ЗАГЛУШЁННАЯ КАМЕРА, специально оборудованное помещение для акустич. измерений в условиях, приближающихся к условиям свободного открытого пр-ва (в свободном звук. поле). Стены, пол и потолок З. к. покрываются звукопоглощающими материалами, обеспечивающими практически полное отсутствие отражённых звук. волн. В совр. З. к. заглушающая отделка состоит из клиньев лёгкого пористого материала (стекловолокна), прикреплённых основаниями к стенам. В З. к. большого размера удаётся получить поглощение до 99% энергии звук. волны в диапазоне частот от 50 — 70 Гц до самых высоких слышимых частот.
В З. к. проводятся: градуировка измерит. микрофонов, испытания громкоговорителей, исследования шума машин, трансформаторов и др. объектов, определение порога слышимости и др. измерения для целей физиол. акустики.
ЗАЖИГАНИЯ ПОТЕНЦИАЛ, наименьшая разность потенциалов между электродами в газе, необходимая для возникновения самостоят. разряда, т. е. разряда, поддержание к-рого не требует наличия внеш. ионизаторов. Самостоят. разряд поддерживается за счёт процессов ионизации в межэлектродном промежутке и в результате электронной эмиссии с катода; интенсивность этих процессов возрастает с
увеличением разности потенциалов между электродами. З. п. равен той разности потенциалов, при к-рой интенсивность процессов ионизации оказывается достаточной для того, чтобы каждая заряж. ч-ца до своего «исчезновения» рождала подобную же ч-цу. Величина З. п. зависит от природы и давления р газа, от материала, формы, состояния поверхности электродов и от расстояния d между ними. В однородном электрич. поле З. п. зависит от общего числа атомов газа в промежутке между электродами, т. е. от произведения pd (см. Пашена закон).
Зависимость потенциала зажигания U3 от pd для разл. газов (р — в мм рт. ст., d — в см).
Для разл. газов кривые Пашена приведены на рисунке. Сильное влияние на величину З. п. оказывает наличие даже незначит. примесей к осн. газу, заполняющему систему (см. Пеннинга эффект), а также образование на поверхности катода тонких плёнок чужеродных атомов. Действие внеш. ионизирующих факторов (напр., радиоакт. излучения) в разрядном промежутке или на поверхностях электродов снижает З. п. См. также ст. Электрические разряды в газах и лит. при ней.
ЗАМЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ, уменьшение кинетич. энергии нейтронов в результате многократных столкновений их с ат. ядрами. Механизм З. н. зависит от энергии нейтронов. Достаточно быстрые нейтроны расходуют энергию гл. обр. на возбуждение ядер. При уменьшении энергии соударения нейтрона с ядром становятся упругими. При одном упругом соударении нейтрон теряет в ср. долю своей энергии, тем большую, чем легче ядро (для водорода — половину). Последний этап З. н., наз. термализацией, заканчивается установлением равновесия между нейтронным газом и замедляющей средой. Образующиеся тепловые нейтроны играют важную роль в науке и технике, и прежде всего в ядерном реакторостроении (см. Ядерный реактор).
• См. лит. при ст. Нейтронная физика.
ЗАМЕДЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА (замедляющая структура), устройство, формирующее и направляющее медленные эл.-магн. волны, фазовая скорость к-рых меньше скорости света с. С медленными волнами возможно синхрон-
193
ное вз-ствие движущихся заряж. ч-ц, что и определяет осн. применение З. с.: в сепараторах и ускорителях заряж. ч-ц, в электронных приборах СВЧ, осциллографич. трубках и др. З. с. применяется также в кач-ве согласующих элементов в антеннах.
В кач-ве З. с. используются диэлектрич. радиоволноводы, канализирующие поверхностные волны, и обычные волноводы, заполненные средой с большой диэлектрич. e и магнитной mm
Рис. 1. Периодические замедляющие системы: а — встречно-штыревого типа; б — типа диафрагмированного волновода; в — типа фильтра нижних частот. Пунктир — ось пролётного канала.
проницаемостями. Однако такие З. с. (регулярные) применяются редко (в осн. в антеннах) из-за невозможности больших замедлений волн при малых потерях энергии. Более употребительны периодич. З. с. (рис. 1), в к-рых замедление обусловлено переизлучением поля на периодически (с периодом d) расположенных препятствиях или искажениях формы боковой поверхности (перегородки, диафрагмы, гофрировка и т. п.). При этом амплитуда волны А (г) испытывает периодическую пространств. модуляцию (теорема Флоке):
A(z+d)eiwt-kz)=A(z)ei[wt-k(z-d)],
где w—частота, k — волновое число. Разложение периодич. ф-ции А(z) в ряд Фурье позволяет представить это эл.-магн. поле в виде бесконечного набора пространств. гармоник
бегущих с разл. фазовыми скоростями vn=w/k+2p/d.
Заряж. ч-цы, движущиеся в периодич. З. с. со скоростью vn, синхронно взаимодействуют с той гармоникой, скорость к-рой близка к скорости ч-ц vn. Роль же др. гармоник несущественна, т. к. в среднем (за период колебаний) они не обмениваются энергией с ч-цами. Периодич. З. с. свойственно наличие частотных полос запирания (wd/v»mp, m=±1, ±2), когда k оказывается комплексной величиной. Прохождение волны через З. с., если её частота находится внутри полосы запирания, возможно только благодаря туннельному эффекту. В электронных СВЧ приборах и др. устройствах применяются спиральные З. с. (рис. 2), обладающие малой дисперсией. Это проводник, намотанный по винтовой линии (однозаходная спираль). Замедление волн в такой спирали не зависит от частоты w волны и определяется только геом. параметрами — отношением длины витка спирали (l) к его шагу (h): c/v=l/h. Это
Рис. 2. Однозаходная спиральная замедляющая система.
связано с увеличением пути прохождения волны, распространяющейся со скоростью света вдоль провода и как бы замедленно — вдоль оси спирали. Одновременно происходит и уменьшение групповой скорости, что используется в линиях задержки импульсных сигналов. Часто применяются также и многозаходные спиральные З. с., в к-рых число замедленных мод равно числу заходов в спирали.
• С и л и н Р. А., Сазонов В. П., Замедляющие системы, М., 1966; Справочник по диафрагмированным волноводам, М., 1969; Ф р а д и н А. З., Антенно-фидерные устройства, М., 1977.
приём исключения систематич. погрешностей измерений, вызываемых погрешностями измерит. прибора, служащего для сравнения измеряемой величины с мерой. При З. м. и. значение измеряемой величины находят не непосредственно по показанию измерит. прибора, а по значению меры, подбираемой или регулируемой так, чтобы при замещении ею измеряемой величины показания измерит. прибора остались прежними. Напр., при взвешивании тела на рычажных весах его снимают с чашки и замещают гирями, суммарная масса к-рых равна массе тела, при этом весы дадут прежнее показание (метод Борда, см. Взвешивание). З. м. и. широко применяется при измерениях электрич. величин, для к-рых созданы меры (напр., сопротивления, ёмкости, индуктивности, см. Меры электрических величин).
К. П. Широков.
ЗАПАЗДЫВАНИЕ ТЕКУЧЕСТИ (задержка текучести), явление, к-рое характеризуется тем, что при мгновенном (очень быстром) приложении напряжения, превышающего предел текучести при статическом (очень медленном) нагружении, пластич. деформация возникает не тотчас, а по истечении нек-рого промежутка времени — т. н. периода З. т. Если напряжение снято до истечения периода З. т., остаточных деформаций не возникает, т. е. в течение периода З. т. материал деформируется упруго. Чем больше приложенное напряжение, тем меньше
период З. т. Величина периода З. т. изменяется от неск. мс при напряжении порядка (и выше) статич. предела прочности до неск. мин при напряжениях порядка статич. предела текучести. З. т. чётко выражено в материалах, у к-рых на диаграмме растяжения есть площадка текучести (см. Предел текучести). Изучение З. т. важно для оценки прочности конструкций при воздействии на них динамич. нагрузок (ударов, взрывов и т. п.).
В. С. Ленский.
ЗАПАЗДЫВАЮЩИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ, потенциалы эл.-магн. поля, учитывающие запаздывание изменений поля в данной точке пр-ва по отношению к изменению зарядов и токов, создающих поле и находящихся на нек-ром расстоянии от рассматриваемой точки. Потенциалы электромагнитного поля характеризуют это поле наряду с напряжённостями электрич. и магн. полей (Е и Н). Если в момент времени t происходит изменение распределения зарядов или токов, то на расстоянии R от них, вследствие конечности скорости с распространения эл.-магн. поля, это изменение проявится с нек-рым запозданием. Поэтому в рассматриваемой точке значение потенциалов эл.-магн. поля в момент t определяется плотностями тока и заряда источника поля в момент времени t=t-R/c, где R/c — время запаздывания. Если заряды и токи непрерывно распределены в нек-ром объёме пр-ва, то З. п. определяются интегрированием по этому объёму элементарных З. п., создаваемых зарядами и токами в отдельных очень малых его областях.
• Тамм И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976.
ЗАПАС ПРОЧНОСТИ в сопротивлении материалов, определяет соотношение между расчётной нагрузкой, обеспечивающей безопасную эксплуатацию конструкции или сооружения, и макс. нагрузкой, к-рая теоретически допустима. В зависимости от назначения объекта и условий его функционирования пользуются разл. определениями и значениями коэфф. З. п.
1) Коэфф. З. п. по напряжениям — отношение допустимого напряжения (предела прочности, предела текучести, предела выносливости при перем. нагрузках) к наибольшему напряжению при заданном типе нагрузок.
