Магнит постоянный магнит сверхпроводящий магнитная анизотропия

402

Индукционные (поляризационные) силы действуют между полярной и неполярной молекулами, а также между полярными молекулами. По­лярная молекула создаёт электрич. поле, к-рое поляризует др. молекулу — индуцирует в ней дипольный момент. Потенц. энергия М. в. в этом случае пропорц. дипольному моменту р₁ полярной молекулы и поляризуемости ₂ второй молекулы: U_инд ~p₁₂r^-6. Индукц. силы F_инд ~ г^-7. Дисперсионное М. в. действует меж­ду неполярными молекулами. Его природа была выяснена только после создания квант. механики. В атомах и молекулах эл-ны сложным образом движутся вокруг ядер. В среднем по времени дипольные моменты неполяр­ных молекул оказываются равными нулю, но мгновенное значение дипольного момента может быть отлично от нуля. Мгновенный диполь создаёт электрич. поле, поляризующее сосед­ние молекулы,— возникает вз-ствие мгновенных диполей. Энергия взаимо­действия неполярных молекул есть ср. результат вз-ствия таких мгно­венных диполей. Потенц. энергия дис­персионного М. в. U_дисп (r) ~₁₂r^-6, a F_дисп ~ r^-7 (₁ и ₂ — поляризуемости взаимодействующих молекул). М. в. данного типа наз. дисперсионным потому, что дисперсия света в в-ве определяется теми же св-вами молекул. Дисперсионные си­лы действуют между всеми молекулами и атомами, т. к. механизм их появле­ния не зависит от наличия у молекул (атомов) пост. дипольных моментов. Обычно эти силы превосходят по ве­личине как ориентационные, так и индукционные. Только при вз-ствии молекул с большими дипольными мо­ментами, напр. молекул воды, F_ор>F_дисп (в 3 раза для Н₂O). При вз-ствии же таких полярных моле­кул, как СО, HI, HBr и др., F_дисп в десятки и сотни раз превосходят все остальные. Существенно, что все три типа М. в. одинаковым образом убы­вают с расстоянием:

Силы отталкивания действуют между молекулами на очень малых расстоя­ниях, когда приходят в соприкос­новение заполненные электронные оболочки атомов, входящих в состав молекул. Паули принцип запрещает проникновение заполненных электронных оболочек друг в друга. Воз­никающие при этом силы отталкива­ния зависят в большей степени, чем силы притяжения, от индивидуальных особенностей молекул. К хорошему согласию с данными экспериментов приводит допущение, что потенц. энергия сил отталкивания U_от воз­растает с уменьшением расстояния по закону U_от(r)~r^-12, т. е. F_от~r^-13.

Если принять, что U(r)=0 при r, и учесть, что энергия притя­жения убывает с уменьшением рас­стояния пропорц. r^-6, а энергия оттал­кивания растёт ~r^-12, то кривая



Рис. 2. Зависимость потенц. энергии U(r) межмол. взаимодей­ствия от расстояния r между молекулами; r= — наименьшее возможное расстоя­ние между неподвиж­ными молекулами;  — глубина потенц. ямы (определяющая энергию связи моле­кул).
U(r) будет иметь вид, изображён­ный на рис. 2. Минимуму U(r) соот­ветствует расстояние, на к-ром силы вз-ствия молекул равны нулю.

Рассчитать с достаточной точно­стью U(r) на основе квант. механики очень сложно, поэтому обычно под­бирают для U(r) ф-лу и входящие в неё параметры таким образом, чтобы проделанные с их помощью расчёты хорошо согласовались с экспернм. данными. Наиболее часто пользуются ф-лами Леннард-Джонса:

где параметры а, b, с связаны про­стыми соотношениями с глубиной e и положением  потенц. ямы и опре­деляются из разл. эксперим. данных (коэфф. диффузии, теплопроводности и вязкости и т. д.).

Приведённые выше ф-лы игнори­руют ориентационные М. в., играю­щие исключительно важную роль в случае многоатомных молекул. Зави­симость U(r) от ориентац. М. в. осо­бенно существенна в кристаллах. Её можно учесть с помощью множителя, в к-рый входят углы, характеризую­щие взаимную ориентацию молекул, либо с помощью метода атом-атомных потенц. ф-ций (см. Межатомное вза­имодействие). В последнем случае по­тенциалы Леннард-Джонса и Букингема используют для описания взаимо­действий атомов, принадлежащих раз­ным молекулам.

Наряду с эмпирич. модельными подходами для изучения М. в. всё чаще используются методы квантовой химии. Расчёты потенц. поверхностей (зависимости энергии вз-ствия от

расстояния между молекулами и их взаимной ориентации) проведены в разл. приближениях для мн. димеров (пар молекул). Эти расчёты позволили не только количественно описать М.в., но и разобраться в их физ. природе. Так, оказалось, что во мн. случаях М. в. в значит. степени определяется переносом заряда с одной молекулы на другую, что не учитывали классич. представления о М. в.

