ЖЁСТКОПЛАСТИЧЕСКОЕ ТЕЛО, абстрактная (математическая) модель деформируемого тв. тела, основанная на возможности пренебречь в ряде случаев упругими деформациями тела но сравнению с пластическими. Реальное тв. тело можно рассматривать как Ж. т., если пластич. деформации не ограничены упругими деформациями окружающих частей тела (напр., при образовании шейки в образце при растяжении). В противном случае пластич. деформирование явл. стеснённым (напр., в толстостенной трубе под действием внутр. давления её внутр. часть находится в пластич. состоянии, а внешняя испытывает упругие деформации, ограничивающие величину пластич. деформаций), и понятие Ж. т. не оправдано.
Модель Ж. т. даёт идеализиров. представление о таких св-вах материалов, как пластич. течение, упрочнение, анизотропия и др.
ЖЁСТКОСТЬ, мера податливости тела деформации при заданном типе нагрузки: чем больше Ж., тем меньше деформация. В сопротивлении материалов и теории упругости Ж. характеризуется коэффициентом (или суммарным внутр. усилием) и характерной деформацией упругого тв. тела. В случае растяжения-сжатия стержня Ж. наз. коэфф. ES в соотношении e=P/(ES) между растягивающей (сжимающей) силой Р и относит. удлинением к стержня (5 — площадь поперечного сечения, Е — модуль Юнга, см. Модули упругости). При деформации кручения круглого стержня Ж. наз. величина GIр, входящая в соотношение q=M/GIp, где G — модуль сдвига, Iр — полярный момент инерции сечения, М — крутящий момент,
q — относит. угол закручивания стержня. При изгибе бруса Ж. EI входит в соотношение c=М/Е1 между изгибающим моментом М (моментом норм. напряжений в поперечном сечении) и кривизной c изогнутой оси бруса (/ — осевой момент инерции поперечного сечения). В теории пластинок и оболочек пользуются понятием цилиндрич. Ж.: D = Eh3 12(1-v2), где h — толщина пластинки (оболочки), v — Пуассона коэфф. Ж. определяется также для нек-рых сложных конструкций.
В. С. Ленский.
ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ, жидкости, уд. электрич. сопротивление к-рых превышает 1010 Ом•см. В электрич. поле Ж. д. (как и тв. диэлектрики) характеризуются диэлектрич. проницаемостью и диэлектрическими потерями; в сильных полях в них происходит пробой. Носители заряда в Ж. д.— ионы. Ж. д. играют важную роль в электротехнике как электроизоляц. материалы. Они обладают более высокими электрич. прочностью, диэлектрич. проницаемостью e и теплопроводностью по сравнению с воздухом и др. газами при атм. давлении. Особенность Ж. д.: в импульсном электрич. поле их электрическая прочность возрастает как t-1/3 при длительности импульса t<l мкс.
В кач-ве Ж. д. применяются нефтяные масла (смеси углеводородов с e~2,2—2,4 и с малым углом d диэлектрич. потерь, у к-рых после очистки и при норм. темп-ре tgd<0,001). Хлориров. углеводороды с несимметричным строением молекул (в СССР — «совол» и «совтол») явл. полярными диэлектриками с e~3—6. Широко применяются также синтетич. Ж. д.— кремнийорганич. и фторорганич. жидкости.
• Валыгин И. Е., Электрическая прочность жидких диэлектриков, М.—Л., 1964; Ахадов Я. Ю., Диэлектрические свойства чистых жидкостей. Справочник, М., 1972; Пикин С. А., Жидкий сегнетоэлектрик, «Природа», 1976, №6.
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ, особое состояние нек-рых органич. в-в, в к-ром они обладают реологич. св-вами жидкости — текучестью, но сохраняют определ. упорядоченность в расположении молекул и анизотропию ряда физ. св-в, характерную для тв. кристаллов. Открыты в 1889 австр. ботаником Ф. Рейницером и нем. физиком О. Леманом. Ж. к. наз. также м е з о ф а з а м и. Число хим. соединений, для к-рых найдены Ж. к., составляет неск. тысяч. Ж. к. образуются при нагревании нек-рых тв. кристаллов (м е з о г е н н ы х): сначала происходит фазовый переход в Ж. к. (в одну или последовательно две или большее число модификаций, см. Полиморфизм) и далее плавление Ж. к. в обычную изотропную жидкость. Каждая мезофаза существует в определ. температурном интервале (т е р м о т р о п н ы е Ж. к.). Теплоты перехода очень малы.
