаллич. структуры) и условий его работы. Приложение растягивающих напряжений по трём главным осям (трёхосное напряжённое состояние), концентрация напряжений в местах резкого изменения сечения детали, понижение темп-ры и увеличение скорости нагружения, а также повышение запаса упругой энергии нагруженной конструкции способствуют переходу материала в хрупкое состояние. Напр., существенно упругий материал — мрамор, хрупко разрушающийся при растяжении, в условиях несимметричного по трём гл. осям сжатия ведёт себя, как пластичный материал; чем выше концентрация напряжений, тем сильнее проявляется X. материала, и т. д. Поэтому X. следует рассматривать в связи с условиями работы материала.
Условием роста хрупкой трещины явл. нарушение равновесия между освобождающейся при этом энергией упругой деформации и приращением полной поверхностной энергии (включая и работу пластич. деформации тонкого слоя, примыкающего к краю трещины). Хрупкая прочность элемента с трещиной обратно пропорц. Öl, где l — полудлина трещины.
Склонность материала к хрупкому разрушению оценивают обычно по температурным зависимостям работы разрушения или хар-к пластичности, позволяющих определить критич. темп-ру хрупкости Ткр, т. е. темп-ру перехода из пластич. состояния в хрупкое. Чем выше Tкр, тем более материал склонен к хрупкому разрушению.
При рассмотрении макроскопич. закономерностей хрупкого разрушения необходимо учитывать две независимые хар-ки — сопротивление пластич. деформации (предел текучести ss) и сопротивление хрупкому разрушению (хрупкая прочность, сопротивление отрыву Sот). При понижении темп-ры испытания, введении надрезов — концентраторов напряжения, увеличении скорости деформации ss возрастает быстрее, чем Sот, вследствие чего происходит переход от вязкого разрушения к хрупкому (рис.).
Схема перехода каменной соли из вязкого состояния в хрупкое при понижении темп-ры испытания на растяжение (по А. Ф. Иоффе).
Представление о возникновении хрупкого разрушения как результате небольшой предварительной пластич. деформации лежит в основе дислокац. теории разрушения. Зарождение хрупких трещин связывают с плоским скоплением линейных дефектов крист. решётки — дислокаций — перед к.-л. препятствием, к-рым могут служить границы зёрен или субзёрен, различные включения и т. п. При этом возникает высокая концентрация напряжений, пропорциональная касательному напряжению от внешней нагрузки и длине скопления дислокаций.
• Дроздовский Б. А., Фридман Я. Б., Влияние трещин на механические свойства конструкционных сталей, М., 1960; Черепанов Г. П., Механика хрупкого разрушения, М., 1974; Разрушение, пер. с англ., ред. Г. Либовиц, т. 1—7, М., 1973 — 76.
В. И. Саррак.