Реферат: Фаз правило, см. Гиббса правило фаз. Фаза

Ф
ФАЗ ПРАВИЛО, см. Гиббса правило фаз.

ФАЗА в термодинамике, термодинами­чески равновесное состояние в-ва, отличающееся по физ. св-вам от др. возможных равновесных состояний (др. фаз) того же в-ва (см. Равновесие термодинамическое). Иногда неравно­весное метастабильное состояние в-ва также наз. фазой (метастабильной). Переход в-ва из одной Ф. в другую — фазовый переход — связан с качеств. изменениями св-в в-ва. Напр., газовое, жидкое и крист. со­стояния (Ф.) в-ва различаются хар-ром движения структурных ч-ц (атомов, молекул) и наличием или отсутствием упорядоченной структуры (см. Агре­гатные состояния). Различные крист. Ф. могут отличаться друг от друга ти­пом крист. структуры, электропровод­ностью, электрич. и магн. св-вами, на­личием или отсутствием сверхпроводи­мости и т. д. Жидкие Ф. отличаются друг от друга концентрацией компо­нентов, наличием или отсутствием сверхтекучести, анизотропией упру­гих и электрич. св-в (у жидких кри­сталлов) и т. д. В тв. сплавах Ф. крист. структуры могут отличаться плотностью, модулями упругости, темп-рой плавления и др. свойст­вами.

В большинстве случаев Ф. простран­ственно однородны, однако известен ряд исключений: смешанное состояние проводников 2-го рода (см. Сверхпроводимость), ферромагнетики в слабых магн. полях (см. Домены) и др.

• См. лит. при ст. Термодинамика.

^ ФАЗА КОЛЕБАНИЙ, периодически изменяющийся аргумент ф-ции, опи­сывающей колебат. или волн. процесс. В гармонич. колебании

u(х,t)=Acos(t+0),

где t+0=- Ф. к., ^ А — ампли­туда,  — круговая частота, t — вре­мя, 0 — начальная (фиксированная) Ф. к. (в момент времени t=0, =0). В случае бегущей волны 0=kx+~0, где k — волн. число. Ф. к. опреде­ляется с точностью до произвольного слагаемого, кратного 2л. Термин «Ф. к.», строго говоря, относится только к периодич. колебаниям, но его приме­няют также и к др. процессам. В слу­чае квазипериодич. волн. процесса вы­деление амплитуды и фазы возможно лишь при условии медленности изме­нений амплитуды в масштабе прост­ранственного или временного периода колебаний, т. е. когда



(где Т — период колебания,  — дли­на волны).

• См. лит. при ст. Колебания, Волны.

М. А. Миллер.

^ ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА, см. Диа­грамма состояния.

ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ, вид мо­дуляции колебаний, при к-ром передаваемый сигнал управляет фазой не­сущего ВЧ колебания. Если модули­рующий сигнал синусоидальный, то спектр и форма сигналов в случае Ф. м. и частотной модуляции совпа­дают. Различия обнаруживаются при более сложных формах модулирующе­го сигнала. Ф. м. применяется гл. обр. как промежуточное преобра­зование в частотную модуляцию с вы­сокой стабильностью несущей ча­стоты.

^ ФАЗОВАЯ РЕЛЬЕФОГРАФИЯ, способ записи и воспроизведения оптич. информации, получивший распростра­нение в телевидении. Носителями ин­формации в Ф. р. служат прозрачные (за редкими исключениями) масляные, термопластич. или гелеобразные тон­кие слои. Такой запоминающий слой входит в состав многослойной (обычно двух- или трёхслойной) структуры. В двухслойной структуре запоминаю­щий слой представляет собой дисперс­ную систему, состоящую из фотополу­проводникового материала (см. Фото­проводимость) и полимерного связую­щего, к-рый наносится на тонкий слой электропроводящего материала. В трёхслойной структуре диэлектрич. за­поминающий слой наносится на слой фотополупроводника, в свою очередь граничащего с проводящим слоем. Все эти слои чаще всего прозрачны: запись информации и её воспроизведение осу­ществляются на просвет; хотя сущест­вуют структуры, в к-рых свет отра­жается либо от зеркального провод­ника-подложки, либо от непрозрачной поверхности запоминающего фотопо-

798


лупроводникового слоя. Равномерно заряженная запоминающая поверх­ность и заземлённый проводник-под­ложка явл. своеобразным конденсато­ром.

При записи оптич. информации в двухслойной структуре воздействие светового сигнала приводит к стеканию части поверхностного заряда на подложку (тем большему, чем больше освещённость данного микроучастка поверхности); в трёхслойной структу­ре, напротив, заряд противоположно­го знака переходит с подложки на гра­ничащую с запоминающим слоем по­верхность фотополупроводника. В обо­их типах структур электростатич. силы притяжения разноимённых заря­дов деформируют поверхность мягкого запоминающего слоя (либо сразу, либо после его нагревания — т. н. теп­лового проявления), обра­зуя рельеф, в к-ром распределение глубины соответствует распределению потока излучения по поверхности, т. е. в получаемом рельефе кодируется оп­тич. информация. При считывании за­писанной информации различия тол­щины рельефа вызывают разл. изме­нения фазы считывающей световой волны. Фазовые различия не воспри­нимаются глазом или др. приёмниками оптического излучения. Поэтому их преобразуют в изменения амплитуды световой волны (т. е. интенсивности считывающего пучка), к-рые регистри­руются приёмниками излучения (включая и глаз). Такое преобразова­ние осуществляют гл. обр. теневым методом, но в принципе его можно сделать по аналогии с методом фазового контраста в микроскопии [см. Микро­скоп, раздел Методы наблюдения (микроскопия)].