Ж. к. образуют в-ва, молекулы к-рых имеют удлинённую палочкообразную форму, часто с чередованием линейных и циклич. ат. группировок. Такая форма молекул определяет приблизит. параллельность их взаимной укладки, что является осн. признаком структуры Ж. к. Различают три осн. типа Ж. к.: смектические, нематические и холестерические (рис. 1). Наименьшую упорядоченность имеют н е м а т и ч е с к и е Ж. к. Молекулы их параллельны, но сдвинуты вдоль своих осей одна относительно другой на произвольные расстояния (рис. 1,
вверху). Сохраняется ближний порядок в «боковой» упаковке молекул (см. Дальний и ближний порядок). В смектических Ж. к. молекулы параллельны друг другу и расположены слоями (рис. 1, посредине). Структура холестерических Ж. к. похожа на структуру нематических, но отличается от них дополнит. закручиванием молекул в направлении, перпендикулярном их длинным осям (рис. 1, внизу). Шаг такой спиральной «сверхструктуры» может быть очень большим и достигать неск. мкм.
Рис. 1. Типы жидкокрист. структур: вверху — нематических; посредине — смектических; внизу — холестерических.
Пример нематич. Ж. к.— параазоксианизол
существующий в мезофазе в интервале 116—136°С. Обнаружены смектич. Ж. к. нек-рых соединений и их смесей в интервале от -40 до +80°С, что рас-
188
пшряет возможности практич. применения Ж. к.
Пример холестерич. Ж. к.— эфиры холестерина (рис. 2). Большую группу органич. молекул с общей ф-лой
образуют смектич. фазы, иногда испытывающие полиморфные превращения в яематические. Известны соединения, к-рые образуют неск. смектич. мезофаз с разным взаимным расположением молекул в слоях. Оси молекул могут Сыть перпендикулярны плоскости слоев или наклонены к ней, могут образовывать бислой, гексагональную сетку и т. д. Так, бис-(4-Н-октилоксибензилиден)фенилендиамин
имеет четыре смектические и одну нематич. модификации.
Обнаружен также новый тип Ж. к., образуемых дискообразными молекулами, к-рые укладываются в колонки.
Теория Ж. к. основывается на сочетании принципов симметрии кристаллов (в отношении ближайших соседей) с законами статистич. физики. Для описания Ж. к. используются статистич. ф-ции распределения молекул по расстояниям между их центра-
Рис. 3, а. Смектич. палочки, выпадающие из изотропного расплава (тёмный фон) при его охлаждении (увеличение 100—200).
ми масс и направлениям. Параметры распределений позволяют находить рентг. структурный анализ.
Жидкокрист. упорядоченность наблюдается в определ. областях — доменах, размеры к-рых ~102—10-1 мм. Внеш. воздействиями, напр. электрич. или магн. полями, можно ориентировать домены и получать жидкие «монокристаллы». Каждому типу Ж. к. соответствует определ. текстура, причём для нематич. Ж. к. наиб. характерны нитеобразные, а для смектических — палочкообразные, конфокальные и ступенчатые текстуры (рис. 3, а, б, в, г, д).
Рис. 3, б. Конфокальная смектич. текстура.
Нити в нематич. Ж. к. явл. линиями разрыва оптич. непрерывности. Они наз. д и с к л и н а ц и я м и; текстура Ж. к. определяется хар-ром расположения молекул вблизи дисклинаций.
Ж. к. обладают анизотропией упругости, электропроводности, магн. восприимчивости и диэлектрич. проницаемости, оптической анизотропией, сегнетоэлектрическими свойствами и др. Анизотропия магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости приводит к переориентации оптич. оси однородно ориентированных Ж. к. в магн. и электрич. полях. Сочетание анизотропии электропроводности и диэлектрич. проницаемости в легированных Ж. к. приводит к возникновению в тонких слоях Ж. к., помещённых в электрич. поле, пространственно-периодич. структур — дифракц. решёток. При определ. условиях период структуры и интенсивность дифракц. максимумов
Рис. 3, в. Смектич. ступенчатые капли (вид сверху; на каждой округлой ступеньке видны мелкие конфокальные домены).
зависят от напряжения на образце, что может быть использовано при создании управляемых дифракц. решёток. В достаточно сильных электрич. полях первоначально прозрачный образец Ж. к. может сильно рассеивать свет, становясь матово-непрозрачным. Все перечисл. эффекты обратимы — при снятии воздействия образец возвращается в исходное состояние. Исключение составляют смектич. Ж. к., обладающие большой вязкостью.
Рис. 3, г. Нематич. текстура (чёрная S-образная нить — дисклинация).
Рис. 3, д. Холестерич. текстура (в тонком слое в-ва начал расти тв. кристалл, к-рый расплавился при новом нагревании, но прямоугольные его контуры сохранились в текстуре).