2) Коэфф. З. п. по предельным нагрузкам — отношение нагрузки, при к-рой конструкция теряет несущую способность, к расчётной нагрузке.
3) Коэфф. З.п. по предельной деформации — отношение нагрузки, вызывающей в конструкции в целом или в к.-л. её элементе максимально допустимую характерную деформацию (прогиб, изменение расстояния между узлами и т. п.), к расчётной нагрузке.
Назначение коэфф. З. п.— учитывать механич. св-ва материала, веро-
194
ятность возникновения случайных перегрузок, степень достоверности расчёта и исходной информации, возможность непредвиденных дефектов (усадочные раковины, выбоины и др.). Выбор значения коэфф. З. п. учитывает необходимость экономии материала и в ряде случаев связан с проблемой создания конструкции мин. веса (напр., косм. аппаратов, самолётов). Наименьшими значениями коэфф. З. п. пользуются в объектах разового кратковременного назначения; наибольшими — в конструкциях долговременного использования, особенно при динамич. нагрузках.
В. С. Ленский.
ЗАПАС УСТОЙЧИВОСТИ, определяет степень удалённости величины действующих на конструкцию нагрузок от их предельных, критич. значений, при к-рых происходит потеря устойчивости и несущая способность конструкции исчерпывается (см. Устойчивость упругих систем). Отношение критич. нагрузки к фактически действующей на конструкцию наз. коэфф. З. у. Выбор надлежащего З. у. затруднён тем, что невозможно точно учесть ряд факторов, влияющих на величину критич. нагрузок. Напр., для наиболее полно изученного случая — потери устойчивости продольно сжатым стержнем — такими факторами явл. нецентральность приложения нагрузки, нач. кривизна стержня и неоднородность материала. При расчёте реальных условий работы конструкций влияние дополнит. факторов обычно компенсируют введением поправочного коэфф., учитывающего вероятность наличия дефектов.
ЗАПИРАЮЩИЙ СЛОЙ, область в полупроводнике вблизи контакта с металлом или с ПП другого типа проводимости (см. Электронно-дырочный переход), обеднённая осн. носителями. Толщина З. с. d в случае р — n-перехода равна:
где е — заряд эл-на, e — диэлектрич. проницаемость, U/к — контактная разность потенциалов, U — внеш. напряжение, n0 — концентрация эл-нов проводимости в n-области, р0 — концентрация дырок в р-области. Напр., для р — n-перехода в Si, где Uк=1В при n0=p0»1015, d=2 мкм. Для контакта металл — электронный ПП или металл — дырочный ПП d определяется по ф-ле (*), в к-рой положено p0<<n0 или p0>>n0.
• Б о н ч-Б р у е в и ч В. Л., Калашников С. Г., Физика полупроводников, М., 1977. Э. М. Эпштейн.
ЗАПРЕЩЕННАЯ ЗОНА (энергетическая щель), область значений энергии, к-рые не могут иметь эл-ны в идеальном кристалле (см. Зонная теория). У полупроводников и диэлектриков под З.з. обычно понимают область энергий между верх. уровнем (потолком) валентной зоны и ниж. уровнем (дном) проводимости зоны.
ЗАПРЕЩЕННЫЕ ЛИНИИ, спектральные линии в спектрах оптических атомов (и др. квант. систем), появляющиеся при нарушении отбора правил. Возникают при запрещённых излучательных квантовых переходах из возбуждённого метастабильного состояния в нормальное. Вероятность таких переходов не равна нулю, но значительно ниже вероятности разрешённых переходов, поэтому интенсивность их значительно меньше интенсивности разрешённых линий. Чаще же квант. система переходит из возбуждённого метастабильного состояния в нормальное без излучения, теряя энергию возбуждения в результате столкновит. процессов. Однако в разреженных газах, где ср. промежуток времени между столкновениями ч-ц сравним с временем жизни атома на метастабильном уровне или больше него, атом может перейти в норм. состояние до столкновения, испуская при этом фотон. Такие переходы обусловливают появление интенсивных З. л. в спектрах космических газовых туманностей, верхних слоев атмосферы и др.
ЗАРЯД ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ, см. Электрический заряд.
ЗАРЯД ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ, см. Элементарный электрический заряд.
ЗАРЯДА СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН, один из фундаментальных строгих законов природы, состоящий в том, что алгебр. сумма электрич. зарядов любой замкнутой (электрически изолированной) системы остаётся неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы. Установлен в 18 в.
Открытие эл-на, являющегося носителем отрицат. электрич. заряда, и протона, обладающего таким же по величине положит. зарядом, доказало, что электрич. заряды существуют не сами по себе, а связаны с ч-цами (заряд является внутр. св-вом ч-ц). Позднее были открыты и др. элем. ч-цы, несущие положит. или отрицат. заряд, равный по величине заряду эл-на. Т. о., электрич. заряд дискретен: заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда.
Поскольку каждая ч-ца характеризуется определённым, присущим ей электрич. зарядом, в области физ. явлений, в к-рой не происходит взаимопревращений ч-ц, З. с. з. можно рассматривать как следствие сохранения числа ч-ц. Так, при электризации макроскопич. тел число заряж. ч-ц не меняется, а происходит лишь их перераспределение в пр-ве: заряж. ч-цы переносятся с одного тела на другое.
В физике элем. ч-ц, для к-рой характерны процессы взаимопревращений ч-ц, число ч-ц не сохраняется — одни ч-цы исчезают, другие рождаются, но при этом З. с. з. всегда строго выполняется: суммарный заряд остаётся неизменным при всех вз-ствиях и превращениях ч-ц. Рождение «новой» заряж. ч-цы возможно лишь либо при одноврем. исчезновении «старой» ч-цы
с таким же зарядом, либо в паре с др. ч-цей, имеющей заряд противоположного знака (напр., в процессе рождения пары частица-античастица); при этом во всех таких превращениях должны выполняться др. законы сохранения— энергии, кол-ва движения и т. д.
З. с. з. вместе с законом сохранения энергии «объясняет» устойчивость эл-на. Эл-н (и позитрон) — самая лёгкая из заряж. ч-ц, поэтому он ни на что не может распасться: распад на более тяжёлые заряж. ч-цы (напр., мюон, p-мезон) запрещён законом сохранения энергии, а распад на более лёгкие нейтр. ч-цы (фотон, нейтрино) запрещён З. с. з. О точности, с к-рой выполняется З. с. з., можно судить по тому, что эл-н не теряет своего заряда по крайней мере за 5•1021 лет.
ЗАРЯДОВАЯ ЧЁТНОСТЬ (С-чётность, С), квантовое число, характеризующее поведение истинно нейтральной частицы (или системы ч-ц) в процессах, вызванных эл.-магн. или сильным вз-ствием. Понятие З. ч. возникает в результате того, что эти вз-ствия не меняются при операции зарядового сопряжения. При зарядовом сопряжении истинно нейтр. система остаётся сама собой, поэтому её волн. ф-ция либо не изменяется, либо меняет знак. В первом случае З. ч. положительна, во втором — отрицательна, то есть З. ч. определяется поведением волн. ф-ции относительно операции зарядового сопряжения. В любых процессах, вызванных эл.-магн. или сильным вз-ствием, З. ч. сохраняется. Т. к. волн. ф-ция системы, состоящей из независимых подсистем, равна произведению волн. ф-ций этих подсистем, З. ч. истинно нейтр. системы, распадающейся на неск. др. истинно нейтр. систем, равна произведению З. ч. этих систем (следовательно, З. ч. явл. мультипликативным квант. числом). З. ч. фотона отрицательна (это видно хотя бы из того, что при зарядовом сопряжении, когда меняются знаки электрич. зарядов, изменяются на обратные и направления эл.-магн. полей), а p°- и h°-мезонов, распадающихся на два g-кванта, положительна (поэтому сохранение З. ч. запрещает распад p° и h° на нечётное число g-квантов). З. ч. связанной системы электрон-позитрон — позитрония (как и любой системы из фермиона и антифермиона) равна (-1l)J+l(*), где J — суммарный спин обеих ч-ц, l — орбит. момент их относит. движения. В нижнем энергетич. состоянии Z=0 (парапозитроний), так что З. ч. пары е+ е- положительна, и поэтому система может распасться в результате аннигиляции эл-на с позитроном на два g-кванта; при l=1 (ортопозитроний) З. ч. отрицательна, и пара электрон-позитрон в этом состоянии может аннигилировать только с образованием нечётного числа (обычно трёх) g-квантов. Такое различие
195
в способах распада приводит к большому различию во временах жизни орто- и парапозитрония.
Из кварковой модели строения адронов и ф-лы (*) следует (в согласии с опытом), что З. ч. мезонов p°, h,h' — положительна; а r°,w, j, J/y Y— отрицательна.
• См. лит. при ст. Элементарные частицы.
ЗАРЯДОВОЕ СОПРЯЖЕНИЕ (С), операция замены всех ч-ц, участвующих в к.-л. вз-ствии, на соответствующие им античастицы. Опыт показывает, что сильное и эл.-магн. вз-ствия не меняются при З. с., то есть сильные и эл.-магн. вз-ствия ч-ц и античастиц, находящихся в тех же состояниях, одинаковы. Это означает, что для любого процесса, происходящего с к.-л. ч-цами под действием сильного или ал.-магн. вз-ствия, существует в точности такой же процесс для их античастиц.