Структуры, применяемые в Ф. р., можно использовать многократно: за­пись после считывания «стирается» тепловой обработкой. Гл. достоинство Ф. р.— возможность считывания ин­формации в реальном масштабе време­ни, т. е. сразу после записи, что поз­воляет применять Ф. р. для практи­чески мгновенной передачи и преоб­разования изображений (напр., в теле­видении). Высокая разрешающая спо­собность и быстрое действие, характе­ризующие метод Ф. р., делают его пер­спективным для голографии, для ис­пользования в ЭВМ (в оперативной памяти, при вводе и выводе информа­ции), для разл. видов оптич. обработки изображений.

• Г у щ о Ю. П., Фазовая рельефография, М., 1974.

А. Д. Картужанский.

^ ФАЗОВАЯ СКОРОСТЬ, скорость пе­ремещения фазы волны в определ. направлении. В случае монохроматич. плоской волны вида u(х, t)=Acos=Acos(t-kx) (где А — амплитуда,  — фаза,  — круговая частота, k -волн. число, t — время, х — расстоя­ние, отсчитываемое в направлении распространения) фазовые фронты или плоскости пост. фазы =const пере­мещаются в пр-ве вдоль x с Ф. с.



vф=vx=/k (рис.). Однако в любом ином направлении , составляющем с х угол  (=xcos), скорость пере­мещения фазы превышает vx, посколь­ку v=vx/cos. Т. о., в отличие от вол­нового вектора k, Ф. с. не явл. векторной величиной в обычном смысле и может даже произ­вольно превышать скорость распро­странения света с. Волны с vф>с наз. быстрыми, а с vф
Зависимость Ф. с. от частоты  опре­деляет дисперсию волн, что приводит к искажению формы передаваемого сигнала конечной длительности, за исключением нек-рых особых случаев, когда эти искажения компенсируются нелинейными эффектами (см. Солитон).

9 См. лит. при от. Волны, Групповая ско­рость.

М. А. Миллер.

^ ФАЗОВОЕ ПРОСТРАНСТВО, геомет­рический образ, представленный мно­жеством всевозможных состояний физ. системы, наделённых естеств. поняти­ем близости.

Состояние системы в нек-рый момент времени изображается в виде точки в этом пр-ве. Так, напр., состояние груза, вертикально подвешенного на пружине, определяется растяжением пружины s и скоростью груза v. Мно­жество его состояний, представленных в виде точек с координатами s и v, об­разуют плоскость, к-рая и явл. двух­мерным Ф. п. рассматриваемой систе­мы. При этом близким состояниям груза на пружине отвечают близкие точки фазовой плоскости, и наоборот. Ф. п. физ. маятника, состояния к-рого определяются углом  и угл. скоростью , явл. двухмерным (поверхностью ци­линдра). Более сложные физ. системы могут иметь многомерные и бесконеч­номерные Ф. п. Бесконечномерное Ф. п. имеют распределённые физ. систе­мы, такие, как струна, мембрана, упру­гая среда, эл.-магн. поле и т. д.

При изменении состояния системы точка, изображающая это состояние в Ф. п., описывает нек-рую кривую, наз. фазовой траекторией. Через каждую точку Ф. п. проходит, вообще говоря, одна, и только одна, фазовая траектория, поэтому Ф. п. разбивается на непересекающиеся фа­зовые траектории, соответствующие всевозможным состояниям системы. Этот геом. образ — Ф. п., заполненное непересекающимися фазовыми траек­ториями, наз. фазовым портре­том системы. Его можно трактовать как изображение течения нек-рой во­ображаемой фазовой жидкости, от­дельные ч-цы к-рой движутся по фазо­вым траекториям.

Представлением о Ф. п. широко пользуются в статистической физике и колебаний и волн теории. Для ста­тистич. физики важнейшим является св-во сохранения фазового объёма при течении фазовой жидкости, её несжи­маемость, имеющая место для консер­вативных систем; для теории колеба­ний — фазовая трактовка отд. движе­ний, их св-в и зависимости от парамет­ров. Так, состояние равновесия изоб­ражается фазовой траекторией, со­стоящей из одной точки. Периодич. движение изображается замкнутой фа­зовой траекторией, обегаемой фазовой точкой за время, равное периоду из­менения состояния физ. системы. Св-ву устойчивости состояния равновесия или периодич. движения физ. системы соответствует определённая картина поведения фазовых траекторий, близ­ких к изображающим эти движения фазовым траекториям: близкие фазо­вые траектории при t от них не удаляются.