Они «запоминают» воздействие надолго. Напр., сжатый (до 1 атм) однородно ориентиров. слой смектич. Ж. к. прозрачен; при сбросе давления он становится матово-непрозрачным и сохраняет это состояние. Прозрачность слоя восстанавливается при повторном сжатии образца. Этот эффект используется в пневмоавтоматике.
Холестерич. Ж. к. обладают большой оптической активностью (в 102 — 103 выше, чем у органич. жидкостей и тв. кристаллов). Они резко изменяют шаг спиральной структуры и окраску при изменении темп-ры среды на доли градуса, а также при изменении состава среды на доли %.
Кроме термотропных Ж. к., существуют лиотропные Ж. к., образуемые р-рами. Так, нек-рые полипептиды дают р-ры, имеющие винтовую холестерич. структуру. Наиболее сложно устроенные структуры (слоистые, дисковые, шариковые и др.) имеет система мыло — вода. Лиотропные Ж. к. образуют также липидосодержащие комплексы. Лиотропные Ж. к. системы встречаются в живых организмах — в биомембранах, миелине и т. п.
Ж. к. имеют широкое практич. применение, особенно в системах обработки и отображения информации, в к-рых используются электрооптич. св-ва Ж. к. Они применяются также
189
в буквенно-цифровых индикаторах (электронные часы, микрокалькуляторы и т. д.), в различного рода управляемых экранах и пространственно-временных транспарантах, в оптич. затворах и др. светоклапанных устройствах, в оптоэлектронных приборах. Разрабатываются плоские телевиз. экраны на Ж. к. Св-во холестерич. Ж. к. изменять цвет при изменении темп-ры используется в медицине (для определения участков тела с повышенной темп-рой) и в технике (визуализация ИК, СВЧ и др. излучения, контроль кач-ва микроэлектронных схем и т. д.).
• Современная кристаллография, т. 1, М., 1979, т. 4, 1981; Ж е н П. Ж. де, Физика жидких кристаллов, пер. с англ., М., 1977; Блинов Л. М., Электро- и магнитооптика жидких кристаллов, М., 1978; Ч а н д р а с е к а р С., Жидкие кристаллы, пер. с англ., М., 1980; Б е л я к о в В. А., Д м и т р и е н к о В. Е., Орлов В. П., Оптика холестерических жидких кристаллов, «УФН», 1979, т. 127, в. 2; II и к и н С. А., Структурные превращения в жидких кристаллах, М., 1981; Индикаторные устройства на жидких кристаллах, М., 1980.
Б. Н. Вайнштейн, И. Г. Чистяков.
ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ, непрозрачные жидкости, обладающие большими теплопроводностью и электропроводностью, а также др. св-вами, характерными для тв. металлов. Ж. м. явл. все расплавл. металлы и сплавы металлов с рядом металлидов. Нек-рые полуметаллы и полупроводники после плавления становятся Ж. м.: одни — сразу после плавления (Ge, Si, CaSb и др.), другие — при нагревании выше температуры плавления (сплав Fe—Se, PbFe, PbSe, ZnSb и др.). Нек-рые неметаллы (Н, Р, С, В) становятся Ж. м. при высоких давлениях. При атм. давлении и комнатной темп-ре жидким металлом является лишь ртуть (темп-pa плавления -38,9°С).
Носители заряда в Ж. м.— электроны. Для чистых металлов электропроводность при плавлении уменьшается примерно вдвое и при дальнейшем нагревании убывает линейно с темп-рой. Исключение составляют двухвалентные Ж. м.— их электропроводность при повышении темп-ры проходит через минимум. Термоэдс скачком меняется при плавлении, и для многих Ж. м. она пропорц. абс. темп-ре. Коэфф. Холла R (см. Холла эффект) для Ж. м.<0 и может быть приближённо вычислен по ф-ле: R=(nec)-1, где n — электронная концентрация, е — заряд эл-на,
Т. к. теплопроводность металлов пропорц. их электропроводности и темп-ре (см. Видемана — Франца закон), а изменение электропроводности металлов при плавлении относительно мало, то теплопроводности тв. и жидких металлов одного порядка. Нек-рые Ж. м. сочетают значит. теплопроводность с высокой теплоёмкостью. Это позволяет использовать их в кач-ве
теплоносителей. Наиболее изучены жидкие натрий и калий. Они обладают достаточно низкими точками плавления и применяются либо отдельно, либо в виде сплавов для отвода теплоты в ядерных реакторах.
• Ашкрофт Н., Жидкие металлы, пер. с англ., «УФН», 1970, т. 101, в. 3; Межчастичное взаимодействие в жидких металлах, М., 1979.
ЖИДКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ. Плавление мн. крист. полупроводников (Sb2, S3 и др.) сопровождается резким увеличением их электропроводности s до значений, типичных для металлов
Зависимость электропроводности о от температуры Т: а — для Si; б — для HgSe.