Симметрия законов сильного и эл.-магн. вз-ствий относительно замены ч-ц на античастицы приводит к тому, что для истинно нейтральных частиц (или систем) сохраняется особая величина — зарядовая чётность. В слабом взаимодействии, обусловливающем, в частности, большинство распадов ч-ц, отсутствует симметрия относительно З. с. Поэтому, напр., геом. хар-ки распада ч-ц отличны от хар-к распада соответствующих античастиц: если продукты распада ч-цы вылетают преим. в одну сторону, то продукты распада античастицы — в противоположную сторону. В процессах слабого вз-ствия отсутствует также зеркальная симметрия — симметрия между «правым» и «левым» направлениями в пр-ве (см. Пространственная инверсия). См. также Комбинированная инверсия. С. С. Герштейн.
ЗАРЯЖЕННЫЙ ТОК, ток в квант. теории поля, изменяющий на единицу электрич. заряды ч-ц (в отличие от нейтрального тока, не меняющего заряды). З. т. входит в лагранжиан слабого взаимодействия и состоит из лептонной и адронной частей. Напр.,
b-распад нейтрона n® p+e-+v^e описывается вз-ствием лептонного и адронного З. т. В этом процессе изменяются заряды как в лептонной (e-v^e), так и в адронной (пр) вершинах Фейнмана диаграммы (рис.).
ЗАТУХАНИЕ ЗВУКА, уменьшение амплитуды и, следовательно, интенсивности звук. волны по мере её распространения. З. з. обусловлено неск. причинами: 1) т. н. расхождением волны, связанным с тем, что на больших расстояниях от источника поток излучаемой звук. энергии по мере распространения распределяется на всё увеличивающуюся волн. поверхность, и соответственно уменьшается интенсивность звука.
Для сферич. волны амплитуда убывает пропорц. 1/r, для цилиндрич. волны — пропорц. 1/Ör. 2) Рассеянием звука на препятствиях в среде и её неоднородностях, размеры к-рых малы или сравнимы с длиной волны (напр., в газах это жидкие капли, в водной среде — пузырьки воздуха, в тв. телах — разл. инородные включения или отд. кристаллиты в поликристаллах), а также на неровных и неоднородных границах среды. 3) Поглощением звука, к-рое происходит в результате необратимого перехода энергии волны в др. виды энергии (преим. в теплоту). При З. з., обусловленном рассеянием и поглощением, амплитуда убывает с расстоянием r по закону е-dr , где d — коэфф. З. з.
ЗАТУХАНИЕ КОЛЕБАНИЙ, уменьшение амплитуды колебаний с течением времени, обусловленное потерей энергии колебат. системой. Простейшим механизмом убыли энергии колебания явл. превращение её в теплоту вследствие трения в механич. системах и омич. потерь в электрич. системах. В последних З. к. происходит также в результате излучения эл.-магн. энергии. Закон З. к. определяется св-вами системы. Наиболее изучено З. к., обусловленное уменьшением энергии, пропорциональным квадрату скорости движения в механич. системе или квадрату силы тока в электрич. системе; это справедливо для линейных систем.
Затухание колебаний: A0 — первонач. амплитуда; Т — период.
В этом случае З. к. имеет экспоненциальный хар-р, т. е. размахи колебаний убывают по закону геом. прогрессии (рис.).
Затухание нарушает периодичность колебаний, поэтому они уже не явл. периодич. процессом и, строго говоря, к ним неприменимо понятие периода или частоты. Однако если затухание мало, то можно условно пользоваться понятием периода как промежутка времени между двумя последующими максимумами колеблющейся физ. величины (тока, напряжения, размаха колебаний маятника и т. д.). Относит. уменьшение амплитуды колебаний за период характеризует декремент затухания. • См. лит. при ст. Колебания.
ЗАЩИТА от ионизирующих излучений, а) совокупность мер, обеспечивающих снижение уровня облучения работающих вблизи источников излучения до предельно допустимых доз (ПДД) — наибольшее значение дозы облучения за год, не вызывающее при
равномерном воздействии в течение 50 лет неблагоприятных изменений в состоянии здоровья персонала; б) защитные сооружения. Проблема З. включает два аспекта: 1) З. от внеш. излучения закрытых источников (радиоакт. препараты, ядерные реакторы, рентгеновские трубки, ускорители и др.); 2) З. биосферы от загрязнения радиоакт. в-вами (отходы яд. пром-сти, испытания яд. оружия, работа с открытыми источниками).
З. от внешних потоков a-и b-частиц не представляет трудностей, т. к. они быстро теряют энергию в среде. Для полного поглощения a-частиц, испускаемых радионуклидами, достаточно листа бумаги, резиновых перчаток или слоя воздуха в 8—9 см; для поглощения эл-нов — неск. мм алюминия. Гамма-излучение и нейтроны явл. наиболее проникающими. Ослабление нерассеянного g-излучения и нейтронного (узкие пучки) в З. происходит экспоненциально:
Jd=J0e-d/l, (*)
где Jd и J0 — интенсивности излучения за З. толщиной d и без З., l, — толщина материала, ослабляющая интенсивность в е раз, наз. длиной релаксации (зависит от энергии ч-ц и материала, применяемого для З., табл. 1).
Табл. 1. ДЛИНЫ РЕЛАКСАЦИИ l ДЛЯ g-KBAHTOB С ЭНЕРГИЕЙ 1 МэВ В РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ
Для учёта излучения, рассеянного в З. (широкие пучки), в ф-лу (*) вводится сомножитель, наз. фактором накопления (отношение интенсивности или мощности дозы рассеянного и нерассеянного излучений к мощности дозы падающего излучения), зависящий от энергии, геометрии и угл. распределения излучения источника, компоновки, состава и размеров З., а также от взаимного расположения источника, детектора и З. Величина этого сомножителя может достигать для фотонов неск. сотен. Для нейтронов рассеянное излучение обычно учитывают, заменяя l на l' в ф-ле (*). В оценке l' учтено рассеяние нейтронов в защитном слое (табл. 2).
Гамма-кванты лучше поглощаются материалами, содержащими элементы с большими ат. номерами Z (Pb, Fe и т. п.); нейтроны — водородсодержащими в-вами (вода, парафин, гидриды металлов, бетон и т. п.). Для замедления нейтронов с энергией, большей 1 МэВ, используют в-ва с большими Z (на ядрах происходят неупругие рассеяния нейтронов). Т. к. в природе нет элементов, одинаково хорошо ослабляющих потоки g-квантов и нейтронов, то З. от смешанного g- и нейтрон-
196
Табл. 2. ДЛИНЫ РЕЛАКСАЦИИ НЕЙТРОНОВ ДЕЛЕНИЯ С ЭНЕРГИЕЙ >3 МэВ В РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ ТОЛЩИНОЙ 30 — 60 см
ного излучения делают из смеси в-в с малыми и большими Z (напр., железо-водные среды). По конструктивным и экон. соображениям З. стационарных установок обычно выполняют из бетона. При этом учитывается вклад в поле излучения за З. вторичного излучения, напр, g-излучения в результате радиационного захвата нейтронов, тормозного излучения, образующегося при вз-ствии заряж. ч-ц с в-вом. Для уменьшения захватного излучения в З. добавляют 10В, ядра к-рого при поглощении нейтронов образуют заряж. ч-цы и мягкое g-излучение.
З. биосферы сводится к спец. мерам снижения концентраций радиоакт. в-в в воде и в воздухе до предельно допустимых нормами радиац. безопасности. З. может осуществляться также с помощью в-в, вводимых в организм человека и животных до или во время облучения. Нек-рые из них повышают общую сопротивляемость организма (липополисахариды, сочетания аминокислот и витаминов, гормоны, вакцины) за счёт повышения активности системы гипофиз — кора надпочечников, увеличения способности кроветворных клеток к размножению и др. Другая группа радиозащитных в-в (радиопротекторы) предупреждает изменения в чувствит. органах и тканях.
• Г у с е в Н. Г., Машкович В. П., Суворов А. П., Защита от ионизирующих излучений, т. 1, М., 1980; Руководство по радиационной защите для инженеров, пер. с англ., т. 1, М., 1972; К и м е л ь Л. Р., М а ш к о в и ч В. П., Защита от ионизирующих излучений. Справочник, 2 изд., М., 1982.
В. П. Машкович.
ЗВЁЗДЫ, в обычном (стационарном) состоянии раскалённые газовые (плазменные) шарообразные небесные тела, находящиеся в гидродинамич. и тепловом равновесии. Гидродинамич. равновесие обеспечивается равенством сил тяготения и сил внутр. давления, действующих на каждый элемент массы З. Тепловое равновесие соответствует равенству энергии, выделяемой из недр З., и энергии, излучаемой с её поверхности. З. (кроме ближайшей З.— Солнца) находятся на столь больших расстояниях от Земли, что даже в самые сильные телескопы видны как светящиеся точки разл. яркости и цвета. Осн. видимая хар-ка З.— её блеск, к-рый определяется мощностью излучения (светимостью) З. и расстоянием до неё.
Осн. параметрами состояния З. явл. светимость L, масса M} и радиус R. Их численные значения принято выражать в солн. ед. (Lсолн=3,86•1033 эрг/с,
Mсолн=1,99•1033 г, Rсолн=6,96•1010 см). Значения масс З. заключены в пределах от ~0,03 до ~60Mсолн. Светимости стационарных З. лежат в интервале от ~10-4 до 105 lсолн, а радиусы — от ~10 км (нейтронные звёзды) до —103 rсолн (сверхгиганты). З. представляют
большой интерес для физики, т. к. в них реализуются условия, недостижимые в земных лабораториях (темп-ры до 109 К, плотности до 1014 г/см3, магн. поля напряжённостью до 1014 Э), и наблюдаются характерные для этих условий процессы. Огромную информацию даёт изучение спектров З. (определение их хим. состава, темп-ры поверхности, магн. полей, скоростей движения и вращения, расстояний до З.).