Матем. изучение фазовых портретов, как геом. изображения всех решений дифференц. ур-ний, описывающих со­стояние физ. системы, было начато в 19 в. А. Пуанкаре. Многие физ. коле­бательные явления — автоколебания, мягкий и жёсткий режимы возбужде­ния колебаний, захватывание, затяги­вание и синхронизация, удвоение пе­риода и модуляция автоколебаний — получили адекватное матем. описание на фазовых портретах. Соответствую­щая матем. дисциплина наз. качест­венной теорией дифференц. ур-ний (или более общо — теорией динамич. систем).

• Андронов А. А., Витт А. А., Х а й к и н С. Э., Теория колебаний, 2 изд., М., 1959; Неймарк Ю. И., Метод точечных отображений в теории нели­нейных колебаний, М., 1972, гл. 2; Арнольд В. И., Математические ме­тоды классической механики, М., 1974.

Ю. И. Неймарк.

^ ФАЗОВОЕ ПРОСТРАНСТВО в ста­тистической физике, многомерное пространство, осями которого слу­жат все обобщённые координаты qi и импульсы рi (i=1, 2, ..., N) меха­нич. системы с N степенями свободы. Т. о., Ф. п. имеет размерность 2N. Состояние системы изображается в Ф. п. точкой с координатами q1, pl,..., qN, pN, а изменение состояния системы во времени — движением точки вдоль линии, наз. фазовой траекторией. Точ­ки, соответствующие определённому значению энергии ξ системы, образу­ют в Ф. п. (2N-1)-мерную поверх­ность, делящую пр-во на две части — более высоких и более низких значе­ний энергии. Поверхности разл. значе­ний энергии не пересекаются. Траекто­рии замкнутой системы (с пост. £") лежат на этих поверхностях. В прин­ципе траектория может быть рассчита­на на основе законов механики, это возможно и практически, если число ч-ц не слишком велико. Для стати-

799


стич. описания состояния системы из многих ч-ц вводится понятие фазового объёма (элемента объёма Ф. п.) и ф-ции распределения системы — веро­ятности пребывания точки, изобража­ющей состояние системы, в любом эле­менте фазового объёма. Понятие Ф. п.— основное для классич. стати­стич. механики, изучающей ф-ции распределения системы многих ч-ц.

Д. Н. Зубарев.

^ ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ, одновре­менное существование термодинамиче­ски равновесных фаз в многофазной си­стеме: жидкости со своим насыщенным паром, воды и льда при темп-ре плав­ления, двух несмешивающихся жидко­стей (смесь воды с триэтиламином), отличающихся концентрациями. В рав­новесии могут находиться (в отсутст­вие внеш. магн. поля) две фазы ферро­магнетика с одинаковой осью намаг­ничивания, но разл. направлением на­магниченности; нормальная и сверх­проводящая фазы металла во внеш. магн. поле и т. д.

При переходе в условиях равнове­сия ч-цы из одной фазы в другую энер­гия системы не меняется (т. е. химиче­ские потенциалы каждого компонента в разл. фазах одинаковы). Отсюда сле­дует Гиббса правило фаз: в в-ве, со­стоящем из k компонентов, одновре­менно может существовать не более чем k+2 равновесных фаз. Число тер­модинамич, степеней свободы, т. е. физ. параметров системы, к-рые можно изменять, не нарушая условий Ф. р., равно k+2-, где  — число фаз, на­ходящихся в равновесии. Напр., три фазы двухкомпонентной системы могут находиться в равновесии при разных темп-рах, но давление и концентрации компонентов полностью определяются заданной темп-рой.

Изменение темп-ры фазового перехода (кипения, плавления и др.) при беско­нечно малом изменении давления опре­деляется Клапейрона — Клаузиуса уравнением. Графики, изображающие зависимость одних термодинамич. пе­ременных от других в условиях Ф. р. наз. линиями (поверхностями) равно­весия, а их совокупность — диаграм­мами состояния. Линия Ф. р. может либо пересечься с др. линией равно­весия (тройная точка), либо кончить­ся критической точкой.

В тв. телах из-за медленности про­цессов диффузии, приводящих к тер­модинамич. равновесию, возникают неравновесные фазы, к-рые могут су­ществовать наряду с равновесными. В этом случае правило фаз может не выполняться. Правило фаз не выпол­няется и в критич. точке, где фазы не отличаются друг от друга.

В массивных образцах в отсутствие дальнодействующих сил между ч-цами число границ между равновесными фазами минимально. Напр., в случае двухфазного равновесия имеется лишь

одна поверхность раздела фаз. Если же в одной из фаз существует дальнодействующее поле (электрич. или магнит­ное), выходящее из в-ва, то энергети­чески более выгодны равновесные со­стояния с большим числом периодиче­ски расположенных фазовых границ (домены ферромагнитные и сегнетоэлектрические, промежуточное состоя­ние сверхпроводников) и таким расположением фаз, чтобы дальнодействующее поле не выходило из тела. Форма границы раздела фаз опреде­ляется условием минимальности по­верхностной энергии. Так, в двух­компонентной смеси при условии ра­венства плотностей фаз граница раз­дела имеет сферич. форму. Огранка кристаллов определяется теми плос­костями, поверхностная энергия к-рых минимальна.