(рис., а). Однако для ряда ПП (напр., HgSe, HgTe, Sb2Cl3) характерно сохранение или уменьшение о при плавлении и сохранение ПП хар-ра температурной зависимости а (рис., б). Нек-рые из Ж. п. при дальнейшем повышении темп-ры теряют ПП св-ва и приобретают металлические (напр., сплавы Те—Se, богатые Те). Сплавы же Те—Se, богатые Se, ведут себя иначе, их электропроводность имеет чисто ПП хар-р.
В Ж. п. роль запрещённой зоны играет область энергии вблизи минимума плотности состояний в энергетич. спектре эл-нов. При достаточно глубоком минимуме в его окрестности появляется зона почти локализованных состояний носителей заряда с малой подвижностью (псевдощель). Если при повышении температуры происходит «схлопывание» псевдощели, Ж. п. превращается в металл.
А. Р. Регель.
• Алексеев В. А., Андреев А. А., Прохоренко В. Я., Электрические свойства жидких металлов и полупроводников, «УФН», 1972, т. 106, в. 3; К а т л е р М., Жидкие полупроводники, пер. с англ., М., 1980; Полтавцев Ю. Г., Структура полупроводников в некристаллических состояниях, «УФН», 1976, т. 120, в. 4; Р е г е л ь А. Р., Глазов В. М., Периодический закон и физические свойства
электронных расплавов, М., 1978; их же, Физические свойства электронных расплавов, М., 1980.
ЖИДКОСТНЫЙ ЛАЗЕР, лазер с жидким активным в-вом. Преимущество Ж. л. перед твердотельными лазерами — однородность и возможность циркуляции в нём жидкости с целью её охлаждения. Это позволяет получить большие энергии и мощности излучения в импульсном и непрерывном режимах. В первых Ж. л. (1964—65) использовались р-ры редкоземельных (РЗ) хелатов — комплексных соединений, в к-рых активными явл. ионы РЗ элементов. Свет накачки поглощается окружающими РЗ атомами, обладающими широкими полосами возбуждения. Энергия, поглощённая этими атомами, быстро передаётся центральному РЗ иону (Nd, Eu), т. к. электронные облака РЗ иона и окружающих его атомов перекрываются. Большие времена жизни метастабильных уровней Eu и Nd позволяют достичь порога генерации. Однако хелаты не нашли применения в Ж. л. вследствие малой излучаемой ими энергии и их недостаточной хим. стойкости. На смену им пришли лазеры на красителях и на неорганич. жидкостях (смесь Nd с оксихлоридом фосфора и тетрахлоридом олова и др., рис.), их кпд ~2 — 5%. Ж. л., работающие на неорганических активных жидкостях, излучают большую энергию при значит. ср. мощности. При этом они генерируют излучение с узким спектром частот.
Один из активных центров в неорганической лазерной жидкости (POCl3— SnCl4 —Nd3+ ). Ядром комплекса явл. ион Nd, ближайшее окружение к-рого со стоит из восьми атомов кислорода. Кислород связан с фосфором, к-рый связан с атомами хлора и др. атомами кислорода.
• Справочник по лазерам, пер. с англ., под ред. А. М. Прохорова, т. 1, М., 1978.
М. Е. Жаботинский.
ЖИДКОСТНЫЙ ТЕРМОМЕТР, прибор для измерения температуры, основанный на тепловом расширении жидкости. Применяется в диапазоне темп-р от -200 до 750°С. Ж. т. представляет собой прозрачный стеклянный (редко кварцевый) резервуар с припаянным к нему капилляром (из того же материала). Шкала в °С наносится либо на толстостенный капилляр (т. н. палочный Ж. т.), либо на пластинку, жёстко соединённую с ним (Ж. т. с наружной шкалой). Ж. т. с вложенной шкалой (напр., медицинский) имеет внешний стеклянный (кварцевый) чехол. Шкалы имеют цену деления от 10 до 0,01°С. Термометрич. жидкость заполняет весь резервуар и часть капилляра. В зависимости от диапазона измерений Ж. т. заполняют
190
пентаном (для измерения темп-р от
-200 до 35°С), этиловым спиртом (от
-80 до 70°С), керосином (от -20 до 300°С), ртутью (от -35 до 750°С) и др. Наиболее распространены ртутные Ж. т., т. к. ртуть остаётся жидкой в диапазоне темп-р от -38 до 356°С при норм. давлении и до 750°С при небольшом повышении давления (для чего капилляр заполняют азотом). Галлиевый Ж. т. позволяет измерять темп-ру в диапазоне от 30 до 1200°С. Ж. т. изготавливают из определ. сортов стекла и подвергают спец. термич. обработке (старению), устраняющей смещение нулевой точки шкалы, связанное с многократным повторением нагрева и охлаждения термометра (поправку на смещение нуля шкалы необходимо вводить при точных измерениях). Точность Ж. т. определяется ценой делений его шкалы. Для обеспечения требуемой точности и удобства применения пользуются Ж. т. с укороченной шкалой; наиб. точные из них имеют на шкале точку 0°С независимо от нанесённого на ней температурного интервала. Точность измерений зависит от глубины погружения Ж. т. в измеряемую среду. Погружать Ж. т. следует до отсчитываемого деления шкалы или до спец. нанесённой на шкале черты (хвостовые Ж. т.). Если это невозможно, следует вводить температурную поправку на выступающий столбик.