З. по состоянию в-ва в недрах разделяют на три главные группы: 1) нормальные З., гидростатич. равновесие к-рых поддерживается давлением классической идеальной плазмы, существующей благодаря термич. ионизации атомов (эффекты неидеальности становятся важными только в З. малой массы £0,5Mсолн); 2) белые карлики, к-рые удерживаются в равновесии фермиевским давлением эл-нов вырожденной плазмы (ионизованной даже при низких темп-pax давлением); 3) нейтронные З. с высокой ср. плотностью (r³1012 г/см3), при к-рой ферми энергия эл-нов столь высока, что энергетически выгоден процесс нейтронизации вещества, т. е. слияние протонов и эл-нов, из-за чего в-во внеш. слоев З. состоит из ядер, обогащённых нейтронами, а внутренних — из свободных нейтронов (с малой примесью протонов и эл-нов).
Осн. источник излучения З. (фотонного и нейтринного, а также корпускулярного) — реакции термояд. синтеза (см. Термоядерные реакции). На непродолжит. стадиях перехода от одной реакции к другой, сопровождающихся сжатием З., существенным становится также выделение потенциальной гравитац. энергии. Наиболее энергетически эфф. процессом, идущим при самой низкой темп-ре (~107 К), явл. процесс превращения водорода в гелий. Поскольку водородный цикл реакций обязательно содержит к.-л. реакцию, идущую по слабому взаимодействию, этот процесс явл. и самым медленным. Поэтому б. ч. наблюдаемых З. находится в стадии водородного горения в центре. При данном хим. составе условия теплового и механич. равновесия дают для этих З. однозначную
связь светимости, массы и радиуса. Вследствие этого на диаграммах «светимость — темп-pa поверхности» и «масса — радиус» большинство З. группируется вдоль определ. линии, т.н. главной последовательности. После выгорания водорода в центре, сжатия ядра и повышения его темп-ры (см. Вириала теорема) становится возможным (при достаточно большой массе З.) горение всё более тяжёлых элементов (повышение темп-ры создаёт условия для преодоления более высокого, чем у водорода, кулоновского барьера при слиянии тяжёлых ат. ядер).
Б. ч. своей жизни З. находятся в стационарном состоянии (напр., светимость Солнца примерно постоянна уже неск. млрд. лет). Равновесность З. при непрерывной потере энергии обусловлена сильным различием характерных времён протекающих в них процессов. Время установления механич. равновесия определяется отношением (радиус/ср. скорость звука), равным 103•r-1/2с (для Солнца ~1 ч); время диффузии фотонов от центра к поверхности определяется отношением (гравитац. энергия/светимость), равным для Солнца ~3•107 лет; время термояд. эволюции ~10-3M с2/L (для Солнца ~1010 лет).
Нарушение механич. равновесия, напр. снижение давления в З., приводит к сжатию З. и превращению части гравитац. энергии в теплоту. В результате внутр. давление возрастает, механич. равновесие восстанавливается. З. представляют собой, т. о., саморегулирующуюся систему. Если устойчивость З. нарушается, она становится нестационарной. Различные виды нестационарности имеют своё характерное время и могут проявляться в виде автоколебаний (цефеиды), гравитационного коллапса и др. При неустойчивости теплового равновесия нестационарность проявляется в виде вспышки с характерным временем диффузии фотонов. На поздних стадиях эволюции ядра З. становятся компактными, характерные времена сближаются, картина эволюции усложняется. Амплитуда проявлений нестационариости может быть самой разной: от долей процента при слабых пульсациях до вспышек с увеличением светимости в ~1010 раз у сверхновых звёзд. У большинства З. малой массы наблюдаются также вспышки, не связанные с их внутр. равновесием. Они происходят в верхних слоях (атмосферах З.), по-видимому, из-за аннигиляции в к.-л. области атмосферы противоположных по направлению магн. полей (аналогично хромосферным вспышкам на Солнце).
Общая картина эволюции З. может быть охарактеризована след. образом: З. возникают в результате конденсации межзвёздных пыли и газа, богато-
197
го водородом (процесс звездообразования продолжается). Затем следует наиболее длит. стадия звёздной эволюции — период термояд. реакций превращения водорода в гелий в центре З. Когда водород в центре исчерпан, ядро сжимается и нагревается, а оболочка сильно расширяется, причём, несмотря на рост светимости, темп-ра поверхности падает — З. становится красным гигантом. После этого в ядре З. становится возможным термояд. загорание гелия и более тяжёлых элементов, сопряжённое в ряде случаев со сбросом водородной оболочки и образованием т. н. планетарной туманности. Остаток З. остывает, переходя в стадию белого карлика. В зависимости от нач. массы, а возможно и от момента вращения, З. могут закончить свою эволюцию взрывом сверхновой (с остатком в виде нейтронной звезды либо без остатка). Согласно общей теории относительности Эйнштейна, наиб. массивные З., если они сохранили свою массу вплоть до исчерпания термояд. горючего, должны коллапсировать в состояние чёрной дыры.
Справедливость осн. положений теории строения и эволюции З. подтверждается успешным объяснением: зависимости светимость — спектр. класс и др. закономерностей для З. главной последовательности; распространённости разных типов З.; пульсаций цефеид и др. Термояд. эволюция подтверждается распространённостью хим. элементов, а также наличием гелиевых З., углеродных З. и др. с аномалиями хим. состава на поздних стадиях. Теория предсказала подтверждающуюся наблюдениями зависимость масса — радиус для белых карликов, а также существование нейтронных З., открытых в виде пульсаров.
• Звезды и звездные системы, под ред. Д. Я. Мартынова, М., 1981; Зельдович Я. Б., Блинников С. И., Ш а к у р а Н. И., Физические основы строения и эволюции звезд, М., 1981; Зельдович Я. В., Новиков И. Д., Теория тяготения и эволюция звезд, М., 1971; Шкловский И. С., Звезды. Их рождение, жизнь и смерть, 2 изд., М., 1977; К а п л а н С. А., Физика звезд, 3 изд., М., 1977; Тейлер Р., Строение и эволюция звезд, пер. с англ., М., 197З. С. И. Блинников.
ЗВУК, в широком смысле — колебательное движение ч-ц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или тв. средах— то же, что упругие волны;, в узком смысле — явление, субъективно воспринимаемое органом слуха человека и животных. Человек слышит З. в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц. Неслышимый З. с частотой ниже 16 Гц наз. инфразвуком, выше 20 кГц — ультразвуком, а самые ВЧ упругие волны в диапазоне от 109 до 1012—1013 Гц — гиперзвуком.
Важной хар-кой З. явл. его спектр, получаемый в результате разложения
З. на простые гармонич. колебания (т. н. частотный звука анализ). Осн. частота определяет при этом воспринимаемую на слух высоту звука, а набор гармонич. составляющих — тембр звука. В спектре З. речи имеются форманты — устойчивые группы частотных составляющих, соответствующие определ. фонетич. элементам. Энергетич. хар-кой звук. колебаний явл. интенсивность звука, к-рая зависит от амплитуды звукового давления, а также от св-в самой среды и от формы волны. Субъективной хар-кой З., связанной с его интенсивностью, явл. громкость звука, зависящая от частоты. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в области частот 1—5 кГц.
Источником звука могут быть любые явления, вызывающие местное изменение давления или механич. напряжения. Широко распространены источники З. в виде колеблющихся тв. тел (напр., диффузоры громкоговорителей и мембраны телефонов, струны и деки музыкальных инструментов); в УЗ диапазоне частот это пластинки и стержни из пьезоэлектрических материалов или магнитострикционных материалов. Обширный класс источников З.— электроакустические преобразователи.
К приёмникам З. относится, в частности, слуховой аппарат человека и животных. В технике для приёма З. применяются гл. обр. электроакустич. преобразователи: в воздухе — микрофоны, в воде — гидрофоны, в земной коре — геофоны.
Распространение звук. волн характеризуется в первую очередь скоростью звука. В ряде случаев наблюдается дисперсия скорости звука, т. е. зависимость скорости его распространения от частоты. При распространении звук. волны происходит постепенное затухание звука, т. е. уменьшение его интенсивности и амплитуды, к-рое обусловливается в значит. степени поглощением звука, связанным с необратимым переходом звук. энергии в др. формы (гл. обр. в теплоту). При распространении волн большой амплитуды (см. Нелинейная акустика) происходит постепенное искажение синусоидальной формы волны и приближение её к форме ударной волны.
• Стретт Дж. В. (лорд Рэлей), Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 1—2, М., 1955; Красильников В. А., Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах, 3 изд., М., 1960; Исакович М. А., Общая акустика, М., 197З.
ЗВУКА АНАЛИЗ, разложение сложного звук. процесса на ряд простых колебаний. Применяются два вида З. а.: частотный и временной. При частотном З. а. звук. сигнал представляется суммой гармонич. составляющих, характеризующихся частотой, фазой и амплитудой. Частотный З. а. позволяет получить распределение амплитуд составляющих по частотам (рис.), т. н. частотно-амплитудные
спектры, и, реже, распределение фаз частотных составляющих (фазочастотные спектры). Зная спектр шума, напр. автомобиля, т. е. зная частоты и амплитуды его гармоник, можно рассчитать конструкцию глушителя. Знание спектров речевых и муз. сигналов позволяет правильно рассчитать частотную хар-ку передающих трактов, чтобы обеспечить необходимое кач-во воспроизведения.
Форма колебаний (сверху) и частотно-амплитудный спектр (снизу) звуков рояля (осн. частота 128 Гц).
Для расчёта усталостной прочности конструкции ракеты и предотвращения её разрушения под действием шумов Двигателей необходимо знать частотный спектр звука двигателя.