• Ландау Л.Д., Ахиезер А. И., Л и ф ш и ц Е. М., Курс общей физики. Ме­ханика и молекулярная физика, 2 изд., М., 1969; Френкель Я. И., Статисти­ческая физика, М.— Л., 1948.

В. Л. Покровский.

^ ФАЗОВЫЙ КОНТРАСТ, метод полу­чения изображений микроскопич. объектов, основанный на регистрации различий в сдвигах фазы разных уча­стков световой волны при её прохож­дении через эти объекты. Применяется в тех случаях, когда поглощательная способность и показатель преломления разл. элементов рассматриваемой структуры настолько близки, что при обычных методах наблюдения и полу­чения изображений по поглощению и рассеянию эти элементы оказываются неразличимыми. Вместе с тем сдвиги фаз, вносимые такими элементами, мо­гут заметно отличаться, образуя «фа­зовый рельеф» у проходящей световой волны. Для визуализации или регист­рации с помощью фотоприёмников фазовый рельеф сначала преобразуется вспомогат. оптич. устройствами в из­менение интенсивностей (амплитуд) разл. участков световой волны, т. н. «амплитудный рельеф».

Метод Ф. к. разработан голл. физи­ком Ф. Цернике в 1935. Подробнее см. в ст. Микроскоп, раздел Методы на­блюдения (микроскопия), а также лит. при этой статье.

^ ФАЗОВЫЙ ОБЪЕМ, объём в фазовом пространстве. Для механич. системы с N степенями свободы элементарный Ф. о. равен: dpdq=dpldq1... dpNdqN, где q1,...qN— обобщённые коор­динаты, a p1, ... , рN— обобщённые импульсы системы. Ф. о. конечной фазовой области G равен 2N-мерному

интегралу ∫Gdpdq. Если система опи­сывается ур-ниями Гамильтона (см. Канонические уравнения механики), то при движении ч-ц Ф. о. остаётся неиз­менным (Лиувилля теорема). Это по­зволяет ввести нормированные функ­ции распределения в фазовом прост­ранстве.

^ ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД (фазовое пре­вращение), в широком смысле — пере­ход в-ва из одной фазы в другую при изменении внеш. условий — темп-ры, давления, магн. и электрич. полей и т. д.; в узком смысле — скачкообраз­ное изменение физ. св-в при непрерыв­ном изменении внеш. параметров. Раз­личие двух трактовок термина «Ф. п.» видно из след. примера. Переход в-ва из газовой фазы в плазменную (см. Плазма) в узком смысле слова не явл. Ф. п., т. к. ионизация газа происхо­дит постепенно, но в широком смыс­ле — это Ф. п. В данной статье тер­мин «Ф. п.» рассматривается в узком смысле.

Значение темп-ры, давления или к.-л. др. физ. величины, при к-ром происходит Ф. п., наз. точкой пе­рехода. Различают Ф. п. двух родов. При Ф. п. I рода скачком меняются такие термодинамич. хар-ки в-ва, как плотность, концентрация компонентов; в единице массы выде­ляется или поглощается вполне опре­делённое кол-во теплоты, наз. тепло­той фазового перехода. При Ф. п. II рода нек-рая физ. величина, равная нулю с одной стороны от точки перехода, постепенно растёт (от нуля) при удалении от точки перехода в дру­гую сторону, при этом плотность из­меняется непрерывно, теплота не вы­деляется и не поглощается.

Ф. п. I рода — широко распростра­нённое в природе явление. К ним от­носятся: испарение и конденсация, плавление и затвердевание, сублима­ция и конденсация в тв. фазу, нек-рые структурные переходы в тв. телах, напр. образование мартенсита в сплаве железо—углерод. В чистых сверхпро­водниках достаточно сильное магн. поле вызывает Ф. п. I рода из сверх­проводящего в норм. состояние (см. Сверхпроводимость).

При абс. нуле темп-ры и фиксиров. объёме термодинамически равновесной явл. фаза с наинизшим значением энергии. Ф. п. I рода в этом случае происходит при тех же значениях плотности и внеш. полей, при к-рых энергии двух разных фаз сравнивают­ся. Если зафиксировать не объём тела V, а давление р, то в состоянии термодинамич. равновесия минималь­ной явл. Гиббса энергия G, а в точке перехода в фазовом равновесии нахо­дятся фазы с одинаковыми значе­ниями G.