• См. лит. при ст. Термометрия.
Д. И. Шаревская.
ЖИДКОСТЬ, агрегатное состояние в-ва, промежуточное между твёрдым и газообразным. Ж. присущи нек-рые черты твёрдого тела (сохраняет свой объём, образует поверхность, обладает определ. прочностью на разрыв) и газа (принимает форму сосуда, в к-ром находится, может непрерывно переходить в газ); в то же время она обладает рядом только ей присущих особенностей, из к-рых наиб. характерная — текучесть.
По хим. составу различают однокомпонентные, или чистые, Ж. и двух- или многокомпонентные жидкие смеси (р-ры). По физ. природе Ж. делятся на нормальные (обычные) Ж., жидкие кристаллы с сильно выраженной анизотропией и квантовые жидкости (жидкие 4Не, 3Не и их р-ры). Нормальные чистые Ж. имеют только одну жидкую фазу, 4Не может находиться в двух жидких фазах — нормальной и сверхтекучей, 3Не — в нормальной и двух сверхтекучих, а жидкокрист. в-ва — в нормальной и одной или даже неск. анизотропных фазах.
Норм. Ж. макроскопически однородны и изотропны при отсутствии внеш. воздействий. Эти св-ва сближают Ж. с газами, но резко отличают их от анизотропных крист. тв. тел. Аморфные тв. тела (напр., стёкла) явл. переохлаждёнными Ж. (см. Аморфное состояние) и отличаются от обычных Ж. существенно большей вязкостью и числ. значениями кинетич. хар-к.
Область существования нормальной жидкой фазы для чистых Ж., жидкого 4Не и жидких кристаллов ограничена со стороны низких темп-р Т фазовыми переходами соотв. в твёрдое (кристаллизацией), сверхтекучее и жидко-анизотропное состояние. При давлениях р ниже критич. давления рк нормальная жидкая фаза ограничена со стороны высоких Т фазовым переходом в газообразное состояние — испарением. При давлениях р>рк фазовый переход отсутствует и по физ. св-вам Ж. в этой области неотличима от плотного газа. Наивысшая темп-ра Тк, при к-рой ещё возможен фазовый переход жидкость — газ, наз. критической. Значения рк и Тк определяют критич. точку чистой Ж., в к-рой св-ва Ж. и газа становятся тождественными. Наличие критич. точки для фазового перехода жидкость — газ позволяет осуществить непрерывный переход из жидкого состояния в газообразное, минуя область, где газ и Ж. сосуществуют (см. Критическое состояние).
При нагревании или уменьшении плотности св-ва Ж. (теплопроводность, вязкость, самодиффузия и др.), как правило, меняются в сторону сближения со св-вами газов. Вблизи же темп-ры кристаллизации большинство св-в норм. Ж. (плотность, сжимаемость, теплоёмкость, электропроводность и др.) близки к таким же св-вам соответствующих тв. тел. Ниже приведены значения теплоёмкости (в Дж/кг•К) при пост. давлении (ср) нек-рых в-в в твёрдом и жидком состояниях при темп-ре кристаллизации:
Малое различие этих теплоёмкостей показывает, что тепловое движение в Ж. и тв. телах вблизи темп-ры кристаллизации имеет примерно одинаковый хар-р.
Наличие сильного межмолекулярного взаимодействия обусловливает существование поверхностного натяжения на границе Ж. с любой другой средой. Влияние поверхностного натяжения на равновесие и движение свободной поверхности Ж., границ Ж. с тв. телами или границ между несмешивающимися Ж. относится к области капиллярных явлений.