При временном З. а. сигнал представляется суммой коротких импульсов, характеризующихся временем появления и амплитудой. Методы временного З. а. лежат в основе принципа действия гидролокаторов и эхолотов. На практике часто возникает необходимость в хар-ке, дающей общее представление об изменении сигнала во времени без его разложения на гармонич. составляющие. В кач-ве такой временной хар-ки часто пользуются т. н. корреляц. ф-цией, к-рая определяется как среднее по времени результата перемножения анализируемого сигнала, напр. p(t) на его значение через определ. промежуток времени (автокорреляция) либо на второй анализируемый сигнал, принятый через нек-рый интервал времени (взаимная корреляция). Методами корреляц. анализа решаются такие задачи, как предсказание хар-ра изменения процесса во времени, выделение слабых акустич. сигналов на фоне помех, измерение искажений вещательных сигналов при передаче через электроакустич. системы и др. По корреляц. ф-циям могут быть найдены многие фнз. хар-ки акустич. процессов, систем и звук. полей, представляющие практич. интерес.
• Блинова Л. II., Колесников А. Е., Л а н г а н с Л. Б., Акустические измерения, М., 1971; X а р к е в и ч А. А., Спектры и анализ, 4 изд., М., 1962.
ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ, переменная часть давления, возникающая при прохождении звук. волны в среде. Распространяясь в среде, звук. волна
198
образует её сгущения и разрежения, к-рые создают добавочные изменения давления по отношению к его ср. значению в среде. З. д. изменяется с частотой, равной частоте звук. волны. З. д.— основная количеств. хар-ка звука. Иногда для хар-ки звука применяется уровень звукового давления — выраженное в дБ отношение величины данного З. д. р к пороговому значению З. д. р0=2•10-5 Па. При этом число децибел N=20Ig(p/p0). З. д. в воздухе изменяется от 10-5 Па вблизи порога слышимости до 103 Па при самых громких звуках, напр. при шумах реактивных самолётов. В воде на УЗ частотах порядка неск. МГц с помощью фокусирующих излучателей получают значение З. д. до 107 Па. З. д. следует отличать от давления звука (см. Давление звукового излучения).
ЗВУКОВОЕ ПОЛЕ, область пр-ва, в к-рой распространяются звук. волны, т. е. происходят акустич. колебания ч-ц упругой среды (твёрдой, жидкой или газообразной), заполняющей эту область. З. п. определено полностью, если для каждой его точки известно изменение во времени к.-л. из величин, характеризующих звук. волну: колебательное смещение ч-ц, колебательная скорость ч-ц, звуковое давление в среде. Понятие «З. п.» применяется обычно для областей, размеры к-рых порядка или больше длины звук. волны. С энергетич. стороны З. п. характеризуется плотностью звук. энергии (энергией колебат. процесса, приходящейся на ед. объёма); в тех случаях, когда в З. п. происходит перенос энергии, он характеризуется интенсивностью звука.
Картина З. п. в общем случае зависит не только от акустич. мощности и хар-ки направленности излучателя — источника звука, но и от положения и св-в границ среды и поверхностей раздела разл. упругих сред, если такие поверхности имеются. В неограниченной однородной среде З. п. одиночного источника явл. полем бегущей волны. Для измерения З. п. применяют микрофоны, гидрофоны и др. приёмники звука; их размеры желательно иметь малыми по сравнению с длиной волны и с характерными размерами неоднородностей поля. При изучении З. п. применяются также разл. методы визуализации звуковых полей. Изучение З. п. разл. излучателей производят в заглушённых камерах.
ЗВУКОВОЙ ВЕТЕР, то же, что акустические течения.
ЗВУКОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, свечение в жидкости при акустич. кавитации. Световое излучение при З. (рис. 1) очень слабое и становится видимым только при значит. усилении или в полной темноте. Спектр З. в осн. непрерывный. Причина свечения — сильное нагревание газа или пара в кавитац. пузырьке, происходящее в результате адиабатич. сжатия
при его захлопывании: темп-pa внутри пузырька может достигать 104 К, что вызывает термич. возбуждение атомов и молекул газа и пара и свечение пузырька. Интенсивность З. зависит от кол-ва газа в пузырьке, а также от св-в жидкости, газа и интенсивности звука (рис. 2).
Рис. 1. Свечение поля кавитации перед малым ферритовым преобразователем, работающим на частоте 25 кГц.
Рис. 2. Зависимость интенсивности люминесценции (выраженной в относительных ед.) от интенсивности звука Г (в относительных ед.).
Существуют и др. механизмы, к-рые могут вносить определ. вклад в З., напр, хемилюминесценция.
К. А. Наугольных.
ЗЕЕБЕКА ЭФФЕКТ, возникновение электродвижущей силы в электрич. цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между к-рыми имеют разл. темп-ру. Открыт в 1821 нем. физиком Т. И. Зеебеком (Th. J. Seebeck). См. Термоэдс.
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ, расщепление уровней энергии и спектр. линий атома и др. ат. систем в магн. поле. Открыт в 1896 голл. физиком П. Зееманом (P. Zeemaii) при исследовании свечения паров натрия в магн. поле. Под действием магн. поля уровни энергии расщепляются на зеемановские подуровни; при переходах между подуровнями уровней ξi и ξk вместо одной спектр. линии появляется неск. поляризованных компонент. Для одиночных спектр. линий в направлении, перпендикулярном направлению напряжённости магн. поля Н (рис. 1), наблюдается зеемановский триплет — несмещённая относительно первичной линии p-компонента, поляризованная в направлении Н, и две симметричные относительно неё s-компоненты, поляризованные перпендикулярно Н (простой, или нормальный, З. э., рис. 2).
Рис. 1. Схема наблюдения эффекта Зеемана: И — источник излучения, расположенный между полюсами магнита М; линзы Л, поляроиды П, пластинка в 1/4 Длины волны l служат для определения хар-ра поляризации; С — спектрометр.
Для дублетов и мультиплетов высших порядков наблюдается сложная картина расщепления: появляется неск. равноотстоящих друг от друга p-компонент и две симметричные относительно них группы s-компонент (аномальный, или сложный, З. э.).
Рис. 2. Простой эффект Зеемана: а — без поля (n0 — частота, соответствующая исследуемой неполяризованной спектр. линии); б — зеемановский триплет (направление наблюдения перпендикулярно полю); в — s-компоненты (при наблюдении вдоль поля). Стрелками показано направление поляризации, n1 и n2 — частоты s-компонент.
Величина расщепления пропорц. Н и относительно мала (для Н ~20 кЭ она порядка десятых долей А). В сильных магн. полях (полях, вызывающих расщепление порядка мультиплетного и выше) вместо сложного З. э. наблюдается зеемановский триплет (Пашена — Бака эффект).
З. э. обусловлен наличием у квант. системы (напр., атома) магн. момента m, к-рый связан с механич. моментом М атома и может ориентироваться в пр-ве лишь определ. образом. Число возможных ориентации момента m равно степени вырождения уровня энергии. Каждой проекции (mH магн. момента m на направление Н соответст-
199
вует своя дополнит. энергия Dξ=-mHH, что приводит к снятию вырождения — уровень расщепляется. Т. к. mH принимает значения mH=gmБm (где g— Ланде множитель, mБ— магнетон Бора, m — магн. квантовое число), то значения Dξ=gmБHm для разл. m различны. Расстояние между соседними подуровнями d=-gmБH=gDξ0, где Dξ0=mБН — величина норм. расщепления. Если для уровней ξi и ξk расщепление одинаково (gi=gk), то наблюдается зеемановский триплет, если gi¹gk,— сложный З. э.
Исследование картины зеемановского расщепления важно для изучения тонкой структуры атомов и др. ат. систем. Наряду с квант. переходами между зеемановскими подуровнями, принадлежащими разл. уровням энергии (З. э. на спектр. линиях), можно наблюдать магн. квант. переходы между подуровнями одного уровня энергии. Такие переходы происходят под действием излучения с частотами n=d/h (h — Планка постоянная), лежащими, как правило, в СВЧ диапазоне эл.-магн. волн. Это приводит к эффекту избират. поглощения радиоволн в парамагн. в-вах, помещённых в магн. поле,— к электронному парамагнитному резонансу. На основе этого эффекта созданы устройства квантовой электроники, в т. ч. приборы для прецизионного измерения слабых магн. полей (квантовые магнетометры).
З. э. наблюдается и в мол. спектрах, однако его наблюдение и расшифровка представляют большие трудности вледствие сложной картины расщепления и перекрытия в них спектр. полос. З. э. можно наблюдать и в спектрах кристаллов (обычно в спектрах поглощения). • См. лит. при ст. Атом, Молекула.
ЗЕМНОЙ МАГНЕТИЗМ (геомагнетизм), 1) магнитное поле Земли. 2) Раздел геофизики, изучающий распределение в пр-ве и изменения во времени магн. поля Земли, а также связанные с ним физ. процессы в Земле и в атмосфере. В каждой точке пр-ва геомагн. поле характеризуется вектором напряжённости Т, величина и направление к-рого определяются тремя составляющими X, Y, Z (северной, восточной и вертикальной) в прямоуг. системе координат (рис.) или тремя элементами З. м.: горизонтальной составляющей напряжённости Н, магн. склонением D (угол между Н и плоскостью геогр. меридиана) и магн. наклонением I (угол между Т и плоскостью горизонта). Существование у Земли магн. поля (т. н. основного, или постоянного, поля, его вклад ~99%) объясняют процессами, протекающими в жидком металлическом ядре Земли (см. Динамо-эффект). Осн. поле до
высот ~3Rзем (Rзем— радиус Земли) имеет дипольный хар-р, но на больших высотах структура ноля значительно сложнее (см. Магнитосфера). Магн. полюсы Земли (точки, где Н= 0) не совпадают с её геогр. полюсами — дипольный магн. момент Земли, равный 8•1025 ед. СГС, образует с осью вращения Земли угол 11,5°. Напряжённость геомагн. поля Т убывает от магн.