Мн. в-ва при малых давлениях кри­сталлизуются в неплотноупакованные структуры. Напр., крист. водород состоит из молекул, находящихся на сравнительно больших расстояниях друг от друга; структура графита представляет собой ряд далеко отстоя­щих слоев атомов углерода. При до­статочно высоких давлениях таким рыхлым структурам соответствуют большие значения энергии Гиббса. Меньшим значениям G в этих условиях отвечают равновесные плотноупакованные фазы. Поэтому при больших давлениях графит переходит в алмаз, а мол. крист. водород должен перейти в атомарный (металлический). Кван-

800


товые жидкости 3Не и 4Не при норм. давлении остаются жидкими вплоть до самых низких из достигнутых темп-р (T-0,001 К). Причина этого в слабом вз-ствии ч-ц и большой ам­плитуде их колебаний при темп-рах, близких к абс. нулю (т. н. нулевых колебаний; см. Нулевая энергия). Од­нако повышение давления (до ~20 атм при T0 К) приводит к затвердева­нию жидкого гелия.

Для Ф. п. I рода характерно суще­ствование области метастабильного равновесия вблизи кривой Ф. п. I рода (напр., жидкость можно нагреть до темп-ры выше точки кипения или пере­охладить ниже точки замерзания; см. Метастабильное состояние).

К Ф. п. II рода относятся: переход парамагнетик — ферромагнетик, со­провождаемый появлением макроско­пич. магн. момента; переход парамаг­нетик — антиферромагнетик, сопро­вождаемый появлением антиферромагн. упорядочения; переход параэлектрик — сегнетоэлектрик с появ­лением самопроизвольной (спонтан­ной) поляризации в-ва; переход метал­лов и сплавов из норм. в сверхпрово­дящее состояние, переход 3Не и 4Не в сверхтекучее состояние и т. д.

Л. Д. Ландау предложил (1937) об­щую трактовку всех Ф. п. II рода как точек изменения симметрии: выше точ­ки перехода система, как правило, об­ладает более высокой симметрией, чем ниже точки перехода. Напр., в магне­тике выше точки перехода направле­ния спиновых магн. моментов (см. Спин) ч-ц распределены хаотически, поэтому одноврем. вращение всех спи­нов вокруг одной и той же оси на одинаковой для всех спинов угол не меняет физ. св-ва системы. Ниже точки перехода спины имеют преимуществ. ориентацию, и одновременный их пово­рот в указанном выше смысле изме­няет направление магн. момента сис­темы. Др. пример: в двухкомпонентном сплаве, атомы к-рого А и Б рас­положены в узлах простой кубической крист. решётки, неупорядоченное со­стояние характеризуется хаотич. рас­пределением атомов А и В по узлам решётки, так что сдвиг решётки на один период не меняет её св-в. Ниже точки перехода атомы сплава распола­гаются упорядоченно: ...АВАВ... Сдвиг такой решётки на период при­водит к замене всех атомов А на В и наоборот. В результате установления порядка в расположении атомов сим­метрия решётки уменьшается, т. к. подрешётки становятся неэквивалент­ными.

Симметрия появляется и исчезает скачком, однако величина, характери­зующая нарушение симметрии (пара­метр порядка), может изменяться не­прерывно. При Ф. п. II рода параметр порядка равен нулю выше точки пере­хода и в самой точке перехода. Подоб­ным образом ведёт себя, напр., намаг­ниченность ферромагнетика, электрич. поляризация сегнетоэлектрика, плотность сверхтекучей компоненты в жид­ком 4Не, вероятность обнаружения атома А в соответствующем узле крист. решётки двухкомпонентного сплава и т. д.

Для Ф. п. II рода характерно от­сутствие скачков плотности в-ва, кон­центрации компонентов, теплоты пере­хода. Но точно такая же картина на­блюдается и в критич. точке на кривой Ф. п. I рода (см. Критические явления). Сходство оказывается очень глубоким. Ок. критич. точки состояние в-ва мож­но характеризовать величиной, играю­щей роль параметра порядка. Напр., в случае критич. точки на кривой равновесия жидкость—пар — это от­клонение плотности от ср. значения. При движении по критич. изохоре со стороны высоких темп-р газ однороден, и отклонение плотности от среднего значения равно нулю. Ниже критиче­ской температуры в-во расслаивается на две фазы, в каждой из к-рых откло­нение плотности от критической не равно нулю. Поскольку вблизи точки Ф. п. II рода фазы мало отличаются друг от друга, возможно образование зародышей большого размера одной фазы в другой фазе (флуктуация), точно так же, как вблизи критич. точки. С этим связаны многие критич. явления при Ф.п. II рода: бесконеч­ный рост магнитной восприимчивости ферромагнетиков и диэлектрической восприимчивости сегнетоэлектриков (аналогом явл. рост сжимаемости вбли­зи критич. точки жидкость—пар), бесконечный рост теплоёмкости, ано­мальное рассеяние эл.-магн. волн [све­товых в системе жидкость—пар (см. Опалесценция критическая), рентге­новских в тв. телах], нейтронов в фер­ромагнетиках. Существенно меняются и динамич. явления, что связано с очень медленным рассасыванием обра­зовавшихся флуктуации. Напр., вбли­зи критич. точки жидкость—пар су­жается линия рэлеевского рассеяния света, вблизи Кюри течки ферромаг­нетиков и Нееля точки антиферромаг­нетиков замедляется спиновая диффу­зия (происходящее по законам диффу­зии распространение избыточной на­магниченности) и т. д. Ср. размер флуктуации (радиус корреляций) R растёт по мере приближения к точке Ф. п. II рода и становится в этой точке бесконечно большим.