Характерная величина, определяющая фазовое состояние в-ва, e(Т, р) — отношение ср. потенц. энергии вз-ствия молекул к их ср. кинетич. энергии, зависящее от Т и р. Для Ж. e(Т, р)~1, это означает, что интенсивности упорядочивающих межмол. вз-ствий и разупорядочивающего теплового движения молекул имеют сравнимые значения, чем и определяется вся специфичность жидкого состояния в-ва [для тв. тел e(T, р)>>1, для газов e(T, р)<<1]. Тепловое движение молекул Ж. состоит из сочетания коллективных колебат. движений того же типа, что и в крист. телах, и происходящих время от времени скачков молекул из одних временных положений равновесия (центров колебаний) в другие. Каждый скачок происходит при сообщении молекуле энергии активации, достаточной для разрыва её связей с окружающими молекулами и перехода в окружение др. молекул. В результате большого числа таких скачков молекулы Ж. более или менее быстро перемешиваются (происходит самодиффузия, к-рую можно наблюдать, напр., методом меченых атомов). Характерные частоты скачков составляют 1011 — 1012 с-1 для низкомол. Ж., много меньше — для высокомолекулярных, а в отд. случаях, напр. для сильновязких Ж. и стёкол, могут оказаться чрезвычайно низкими.
Колебат. часть теплового движения ч-ц Ж. может быть описана с помощью набора дебаевских волн, к-рые могут проявляться в спектрах Мандельштама — Бриллюэна рассеяния и рассеяния нейтронов. Неупорядоченная часть движения молекул, связанная гл. обр. с тепловым трансляц. движением, проявляется в спектрах рассеянных жидкостью пучков света или нейтронов в виде дополнительной несмещённой довольно интенсивной компоненты, отсутствующей у кристаллов. Термодинамич. теория рассеяния света объясняет её как результат рассеяния света на флуктуациях энтропии. Изучение спектров рассеянных света и нейтронов явл. мощным инструментом исследования поляризационных и др. коллективных движений в Ж.
При наличии внеш. силы, сохраняющей своё направление более длит. время, чем интервалы между скачками, молекулы перемещаются в ср. в направлении этой силы. Т. о., статич. или НЧ механич. воздействия приводят к проявлению текучести Ж. как суммарному эффекту от большого числа мол. переходов между временными положениями равновесия. При частоте воздействий, превышающей характерные частоты мол. скачков, у Ж. наблюдаются упругие эффекты (напр., сдвиговая упругость), типичные для тв. тел.
В рамках мол. теории однородность и изотропность нормальных Ж. объясняется отсутствием у них дальнего порядка во взаимных положениях и ориентациях молекул (см. Дальний и ближний порядок). Положения и ориентации двух или более молекул, расположенных далеко друг от друга, оказываются статистически независимыми. В жидких кристаллах дальний порядок наблюдается лишь в ориента-
191
ции молекул, но отсутствует в расположении их центров масс.
Ж. иногда разделяют на неассоциированные и ассоциированные, в соответствии с простотой или сложностью их термодинамич. св-в. Предполагается, что в ассоциированных Ж. есть сравнительно устойчивые группы молекул — комплексы, проявляющие себя как одно целое. Существование подобных комплексов в нек-рых р-рах доказывается прямыми физ. методами. Наличие устойчивых ассоциаций молекул в однокомпонентных Ж. недостоверно.
Основой совр. мол. теорий жидкого состояния послужило эксперим. обнаружение методами рентгеновского структурного анализа и нейтронографии ближнего порядка в Ж.— согласования (корреляции) во взаимных положениях и ориентациях близко расположенных групп, состоящих из двух, трёх и большего числа молекул. Эти статистич. корреляции, определяющие мол. структуру жидкости, простираются на область протяжённостью порядка неск. межат. расстояний и исчезают для далеко расположенных друг от друга ч-ц (отсутствие дальнего порядка).
По структуре и способам описания Ж. делят на простые и сложные. К первому классу относят однокомпонентные атомарные жидкости (жидкие чистые металлы, сжиженные инертные газы и, с нек-рыми оговорками, Ж. с малоат. симметричными молекулами, напр. ССl4). Для описания их св-в достаточно указать взаимное расположение атомов. Для простых Ж. результаты рентгеноструктурного или
Вид радиальной ф-ции распределения g(r) для жидкого натрия (в условных ед.): а — распределение ч-ц в зависимости от расстояния r; б — число ч-ц в тонком сферич. слое как ф-ции расстояния r (вертикальные отрезки — положения атомов в крист. натрии, числа при них — кол-во атомов в соответствующих координац. сферах, т. н. координац. числа). Пунктиром показано распределение атомов при отсутствии упорядоченности в их расположении (газ).
нейтронографич. анализа могут быть выражены с помощью т. н. радиальной функции распределения g(r) (рис.). Эта ф-ция характеризует распределение ч-ц вблизи произвольно выбранной ч-цы, т. к. значения g(r) пропорц. вероятности нахождения двух ч-ц на нек-ром заданном расстоянии r друг от друга.
