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.
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 (Тс), 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 mk — массы материальных точек, образующих систему, хk, уk, zk — координаты этих точек, M=Smk — 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 Fk, 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 xk, yk, zk — 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 pk, для к-рых координаты xk, yk, xk 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 mk точек тела (системы) на две из координат xk, yk, zk 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 hк=(Т1-Т2)/Т1, где T1 и T2 — темп-ры нагревателя и холодильника тепловой машины. Все остальные тепловые циклы обладают меньшим значением кпд (h<hк). Так, для цикла Клапейрона hкл=(T1-T2)/[T1+CV(T1-T2)/Rln(VB/VA)], где CV— теплоёмкость рабочего тела (идеального газа), VB/VA— 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
hт =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 q1; 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 wс обращения заряженных частиц в постоян-
845
ном магнитном поле Н в плоскости, перпендикулярной H. Для свободной заряженной ч-цы Ц. ч. wс определяется из равенства Лоренца силы и центробежной силы:
wc=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=ћwс.
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), wс=104 МГц; для электронов в области пятен солнечной короны wс=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 pH 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 pH=const. Если эта кривая замкнутая, то движение является периодическим и происходит с Ц. ч.:
wс=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:
wc= eH/mc. (1)
Здесь е и m — заряд и масса ч-цы. С той же частотой wc, 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 (wc-w). Ср. энергия, поглощаемая за большое время, резко возрастает при w= wc.
Ц. р. может наблюдаться, если носители заряда совершают много оборотов, прежде чем испытают столкновение с др. ч-цами и рассеются. Это условие имеет вид: wсt>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=wc.
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=nwс (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)eiwt, (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/vф), где фазовая скорость vф совпадает с фазовой скоростью плоской волны: vф=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 vф=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 Нк 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 Hynp (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.Hynp— 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, Hynр — 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, vt — проекция скорости на касательную к этой кривой, ds — элемент длины кривой, vx, vy, vz — 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.