Совр. достижения теории Ф. п. II ро­да и критич. явлений основаны на ги­потезе подобия. Предполагается, что если принять ^ R за единицу измерения длины, а ср. величину параметра по­рядка в кубике с ребром R — за еди­ницу измерения параметра порядка, то вся картина флуктуации не будет зависеть ни от близости к точке пере­хода, ни от конкретного в-ва. Все термодинамич. величины, определяю­щие Ф. п. II рода, оказываются сте­пенными функциями Л. Показатели степеней наз. критическими размерностями (индексами). Они не зависят от конкретного в-ва и

определяются лишь хар-ром параметра порядка. Напр., размерности в точке Кюри изотропного материала, пара­метром порядка к-рого явл. намагни­ченность, отличаются от размерностей в критич. точке жидкость—пар или в точке Кюри одноосного магнетика, где параметр порядка — скалярная величина.

Ок. точки перехода уравнение состоя­ния имеет характерный вид закона соответственных состояний. Напр., вблизи критич. точки жидкость—

пар отношение (-к)/(ж-г) зависит только

от [(p-pк)/(ж-г)] •Кт. Здесь  — плотность,

к — критич. плотность, ж — плот­ность жидкости, г — плотность газа, р — давление, рк — критич. давле­ние, Кт — изотермич. сжимаемость, причём вид зависимости при подходя­щем выборе масштаба один и тот же для всех жидкостей.

Достигнуты большие успехи в теор. вычислении критич. размерностей и ур-ний состояния в хорошем согласии с эксперим. данными. Приближённые значения критич. размерностей при­ведены в табл.:

^ КРИТИЧЕСКИЕ РАЗМЕРНОСТИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ И КИНЕТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН



ITк —критич. темп-ра. 2 Производная плотности по давлению, намагниченности по напряжённости магн. поля и др.

Дальнейшее развитие теории Ф. п. II рода связано с применением мето­дов квант. теории поля, в особенности метода ренормализац. группы. Метод ренормгруппы состоит в последоват. суммировании по всевозможным флуктуациям с масштабами, меньшими нек-рого l, при фиксиров. флуктуациях с размерами, большими l. Изменяя затем масштабы измерения длин, воз­вращаемся к системе с первонач. ли­нейными параметрами, но с несколь­ко изменённой энергией. Такое преоб­разование энергии носит назв. преоб­разования ренормировки. Условие не­изменности энергии при преобразова­нии ренормировки, когда масштаб l стремится к бесконечности, определя­ет критич. точку. Законы изменения энергии при малых отклонениях от критич. точки определяют критич.

801


индексы. Этот метод позволяет в принципе найти критич. индексы с любой требуемой точностью.

Деление Ф. п. на два рода несколь­ко условно, т. к. бывают Ф. п. I рода с малыми скачками теплоёмкости и др. величин и малыми теплотами пере­хода при сильно развитых флуктуациях. Ф. п.— коллективное явление, происходящее при строго определён­ных значениях темп-ры и др. величин только в системе, имеющей в преде­ле сколь угодно большое число частиц.

• Ландау Л. Д., Лифшиц М., Статистическая физика, 3 изд., ч. 1, М., 1976 (Теоретическая физика, т. 5); Стенли Г., Фазовые переходы и крити­ческие явления, пер. с англ., М., 1973; А н и с и м о в М. А., Исследования критических явлений в жидкостях, «УФН», 1974, т. 114, в. 2; П а т а ш и н с к и й А. 3., Пок­ровский В. Л., Флуктуационная тео­рия фазовых переходов, М., 1975; Кванто­вая теория поля и физика фазовых перехо­дов. Сб. статей, пер. с англ., М., 1975; Вильсон К., Когут Дж., Ренормализационная группа и -разложение, пер. с англ., М-, 1975.

^ В. Л. Покровский.

^ ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД ДИЭЛЕКТ­РИК — МЕТАЛЛ, наблюдается в ряде тв., жидких и газообразных тел при из­менении темп-ры, давления или соста­ва; проявляется в изменении электро­проводности  и её температурной за­висимости, оптич. и др. свойств. При Ф. п. д.— м.  может изменяться как непрерывно, так и скачкообразно (фа­зовый переход I рода), причём скачок  может достигать 1014 раз. Ф. п. д.— м. наблюдается, напр., при изменении темп-ры в Sn (переход белое — серое олово) в соединениях переходных ме­таллов (V2O3, NiS, Fe3O4), в соедине­ниях редкоземельных металлов (леги­рованные SmS, EuO).

Во мн. тв. телах Ф. п. д.— м. про­исходит под давлением. Предполагает­ся, что при достаточно высоких дав­лениях все в-ва должны металлизоваться; эта проблема важна для пони­мания состояния в-ва во внутр. слоях Земли.