Ход кривой g(r) свидетельствует о существовании определ. упорядоченности в простой Ж.— в ближайшее окружение каждой ч-цы входит в среднем определ. число ч-ц. Для каждой Ж. детали ф-ции g(r) незначительно меняются с изменением Т и р. Расстояние до первого пика определяет ср. межат. расстояние, а по площади под первым пиком можно установить ср. число «соседей» атома в Ж. (ср. координационное число). В большинстве случаев эти хар-ки вблизи линии плавления оказываются близкими к тем же величинам в соответствующем кристалле, однако, в отличие от кристалла, они явл. не постоянными числами, а изменяющимися во времени, и по графику устанавливаются лишь их ср. значения. При сильном нагревании Ж. и приближении её к газовому состоянию ход ф-ции g (r) сглаживается соотв. уменьшению степени ближнего порядка. В разреженном газе g(r)»1. Для сложных Ж. и для жидких смесей расшифровка результатов структурных исследований более трудна и во мн. случаях полностью не может быть осуществлена. Исключение составляют вода и нек-рые другие низкомол. Ж., для к-рых имеются довольно полные исследования и описания их статистич. структуры. Ф-ция g(r) может быть определена методом функций Грина или с помощью разл. приближённых интегр. ур-ний.
Теория кинетич. и динамич. св-в Ж. (диффузии, вязкости, динамики флуктуации и т. д.) разработана менее полно, чем теория равновесных св-в (ур-ния состояния, теплоёмкости и
др.).
В теории Ж. большое развитие получили числ. методы, позволяющие рассчитывать св-ва простых Ж. с помощью быстродействующих ЭВМ — методы Монте-Карло и мол. динамики. Наибольший интерес представляет метод мол. динамики, непосредственно моделирующий на ЭВМ совместное тепловое движение большого числа молекул (при заданном законе их вз-ствия) и по прослеженным траекториям многих отд. ч-п восстанавливающий все необходимые статистич. сведения о системе. Таким путём получены точные теор. результаты относительно структуры и термодинамич. св-в многих простых Ж.
Отд. проблему составляет вопрос о структуре и св-вах простых Ж. в непосредств. окрестности критич. точки. Большие успехи здесь достигнуты методами теории подобия (гипотеза масштабной инвариантности).
Отд. проблему составляет вопрос о структуре и св-вах жидких металлов, на к-рые значит. влияние оказывают имеющиеся в них коллективизиров. эл-ны. Несмотря на нек-рые успехи, полной электронной теории жидких металлов ещё не существует. Значительные (пока ещё не преодоленные) трудности встретились при объяснении св-в жидких ПП.
Основные методы исследований жидкости. Многочисленные макроскопич. св-ва Ж. изучаются методами механики, физики и физ. химии. Равновесные механич. и тепловые св-ва Ж. (сжимаемость, теплоёмкость и др.) изучаются термодинамич. методами. Важнейшей задачей явл. нахождение уравнения состояния для давления и энергии как ф-ции от плотности и темп-ры, а в случае р-ров — и от концентраций компонентов. Знание ур-ния состояния позволяет методами термодинамики установить многочисл. связи между разл. механич. и тепловыми хар-ками Ж. Имеется большое число эмпирич., полуэмпирич. и приближённых теор. ур-ний состояния для разл. индивидуальных жидкостей и их групп.
Неравновесные тепловые и механич. процессы в Ж. (напр., диффузия, теплопроводность, электропроводность), особенно в смесях и при наличии хим. реакций, изучаются методами термодинамики необратимых процессов.
Механич. движения Ж. как сплошной среды изучаются в гидродинамике. Важнейшее значение имеет Навье — Стокса уравнение, описывающее движение вязкой Ж. У т. н. ньютоновских Ж. (вода, низкомолекулярные органич. Ж., расплавы солей и др.) вязкость не зависит от режима течения (в условиях ламинарного течения, когда Рейнольдса число R<Rкритич), в этом случае вязкость явл. физ.-хим. постоянной, определяемой мол. природой Ж. и её состоянием (её Т и р). У неньютоновских (структурно-вязких) Ж. вязкость зависит от режима течения даже при малых R (жидкие полимеры, стёкла в интервале размягчения, эмульсии и др.}. Св-ва неньютоновских Ж. изучает реология. Специфич. особенности течения жидких металлов, связанные с их электропроводностью и подверженностью влиянию магнитных полей, изучаются в магнитной гидродинамике. Приложения методов гидродинамики к задачам мол. физики жидкостей изучаются в физ.-хим. гидродинамике.