Составляющие магнитного поля Земли.
полюсов к магн. экватору (линии, где /=0) от 55,7 до 33,4 А/м (от 0,70 до 0,42 Э). Осн. магн. поле испытывает лишь медленные вековые изменения (вариации). В разные геол. эпохи геомагн. поле имело разл. полярность, т. е. с периодом от сотен тыс. лет до десятков млн. лет происходит переполюсовка осн. магн. поля Земли. Переменное геомагн. поле (~1%), порождаемое токами в магнитосфере и ионосфере, более неустойчиво. Наблюдаются периодич. солнечно-суточные и лунно-суточные магн. вариации соответственно с амплитудами 30—70 g и 1 — 5 g (1g=10-5 Э). Обтекание магнитосферы плазмой солнечного ветра с переменными плотностью и скоростью заряж. ч-ц, а также прорывы ч-ц в магнитосферу приводят к изменению токовых систем в магнитосфере и ионосфере. Токовые системы в свою очередь вызывают в околоземном косм. пр-ве и на поверхности Земли колебания геомагн. поля в широком диапазоне частот (от 10-5 до 102 Гц) и амплитуд (от 10-3 до 10-7 Э). Сильные возмущения магнитосферы — магн. бури — сопровождаются появлением в верх. атмосфере Земли полярных сияний, ионосферных возмущений, рентг. и НЧ излучений.
• Яновский Б. М., Земной магнетизм, 4 изд., Л., 1978; С т е й с и Ф. Д., Физика Земли, пер. с англ., М., 1972.
ЗЕРКАЛО АКУСТИЧЕСКОЕ, гладкая поверхность, линейные размеры к-рой велики по сравнению с длиной волны l падающего звука, формирующая регулярное отражение звук. волн. Поверхность считается гладкой, если шероховатости её меньше l/20. Св-ва акустич. З. характеризуются коэфф. отражения, к-рый определяет энергию отражённой волны, и формой его поверхности, к-рая обусловливает вид отражённой волны. З. а. применяются для изменения направления распространения и фокусировки звука. Напр., плоское З. а. изменяет лишь направление распространения волны, а коническое изменяет не только направление распространения, но и вид отражённой волны. Параболоидное З. а. изменяет направление и вид плоской волны, превращая её в сходящуюся сферич. волну, а эллипсоидное изменяет только направление распространения волны, преобразовывая расходящуюся сферич. волну в сходящуюся в др. фокусе сферич. волну.
• Каневский И. Н., Фокусирование звуковых и ультразвуковых волн, М., 1977.
И. Н. Каневский.
ЗЕРКАЛО ОПТИЧЕСКОЕ, тело, обладающее полированной поверхностью правильной формы, способной отражать световые лучи с соблюдением равенства углов падения и отражения, и образующее изображения оптические предметов (в т. ч. источников света), положение к-рых может быть определено по законам геометрической оптики.
Наиболее распространены плоские З. о. В оптических системах применяются также выпуклые и вогнутые З. о. со сферич., параболоидальными, эллипсоидальными, тороидальными и др. отражающими поверхностями. Кач-во З. о. тем выше, чем ближе форма его поверхности к математически правильной. Микронеровности отражающих поверхностей З. о. должны быть малы по сравнению с длиной световой волны (см. Отражение света). Максимально допустимая величина микронеровностей поверхностей определяется назначением З. о. Так, для астр. приборов она не должна превышать 0,1 наименьшей длины волны падающего на З. о. излучения, в то время как для прожекторных или конденсорных З. о., отражающих большие световые потоки, она может быть в 10—100 раз больше.
Неплоские З. о. обладают всеми присущими оптич. системам аберрациями, кроме хроматических (см. Аберрации оптических систем). Плоское З. о.— единственная оптич. система, к-рая даёт полностью безаберрац. изображение (всегда мнимое) при любых падающих на него пучках света.
Рис. 1. Схема зеркала с параболоидальной поверхностью; l — предмет; l' — изображение предмета.
Положения предмета и его изображения, даваемого З. о. со сферич., параболоидальной или др. поверхностью, имеющей ось симметрии, связаны с радиусом кривизны r З. о, в его вершине О (рис. 1) соотношением: l/s+l/s' = 2/r, где s — расстояние от вершины З. о. до предмета А, s' — рас-
200
стояние до изображения А'. Эта ф-ла строго справедлива лишь в предельном случае бесконечно малых углов, образуемых лучами света с осью З. о.; однако она явл. хорошим приближением и при конечных, но достаточно малых углах. Если предмет находится на бесконечно большом расстоянии, то
s' равно фокусному расстоянию З. о.: s'=f'=r/2. Фокальная плоскость (см. Фокус) расположена на расстоянии r/2 от вершины З. о.
Рис. 2. Спектральные коэфф. отражения металлич. плёнок.
З. о. должно иметь высокий отражения коэффициент. Большими коэфф. отражения обладают металлич. поверхности: алюминиевые — в УФ, видимом и ИК диапазонах, серебряные — в видимом и ИК, золотые — в ИК. Отражение от любого металла сильно зависит от длины волны К света: с её увеличением коэфф. отражения возрастает для нек-рых металлов до 99% (рис. 2).
Коэфф. отражения у диэлектриков значительно меньше, чем у металлов (стекло с показателем преломления n=1,5 отражает всего 4%). Однако, используя интерференцию света в многослойных комбинациях прозрачных диэлектриков, можно получить отражающие (в относительно узкой области спектра) поверхности с коэфф. отражения более 99% не только в видимом диапазоне, но и в УФ, что невозможно получить от З. о. с металлич. поверхностями. Диэлектрич. З. о. состоят из большого числа (13—17) слоев диэлектриков попеременно с высоким и низким п. Оптическая толщина каждого слоя составляет l/4 (см. Оптика тонких слоев). Нечётные слои делаются из материала с высоким n (напр., из сульфидов цинка, сурьмы, окислов титана, циркония, гафния, тория), а чётные — из материала с низким n (фторидов магния, стронция, двуокиси кремния). Коэфф. отражения диэлектрич. З. о. зависит не только от l, но и от угла падения излучения. Наиболее распространённый способ изготовления З. о.— нанесение отражающих металлич. или диэлектрич. покрытий на полированную стеклянную поверхность катодным распылением или испарением в вакууме.
З. о., применяемые самостоятельно и в сочетании с линзами, образуют
обширную группу зеркальных и зеркально-линзовых приборов. Безаберрационность плоских З. о. позволила широко использовать их для поворота светового пучка, автоколлимации, переворачивания изображений и т. д. Плоские З. о. используются также в зеркальной развёртке оптической и скоростной киносъёмке; З. о. входят в состав точнейших измерит. приборов, напр. интерферометров. С созданием лазеров З.о. стали применяться в кач-ве отражающих плоскостей, оптических резонаторов. Отсутствие хроматин, аберраций в З. о. обусловило использование их в телескопах, монохроматорах (особенно ИК излучения) и во многих др. приборах.
• Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., ч. 2, М.— Л. 1952; Слюсарев Г. Г., Методы расчета оптических систем, 2 изд., Л., 1969.
В. Н. Рождественский.
ЗЕРКАЛЬНОЕ ОТРАЖЕНИЕ света, см. в ст. Отражение света
ЗЕРКАЛЬНОЙ СИММЕТРИИ ПРАВИЛО, то же, что Лёвшина правило.
ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЕ СИСТЕМЫ (катадиоптрические системы), оптич. системы, содержащие отражающие (зеркала оптические) и преломляющие поверхности (линзы). В нек-рых З.-л. с. зеркала выполняют чисто конструктивные функции (изменение направления светового пучка, уменьшение габаритов прибора и т. п.), не
Оптич.схемы зеркально-линзовых систем с линзовыми компенсаторами ЛК аберраций: а — сверхсветосильный объектив с большим углом зрения (до 30°) для фотосъемки движущихся небесных тел; б — телескоп с параболоидальным зеркалом, в — система с параболоидальным большим зеркалом и сферическим малым зеркалом З.
влияя на кач-во изображения. Примером таких систем могут служить зеркально-линзовые конденсоры микроскопов. В других случаях зеркала играют осн. роль в образовании изображений, а линзы служат гл. обр. для исправления аберраций, вносимых зеркалами (см. Аберрации оптических систем). Оптич. св-ва зеркал не меняются при изменении длины волны падающего света (т. е. зеркала ахроматичны), поэтому З.-л. с. широко применяются в случаях, когда оптич. система должна обладать большим фокусным расстоянием и большим диаметром (напр., объективы телескопов).
Одна из осн. областей применения З.-л. с.— астрономия. Сочетание зеркал разной формы и разл. комбинаций линзовых компенсаторов позволило
создать З.-л. с. с большим углом зрения и светосилой (рис., а, б), уменьшить длину астр. и фотогр. приборов (рис., в).
З.-л. с. используются в кач-ве светосильных фотогр. объективов и телеобъективов. У этих систем сравнительно небольшое поле зрения, однако их разрешающая способность выше, чем у линзовых объективов с такими же хар-ками.
З.-л. с. применяются при конструировании объективов микроскопов. Такие объективы обычно взаимозаменяемы с линзовыми, но обладают рядом преимуществ, особенно при исследовании в УФ лучах. В микроскопах также широко используется осветительная З.-л. с.— конденсор.