Фазовый переход полупроводник — металл имеет место при плавлении нек-рых полупроводников (Ge, Si; см. ^ Жидкие полупроводники, Жидкие ме­таллы), а также в ряде неупорядочен­ных и аморфных систем (сильно леги­рованные и аморфные полупроводники, жидкие и газообразные металлы, в частности вблизи критич. точки).

Ф. п. д.— м. вызывается разными факторами: пересечением энергетич. зон, перестройкой решётки, межэлек­тронными корреляциями (переход М о т т а), локализацией эл-нов в не­упорядоченных системах (переход Андерсона). Разл. факторы часто действуют совместно.

Ф. п. д.— м. позволяют глубже по­нять природу различий между метал­лами и диэлектриками или полупро­водниками. Резкое изменение элект­рич. и оптич. св-в и возможность управлять ими используются в тиристо­рах, переключателях, устройствах для записи и хранения информации, при­ёмниках излучения, индикаторных ус­тройствах и т. п.

^ Д. И. Хомский.

ФАЗОМЕТР, прибор для измерений разности фаз двух электрич. колеба­ний или коэфф. мощности при высоких значениях силы тока в электрич. це­пях. Применяется в энергетике, элек­тротехнике, радиотехнике, а как со­ставная часть измерит. систем — в ра­дионавигации, радиотелеметрии, при контроле размеров деталей и др.

Осн. часть простейших Ф.— логометр, рамки к-рого включены в элек­трич. схему, обеспечивающую пропор­циональность отклонения подвижной части прибора углу сдвига фаз элект­рич. колебаний. Показания Ф. с электроизмерит. механизмом сущест­венно зависят от частоты электрич. колебаний. Поэтому для измерений в широком диапазоне частот приме­няют электронные или цифровые Ф., действующие по принципу измерения времени между последоват. переходом амплитуд исследуемых электрич. коле­баний через нулевое значение. Для измерений на высоких частотах при­меняют Ф., действующие на основе компенсац. метода измерений. Осн. часть таких Ф.— измерит. фазовращатель, на вход к-рого подаётся одно из двух электрич. колебаний. Плавно ре­гулируя сдвиг фазы выходного сигнала фазовращателя относительно входно­го, производят отсчёт фазового угла по шкале Ф . в момент совпадения (или сдвига на 180°) фазы выходного сигна­ла с фазой второго электрич. колеба­ния, о чём судят по индикатору нуле­вой разности фаз.

Ф. с электроизмерит. механизмом характеризуются следующими данны­ми: верхний предел измерений от 90° до 360°, осн. погрешность в % от диа­пазона измерений до 0,2% , частота до 8 кГц. У электронных (в т. ч. цифро­вых) Ф. верхний предел измерений — от 25° до 360°, осн. погрешность изме­рений до 0,2% , частотный диапазон от 10-3 до 109 Гц, соотношение уровней сравниваемых электрич. колебаний до 1 : 1000. Технич. требования к Ф. стандартизованы в ГОСТе 22261—76 и ГОСТе 8039—60 (Ф. с электроизме­рит. механизмом).

• Электрические измерения, М., 1972; Галахова О. П., Колтик Е. Д., Кравченко С. А., Основы фазометрии, Л., 1976.

^ В. Я. Кузнецов.

ФАЗОН, см. в ст. Флуктуон.

ФАЗОТРОН (синхроциклотрон), циклич. резонансный ускоритель тя­жёлых заряж. ч-ц (протонов, ионов), в к-ром управляющее магн. поле постоянно во времени, а частота ус­коряющего ВЧ электрич. поля ме­няется. Движение ч-ц в Ф. происхо­дит по раскручивающейся спирали (как в циклотроне). См. Ускорители.

^ ФАЗЫ РАССЕЯНИЯ, вещественные параметры, характеризующие упру­гое рассеяние ч-ц; см. Рассеяние ми­крочастиц.

ФАКЕЛЬНЫЙ РАЗРЯД, возникает при повышении тока и частоты (>106 Гц) в ВЧ коронном разряде. При дав­лениях р1 атм Ф. р. имеет форму, близкую к форме пламени свечи. С по­нижением давления факел постепен­но превращается в равномерное диф­фузное свечение. Как и коронный раз­ряд, Ф. р. наиболее легко зажигает­ся на электродах с большой кривиз­ной — на остриях, тонких проволо­ках и т. п.

• См. лит. при ст. ^ Коронный разряд, Электрические разряды в газах.

ФАРАД (Ф, F), единица СИ электрич. ёмкости, названа в честь англ. физи­ка М. Фарадея (М. Faraday). 1Ф ра­вен ёмкости конденсатора, между об­кладками к-рого при заряде 1 Кл возникает электрич. напряжение 1 В. 1Ф=8,99•1011 см (ед. симметрич­ной СГС системы единиц и СГСЭ)=10-9 ед. СГСМ. Чаще применяются дольные единицы: микрофарад (мкФ, F), равный 10-6 Ф, и пикофарад (пФ, pF), равный 10-12 Ф.