• Френкель Я. И., Кинетическая теория жидкостей, Л., 1975; Фишер И. З., Статистическая теория жидкостей, М., 1961; Л а н д а у Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Механика сплошных сред, М., 1953; их же, Статистическая физика,.3 изд., ч. 1, М., 1976; Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П., Статистическая физика, ч. 2, М., 1978; Фабелинский И. Л., Молекулярное рассеяние света, М., 1965; С к р ы ш е в с к и й А. Ф., Рентгенография жидкостей, К., 1966; Физика простых жидкостей. Экспериментальные исследования, пер. с англ., М., 1973; Крокстон К., Физика жидкого состояния, пер. с англ., М., 1978; Физика простых жидкостей. Статистическая теория, пер. с англ., М., 1971; Динамические свойства твердых тел и жидкостей, пер. с англ., М., 1980; М а р ч Н., Т о с и М., Движение атомов жидкости, пер. с англ., М., 1980.
ЖУКОВСКОГО ТЕОРЕМА, теорема о подъёмной силе, действующей на тело, находящееся в плоскопараллельном потоке жидкости или газа. Сформулирована Н. Е. Жуковским в 1904. Согласно этой теореме, подъёмная
192
сила обусловлена связанными с обтекаемым телом вихрями (т. н. присоединёнными вихрями), причиной возникновения которых является вязкость жидкости. Наличие этих вихрей приводит к обтеканию крыла потоком с отличной от нуля циркуляцией скорости.
Если установившийся плоскопараллельный потенц. поток (см. Потенциальное течение) несжимаемой жидкости набегает на бесконечно длинный цилиндр перпендикулярно его образующим, то на участок цилиндра, имеющий длину вдоль образующей, равную единице, действует подъёмная сила Y, равная произведению плотности r среды на скорость v потока на бесконечности и на циркуляцию Г скорости по любому замкнутому контуру, охватывающему обтекаемый цилиндр, т. е. Y=rvF. Направление подъёмной силы можно получить, если направление вектора скорости на бесконечности повернуть на прямой угол против направления циркуляции. Ж. т. справедлива и при дозвук. обтекании профиля сжимаемой жидкостью (газом). Для звук. и сверхзвуковой скоростей обтекания Ж. т. в общем виде не может быть доказана.
Ж. т. легла в основу совр. теории крыла и гребного винта. С помощью Ж. т. могут быть вычислены подъёмная сила крыла конечного размаха, тяга гребного винта, сила давления на лопатку турбины или компрессора и др.
• Жуковский Н. Е., О присоединенных вихрях. Полн. собр. соч., т. 5, М.—Л., 1937; Лойцянский Л. Г., Механика жидкости и газа, 5 изд., М., 1978; Фабрикант Н. Я., Аэродинамика, М., 1964.
g-ФАКТОР, то же, что Ланде множитель.
G-ЧЁТНОСТЬ (же-чётность, G), одно из квант. чисел адронов, обладающих нулевыми значениями барионного заряда (В), странности (S), „очарования" (С), „красоты" (b). К таким адронам относятся, напр., p-, h-, w-, j-, J/y-мезоны. Существование G-ч. вытекает из изотопической инвариантности и инвариантности относительно зарядового сопряжения, характерных для адронов. Рассмотрим, напр., p+-мезон. При зарядовом сопряжении он переходит в p- (т. е. в ч-цу с другой волн. ф-цией). Если, однако, воспользовавшись изотопич. инвариантностью, «повернуть» ч-цу в «изотопич. пр-ве» так, что p- заменится на p+, то при совместном действии обоих преобразований p+ переходит сам в себя.
То же справедливо и для др. адронов с S=B=C=b=0, а также для систем адронов с нулевыми суммарными значениями этих квант. чисел, напр. KK^, NN^. При этом волн. ф-ция ч-цы или системы либо вовсе не меняется, либо изменяет знак. В 1-м случае говорят, что G-ч. положительна (+1), во 2-м отрицательна (-1). Напр., p-, w-, J/y-мезоны имеют отрицательную G-ч., а r- и h-мезоны — положительную. Для истинно нейтральных частиц G = C(-1)I, где С — зарядовая чётность, I — изотопич. спин ч-цы. G-ч. системы ч-ц, каждая из к-рых имеет определ. значение G-ч., равна произведению G-ч. отдельных ч-ц. Инвариантность сильного вз-ствия относительно зарядового сопряжения и изотопич. инвариантности приводит к сохранению G-ч. системы в любых процессах, вызванных сильным вз-ствием. Аналогично зарядовой чётности G-ч. обусловливает ряд запретов на протекание реакций (в т. ч. распады ч-ц), происходящих в результате сильного вз-ствия. Напр., r-мезон с положит. G-ч. может распадаться на два p-мезона, а w-мезон с отрицат. G-ч.— только на три p-мезона.
• См. лит. при ст. Элементарные частицы. С. С. Герштейн.