Ахроматичность и высокий коэфф отражения зеркал в широкой спектр области обусловили использование
З.-л. с. и в др. приборах, работающих в УФ и ИК областях спектра (в частности, в спектральных приборах).
• См. лит. при ст. Зеркало оптическое, Линза.
ЗЕРКАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ, антенны, в к-рых формирование диаграммы направленности осуществляется с помощью отражающих поверхностей — зеркал. Их появление восходит к классическим экспериментам нем. физика Г. Герца, применившего в 1888 в кач-ве фокусирующего зеркала параболич. цилиндр. З. а. состоит из одного или неск. облучателей и одного зеркала или системы зеркал. Используются параболич., эллиптич., гиперболич., сферич., плоские
зеркала и их комбинации, а также параболич цилиндр, сегментно-параболич. цилиндр параболич. тор и т. п. (рис. 1).
Наиболее распространены однозеркальные антенны, облучаемые из фокуса / или из фокальной линии. В простейших многозеркальных антеннах используется параболич. зеркало и конфокальный с ним гиперболоид или эллипсоид, другой фокус к-рого расположен на поверхности гл. параболич. зеркала (рис. 2). К З. а относятся также перископические антенны (рис. 3, а) и антенны переменного профиля Хайкина — Кайдановского (рис. 3, б). К З. а. относятся также рупорно-параболические антенны и антенны типа раковины.
З. а. широкодиапазонны, позволяют формировать различные (в т. ч. весьма узкие) диаграммы направленности и осуществлять как механич , так и электрич. сканирование. Они обладают большим усилением и малыми потерями, их шумовая темп-ра
201
Рис. 1. Элементы зеркальных антенн.
Рис. 2. Двухзеркальные антенны: вверху — антенна Кассегрена; внизу — антенна Грегори.
Рис. З. а — перископич. антенна; б — антенна перем. профиля.
может быть очень низкой. Всё это обусловило их широкое использование в радиоастрономии, косм. радиосвязи и радиолокации и т. д.
• См. лит. при ст. Антенна.
Н. М. Цейтлин.
ЗЕРКАЛЬНЫЕ ЯДРА, два атомных ядра, отличающихся тем, что при одинаковом числе нуклонов число нейтронов в одном из них равно числу протонов во втором. Примеры З. я.:
31Н—32Не,73Li—74Be, 146С—148О. З. я. являются членами одного изоспинового мультиплета. Вследствие изотопической инвариантности яд. сил (независимости яд. сил от заряда взаимодействующих нуклонов) массы З. я. отличаются друг от друга только за счёт кулоновской энергии отталкивания протонов и разности масс нейтрона и протона. Это соотношение выполняется с хорошей точностью (порядка 0,1%).
ЗИВЕРТ (Зв), в СИ наименование единицы эквивалентной дозы излучения, рекомендованное 16-й Генеральной конференцией по мерам и весам (1979). 1Зв=1 Дж/кг=102 бэр.
ЗОНА МОЛЧАНИЯ в акустике (зона акустической тени), область, в к-рой звук от удалённых мощных источников (орудийная стрельба, взрыв и т. д.) не слышен, в то время как на больших расстояниях от источника он снова появляется (т. н. зона аномальной слышимости). З. м. обычно имеют на земной поверхности форму неправильного кольца, окружающего источник звука. Иногда наблюдаются две и даже три З. м., разделённые зонами аномальной слышимости. Внутр. радиус 1-й З. м. обычно равен 20— 80 км, иногда он достигает 150 км; внеш. радиус может достигать 150— 400 км. Причиной образования З. м. явл. рефракция звука в атмосфере. Аналогичное явление наблюдается часто и при распространении звука (УЗ) в океане (см. Гидроакустика).
• X р г и а н А. X., Физика атмосферы, 2 изд., т. 1—2, Л., 1978; Толстой И., К л е й К. С., Акустика океана, М., 1969, гл. 5.
ЗОНД АКУСТИЧЕСКИЙ, устройство для измерения звукового давления в заданной точке звук. поля, обеспечивающее мин. искажения поля, вызванные самим процессом измерения. З. а. представляет собой тонкую трубку А (рис.) или тв. стержень, изолированный от окружающей среды, один конец к-рого вводится в исследуемую область звук. поля, а второй соединяется с приёмником звука D.
Для исключения резонансных явлений и осуществления режима бегущей волны за приёмником к трубке (стержню) присоединяется длинный звукопровод В, обладающий
значит. поглощением. З. а. применяются для измерений в малых объёмах и труднодоступных местах. • Беранек Л., Акустические измерения, пер. с англ., М., 1952; Блинова Л. П., Колесников А. Е., Ланганс Л. Б., Акустические измерения, М., 1971.
И. П. Голямина.
ЗОННАЯ ПЛАСТИНКА Френеля (пластинка Сорэ), в простейшем случае стеклянная пластинка, состоящая из системы чередующихся прозрачных и непрозрачных концентрич. колец, построенных по принципу расположения ион Френеля. З. п. явл. по существу дифракционной решёткой. З. п. (рис.)
делит падающую на неё волну на кольцевые зоны, ширина к-рых подобрана так, чтобы расстояние от краёв зоны до точки наблюдения F, наз. фокусом З. п., изменялось на половину длины волны l: NF-MF=l/2, при этом фазы волн, приходящих в F из соответствующих точек N и М соседних зон, противоположны. Если между точечным источником света и точкой наблюдения расположить З. п. с к прозрачными кольцами, соответствующими нечётным зонам Френеля (чётные зоны — непрозрачные), то действие всех выделенных (прозрачных) зон сложится и амплитуда колебаний в точке наблюдения возрастёт в 2k раз; то же произойдёт, если прозрачными будут чётные зоны, но фаза суммарной волны будет иметь противоположный знак. Если на стеклянную пластинку вместо непрозрачного слоя нанести прозрачный слой, вызывающий сдвиг фазы на l/2, то интенсивность света в точке наблюдения возрастёт в 4k раз.
Примером З. п. может служить голограмма точечного источника; особенностью голограммы как З. п. явл. то, что переход от тёмного поля к светлому осуществляется не скачком, а плавно, прибл. по синусоидальному закону.
Для оптич. излучения с длиной волны l З. п. действует как положительная линза, но хроматическая аберрация такой системы приблизительно в 20 раз больше, чем у линз из стекла типа «крон». Аналогичные устройства могут быть созданы и в диапазоне радиоволн, где благодаря значительно большим длинам волн реализация описанного принципа упрощается и оказывается возможным создание направленных излучателей типа зонных антенн.
Л. Н. Капорский.
202
ЗОННАЯ ТЕОРИЯ твёрдых тел, квантовая теория энергетич. спектра эл-нов в кристалле, согласно к-рой этот спектр состоит из чередующихся зон (полос) разрешённых и запрещённых энергий. З. т. объясняет ряд св-в и явлений в кристалле, в частности разл. хар-р электропроводности тв. тел. Основы З. т. созданы нем. физиком Ф. Блохом (1928) и франц. физиком Л. Бриллюэном (1930).
В основе З. т. лежит т. н. о д н о э л е к т р о н н о е п р и б л и ж е н и е, базирующееся на след. упрощениях: 1) ат. ядра в узлах идеальной крист. решётки неподвижны (их масса велика по сравнению с массой эл-нов). 2) Эл-н движется в поле периодич. потенциала U(r) (r — пространств. координата точки), к-рое складывается из полей, создаваемых ядрами и остальными эл-нами. 3) Это периодич. поле обладает трансляц. инвариантностью:
U(r+an)=U(r), (1)
где аn — вектор n-го узла решетки. В такой модели для волн. ф-ции y эл-на в решётке выполняется теорема Блоха:
yk(r)=uk(r)expkr, (2)
где uk(r+a)=uk(r), k — волновой вектор эл-на. Это означает, что yk(r) имеет вид волн. ф-ции свободного эл-на, амплитуда к-рой промодулирована в пр-ве с периодом решётки.
Спектр энергии 8 эл-нов можно определить, подставляя волн. ф-цию в виде (2) в стационарное Шредингера уравнение и вводя те или иные граничные условия. Решение ур-ния даёт энергетич. спектр в виде серии полос разрешённых энергий ξl(k) (l — номера разрешённых зон), разделённых полосами запрещённых энергий. Из (1) следует, что ξl(k+b)=ξl(k), где b — вектор обратной решётки. Следовательно, ξl(k) — периодич. ф-ция с периодом b. Физически разл. значения k заключены внутри первой Бриллюэна зоны.
В соответствии с З. т. движение эл-на в решётке сходно с движением эл-на в свободном пр-ве, однако фактически носит туннельный хар-р. Квазиимпульс эл-на в ре-щётке p=hk отличен от импульса свободного эл-на. Для него выполняются законы сохранения, справедливо ур-ние движения dp!dt=F (F — внеш. сила). Эл-н в кристалле оказывается квазичастицей с эффективной массой m*, отличной от массы свободного эл-на m0. Энергия эл-на явл. ф-цией квазиимпульса ξ(р).
Энергетич. структура каждой зоны описывается ф-цией ξ(р), наз. дисперсии законом. Есть два осн. способа описывать энергетич. структуру зоны: 1) пусть координаты рх, ру и рz фиксированы, тогда ξ(рx) — кривая на плоскости (ξ, рх) (дисперсионная кривая, рис. 1). Повторяя эту операцию для (ξру) и (ξрг)
получим набор дисперс. кривых, полностью характеризующих ф-цию ξ(p). 2) Можно фиксировать какое-то значение энергии в к.-л. зоне ξl(p)=const. Это ур-ние поверхности в трёхмерном р-пространстве (изоэнергетич. поверхность). Изменяя константу, получим семейство изоэнергетич. поверхностей, характеризующих закон дисперсии. Изоэнергетич. поверхности обладают симметрией, связанной с симметрией кристаллов.