^ ФАРАД НА МЕТР (Ф/м, F/m), еди­ница СИ абс. диэлектрич. проницае­мости; 1Ф/м равен абс. диэлектрич. проницаемости среды, в к-рой при напряжённости электрич. поля 1В/м возникает электрическое смещение 1 Кл/м2. Абс. диэлектрич. проница­емость вакуума (электрич. постоянная) 0 =107/4c2=8,85419•10-12 Ф/м.

ФАРАДЕЙ (F), внесистемная единица кол-ва электричества, обычно при­меняется в электрохимии. Названа в честь М. Фарадея. 1Ф. = 9,6485Х104кулонов.

^ ФАРАДЕЯ ЗАКОН электромагнит­ной индукции, см. Электромагнит­ная индукция.

ФАРАДЕЯ ЗАКОНЫ электролиза, см. Электролиз.

ФАРАДЕЯ ПОСТОЯННАЯ (Фара­дея число), фундаментальная физиче­ская константа, равная произведению Авогадро постоянной NA на элем. электрич. заряд е (заряд эл-на):

F=NA •e=96484,56(27) Кл-моль-1. Ф. п. широко применяется в элект­рохимических расчётах. Названа в честь М. Фарадея, открывшего основ­ные законы электролиза. Значение F определялось на основе измерений электрохим. эквивалента серебра.

^ ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ, один из эффек­тов магнитооптики. Заключается во вращении плоскости поляризации линейно поляризов. света, распростра­няющегося в в-ве вдоль пост. магн. поля, в к-ром находится это в-во. Открыт М. Фарадеем в 1845 и явил­ся первым доказательством прямой связи оптич. и эл.-магн. явлений.

Феноменологич. объяснение Ф. э. заключается в том, что в общем слу­чае намагниченное в-во нельзя оха­рактеризовать одним показателем пре­ломления n.

Под действием магн. поля показате­ли преломления (n+ и n-) для циркулярно право- и левополяризован-

802


ного света становятся различными. Вследствие этого при прохождении через среду (вдоль магн. поля) ли­нейно поляризов. излучения его циркулярно лево- и правополяризованные составляющие распространяют­ся с разными фазовыми скоростями, приобретая разность хода, линейно за­висящую от оптической длины пути. В результате плоскость поляриза­ции линейно поляризованного монохроматич. света с длиной волны , прошедшего в среде путь l, поворачи­вается на угол =l(n+-n-)/. В об­ласти не очень сильных магн. полей разность (n+-n-) линейно зависит от напряжённости магн. поля и в об­щем виде угол фарадеевского враще­ния описывается соотношением =VHl, где константа пропорциональ­ности V зависит от св-в в-ва, длины волны излучения и темп-ры и наз. Верде постоянной.

^ Ф. э. по своей природе тесно свя­зан с Зеемана эффектом, обуслов­ленным расщеплением уровней энер­гии атомов и молекул магн. полем. При продольном относительно магн. поля наблюдении спектр. компоненты зеемановского расщепления оказы­ваются циркулярно поляризован­ными. Соответствующую циркуляр­ную анизотропию обнаруживает и спектр. ход показателя преломления в области зеемановских переходов. Т. о., в наиболее простом виде Ф. э. явл. следствием зеемановского рас­щепления кривых дисперсии показа­теля преломления для двух цирку­лярных поляризаций. .

В Ф. э. ярко проявляется специ­фич. характер вектора напряжённос­ти магн. поля H (Н — осевой вектор, «псевдовектор»). Знак угла поворота плоскости поляризации при Ф. э. (в отличие от случая естественной оптич. активности) не зависит от направления распространения света (по полю или против поля). Поэтому многократное прохождение света че­рез среду, помещённую в магн. поле, приводит к возрастанию угла поворо­та плоскости поляризации в соответ­ствующее число раз. Эта особенность Ф. э. нашла применение при констру­ировании т. н. невзаимных оптич. и радиомикроволновых устройств. Ф. э. широко используется в научных ис­следованиях.

В. С. Запасский.

ФАРАДМЕТР, то же, что ёмкости из­меритель.

ФАРВИТРОН, см. в ст. Масс-спек­трометр.

^ ФАРЕНГЕЙТА ШКАЛА, темпера­турная шкала, в к-рой температур­ный интервал между точками тая­ния льда и кипения воды (при норм. атм. давлении) разделён на 180 час­тей — градусов Фаренгейта (°F), при­чём точке таяния льда присвоено значение 32 °F, а точке кипения воды 212 °F. Ф. ш. предложена в 1724 нем. физиком Д. Г. Фаренгейтом (D. G. Fahrenheit), традиционно приме­няется в ряде стран (в частности, в

США). Перевод темп-ры по Ф. ш. (tф) в темп-ру по Цельсия шкале (t) осуществляется по ф-ле:

t=5/9(tФ-32°F).

^ ФЕЙНМАНА ДИАГРАММЫ, графич. метод представления решений нели­нейных ур-ний квант. теории поля и теории тв. тела с помощью возмущений теории; предложен амер. физиком Р. Фейнманом (R. Feynman) в 1949. Решения линейных ур-ний в этом ме­тоде изображаются линиями, соеди­няющими две точки и символизирую­щими распространение свободной час­тицы. С ними сопос