Физически происхождение зонной структуры энергетич. спектра эл-нов в кристалле связано с образованием
Рис. 1. Дисперсионные кривые ξl(рх) и ξl-1(px) при фиксированных pу и pz: ξс — дно l+1-й зоны (зоны проводимости), ξv — потолок l-той зоны (валентной зоны); ξg — ширина запрещённой зоны; заштрихованные области — уровни, заполненные эл-нами и дырками.
кристалла из N атомов, каждый из к-рых в свободном состоянии обладает дискретным электронным энергетич. спектром. При объединении N атомов в кристалл последний можно трактовать как гигантскую молекулу, в к-рой эл-ны всех атомов обобществлены и к-рую следует рассматривать как единую квантовомеханич. систему. В кристалле каждый из ат. уровней превращается в полосу, состоящую из N уровней (или с учётом спина — из 2N уровней), к-рая явл. разрешённой зоной ξl(p). Если на атом приходится Z эл-нов, то полное число эл-нов в кристалле равно NZ; они занимают уровни разрешённых зон начиная снизу, пока не будут полностью исчерпаны. Изоэнергетич. поверхность, соответствующая Ферми энергии: ξ(p)=ξF, наз. Ферми поверхностью. Ниж. зоны (довольно узкие) будут целиком заполнены эл-нами внутр. оболочек атомов. Заполнение эл-нами разрешённых энергетич. уровней происходит в соответствии с Ферми — Дирака распределением.
Хотя структура энергетич. зоны дискретна, уровни весьма близки (квазинепрерывны). Для описания распределения энергетич. уровней в зоне n(ξ) часто вводят ф-цию плотности состояний (уровней) g(ξ)=dn/dξ — число уровней на единичный энергетич. интервал. Вид ф-ции g(ξ) зависит от закона дисперсии. В простейшем случае, когда
ξ(р)=р2/2m*, то g(ξ)=Aξ1/2, где А=(1/4p2) (2m*/h2)3/2.
Физ. св-ва кристаллов определяются в осн. верхними зонами, ещё содержащими эл-ны. Эиергетич. интервал ξg между «дном» ξc (минимумом энергии) самой верхней ещё содержащей эл-ны зоны и «потолком» ξv (максимумом энергии) предыдущей целиком заполненной зоны, наз. запрещённой зоной (хотя ниже по энергии может быть ещё неск. др. запрещённых и разрешённых зон). Если при T=0 все зоны, содержащие эл-ны, заполнены эл-нами целиком, а следующая «пустая» разрешённая зона отделена от данной достаточно широкой запрещённой зоной, то кристалл явл. диэлектриком (напр., у алмаза ξg~5 эВ); если ξg£3 эВ, то — полупроводником. Если верхняя содержащая эл-ны зона заполнена эл-нами частично, то это металл. Возможно частичное перекрытие разрешённых зон или смыкание их (полуметаллы, бесщелевые полупроводники).
Внеш. воздействия (повышение темп-ры, облучение, напр. светом, или сильные внеш. электрич. поля) могут вызвать переброс эл-нов через запрещённую зону. В результате появляются «свободные» носители заряда (эл-ны проводимости и дырки), осуществляющие проводимость.
В ПП изоэнергетич. поверхность в зоне проводимости в простейшем случае явл. сферой или эллипсоидом. В более сложных случаях изоэнергетич. поверхность может быть многосвязной, напр. в виде совокупности эллипсоидов, «нанизанных» своими длинными осями на оси симметрии изоэнергетич. поверхности (рис. 2); для Ge их 8, для Si — 6. В этом случае в зоне проводимости есть неск. эквивалентных минимумов энергии. Области энергии в зоне проводимости вблизи каждого из минимумов наз. долинами, а ПП с неск. эквивалентными минимумами — многодолинными. В условиях равновесия эл-ны распределяются между долинами поровну.
Рис. 2. Эллипсоиды пост. энергии в Si.
При включении в данном направлении внеш. электрич. поля долины проявляют себя неэквивалентно из-за различий в величине эфф. масс и подвижностей эл-нов в разл. направлениях. Аналогичные эффекты имеют место и при воздействии одностороннего давления. Следствием
203
этой неэквивалентности может быть, в частности, анизотропия электропроводности, оптич. св-в и т. п.
Локальные нарушения идеальности решётки (примесные атомы, вакансии и др. дефекты) могут вызвать образование разрешённых локальных уровней и локальных зон внутри запрещённых зон. Применение З. т. возможно и в этом случае, и даже в случае аморфных тв. тел, хотя требует нек-рых модификаций (см. Неупорядоченные системы).
• См. лит. при ст. Твёрдое тело.
ЗОНЫ ФРЕНЕЛЯ, участки, на к-рые разбивают поверхность фронта световой волны для упрощения вычислений при определении амплитуды волны в заданной точке пр-ва. Метод З. Ф. используется при рассмотрении задач о дифракции волн в соответствии с Гюйгенса — Френеля принципом. Рассмотрим распространение монохроматической световой волны из точки Q(источник) в к.-л. точку наблюдения Р (рис.).
Согласно принципу Гюйгенса — Френеля, действие источника Q заменяют действием воображаемых источников, расположенных на вспомогат. поверхности S, в кач-ве к-рой выбирают поверхность фронта сферич. волны, идущей из Q. Далее поверхность S разбивают на кольцевые зоны так, чтобы расстояния от краёв зоны до точки наблюдения Р отличались на l/2: Ра=РО+l/2; Рb=Ра+l/2; Рс=Рb+l/2 (О — точка пересечения поверхности волны с линией PQ, l — длина волны). Образованные т. о. равновеликие участки поверхности S наз. З. Ф. Участок Оа сферич. поверхности S наз. первой З. Ф., аb — второй, bc — третьей З. Ф. и т. д. Радиус m-й З. Ф. в случае дифракции на круглых отверстиях и экранах определяется след. приближённым выражением (при ml<<r0):
где R — расстояние от источника до отверстия, r0 — расстояние от отверстия (или экрана) до точки наблюдения. В случае дифракции на прямолинейных структурах (прямолинейный край экрана, щель) размер m-й З. Ф. (расстояние внеш. края зоны от линии, соединяющей источник и точку наблюдения) приближённо равен Ö(mr0l).
Волн. процесс в точке Р можно рассматривать как результат интерференции волн, приходящих в точку наблюдения от каждой З. Ф. в отдельности, приняв во внимание, что амплитуда колебаний от каждой зоны медленно убывает с ростом номера зоны, а фазы колебаний, вызываемых в точке Р смежными зонами, противоположны. Поэтому волны, приходящие в точку наблюдения от двух смежных зон, ослабляют друг друга; амплитуда результирующего колебания в точке Р меньше, чем амплитуда, создаваемая действием одной центр. зоны.
Метод разбиения на З. Ф. наглядно объясняет прямолинейное распространение света с точки зрения волн. природы света. Он позволяет просто составить качественное, а в ряде случаев и достаточно точное количеств. представление о результатах дифракции волн при разл. сложных условиях их распространения. Экран, состоящий из системы концентрич. колец, соответствующих З. Ф. (см. Зонная пластинка), может дать, как и линза, усиление освещённости на оси или даже создать изображение. Метод З. Ф. применим не только в оптике, но и при изучении распространения радио- и звук. волн.
Л. Н. Капорский.
см. Диафрагма в оптике.
ЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА, оптич. прибор для визуального наблюдения за удалёнными предметами (подзорная труба, телескоп, бинокль, перископ и т. п.). З. т. известны с кон. 16 — нач. 17 вв. В 1609 З. т. 20-кратного увеличения построил и впервые применил для астр. исследований итал. учёный Г. Галилей. Отличный от галилеевского тип З. т. предложил в 1610—11 нем. астроном И. Кеплер. Простейшая З. т. состоит из объектива l1 и окуляра L2 (рис.). Объектив
l1 — собирающая система — даёт действительное уменьшенное и перевёрнутое изображение предмета, к-рое находится в фокальной плоскости объектива EF. Расходящийся пучок лучей от точки Е падает на окуляр L2, передняя фокальная плоскость к-рого
Ход лучей: а — в трубе Кеплера; б — в трубе Галилея; f1 и f2 — фокусные расстояния объектива и окуляра; w — угол, под к-рым виден предмет без зрит. трубы; w' — угол, под к-рым наблюдается изображение предмета в трубе; tgw'/tgw — угл. увеличение трубы.
также совмещена с плоскостью EF; поэтому выходящий из З. т. пучок параллелен побочной оптич. оси окуляра. В наиболее употребительных З. т. типа Кеплера (рис., а) окуляр также явл. собирающей системой и даваемое им изображение оказывается перевёрнутым. Такие З. т. применяются, напр., в астрономии, геодезии, где ориентация изображения безразлична. Для получения прямого изображения между объективом и окуляром З. т. Кеплера помещают оборачивающую систему — призмениую или линзовую. Окуляры совр. кеплеровских З. т. обладают большим полем зрения, доходящим до 90 —100°. З. т. Галилея (рис., б) даёт прямое изображение. Её окуляром служит рассеивающая линза L2, располагаемая перед плоскостью промежуточного действит. изображения, даваемого объективом. Подобные З. т. обладают малым углом зрения и употребляются редко (гл. обр. в театральных биноклях). Угловое увеличение оптическое З. т. для наземных наблюдений — не выше неск. десятков, в больших телескопах — до 500 и выше. Предел значений увеличения определяется дифракционными явлениями и турбулентностью атмосферы.
• Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., т. 1 — 2, М.—Л., 1948—52.
Г. Г. Слюсарев.