• Радченко И. В., Молекулярная фи­зика, М., 1965; К о у л с о н К., Межатом­ные силы — от Максвелла до Шредингера, «УФН», 1963, т. 81, в. 3; Г и р ш ф е л ь д е р Дж., К е р т и с с Ч., Б е р д Р., Молеку­лярная теория газов и жидкостей, пер. с англ., М., 1961.

МЕЗОАТОМ, атом, в к-ром один из эл-нов оболочки замещён отрицатель­но заряженными мюоном (^-) или адроном (^--, К^--мезонами и др.). Существование М. было предсказано амер. физиком Дж. Уилером в 1949; в 1970 было доказано существование М., в к-рых электрон замещён ^-- и ^--гиперонами или антипротоном. Радиусы М. в невозбуждённом состоя­нии r=5,3•10^-9/mZ см, где Z — заряд ядра, а m приближённо равно отно­шению массы мезона к массе элект­рона.

Наиболее изучены М., состоящие из ядра водорода и ^- (r=2,8•10^-11см), ^- (r=2,2•10^-11 см), или К^- (r=0,8•10^-11 см). Такие М. подобно нейтронам могут свободно проникать внутрь электронных оболочек др. ато­мов, приближаться к их ядрам и слу­жить причиной многочисл. процессов: образования м е з о м о л е к у л, ка­тализа ядерных реакций, перехвата ме­зона ядрами др. атомов и т. д. В М. мезоны расположены в сотни раз бли­же к ядру, чем эл-ны. Напр., радиус ближайшей к ядру орбиты ^- в М. свинца почти в два раза меньше, чем радиус ядра свинца, т. е. в М. свинца ^- осн. часть времени проводит внут­ри ядра. Это позволяет использовать св-ва М. с ^- для изучения формы и размеров ядер, а также для изучения распределения электрич. заряда по объёму ядра; ^-- и К^--М. использу­ются также для изучения сильных взаимодействий и распределения ней­тронов в ядрах (см. Ядро атомное). Образование М. происходит при тор­можении мезонов, получаемых в ми­шенях. Захват мезона на мезоатомную орбиту сопровождается выбросом од­ного из ат. эл-нов, обычно внешнего. Напр., если пучок ^- направить в камеру с жидким водородом, то они постепенно теряют свою энергию в столкновениях с атомами водорода, пока их энергия не станет 1 кэВ. При этом, если они подходят близко к ядру атома водорода и образуют с ним электрич. диполь, поле к-рого не в состоянии удержать ат. эл-н, то атом водорода теряет свой эл-н, а ^-остаётся связанным с ядром (прото-

403

На процесс образования М. влияет строение электронной оболочки мо­лекул, в состав к-рых входит атом. Это позволяет изучать электронную структуру молекул, исследуя рент­геновское излучение М. и продукты яд. реакций с ядром М. (см. Мезонная химия).

• Вайсенберг А. О., Мю-мезон, М., 1964; Б а р х о п Э., Экзотические атомы, «УФН», 1972, т. 106, в. 3. Л. И. Пономарёв.

МЕЗОМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ ве­щества, то же, что и жидкокристаллич. состояние. См. Жидкие кристал­лы.

МЕЗОННАЯ ФАБРИКА (мезонный генератор), линейный или циклич. резонансный ускоритель протонов, предназначенный для эксперимен­тов с интенсивными мезонными пуч­ками.

МЕЗОННАЯ ХИМИЯ, метод изучения структуры в-ва (возник в 60-х гг. 20 в.), к-рый использует известные св-ва мюонов (^±), ^- и К-мезонов для получения данных об электронной оболочке молекул, кристаллич. и магн. структуре в-в, скоростях хим. реакций и т. д. В М. х. можно выде­лить четыре осн. направления иссле­дований: ^-- и ^--M. х., изучение поведения ⁺ в в-ве и реакций мюония (связанной системы ⁺ е^-).

В основе ^--М. х. лежит использо­вание яд. реакции перезарядки ^-на ядрах водорода: ^-+рn+°. Вероятность w этой реакции очень сильно зависит от заряда Z (в ед. за­ряда протона е) ядра атома Z, с к-рым связан водород в соединении Z_mH_n, и равна: w(Z_mH_n)a(n/m)Z^-3. Кроме того, коэфф. а в этой ф-ле даже при одном и том же Z зависит от типа хим. связи между атомами Н, в част­ности от степени ионности (полярно­сти) связи. Т. о., ^--мезонный метод позволяет надёжно отличить хими­чески связанный водород от свобод­ного. Напр., для аммиака NH₃ и эк­вивалентной ему механич. смеси N₂+3Н₂ измеренное отношение

w(NH₃)/¹/₂w(N₂+3H₂)¹/₁₀.

В основе ^--М. х. лежит измерение энергий и интенсивностей отд. линий рентгеновских серий в мюонных ато­мах (см. Мезоатом) разл. хим. эле­ментов. При захвате ^- ядром на возбуждённые уровни и последующих переходах в осн. состояние испуска­ются характерные для каждого эле­мента -кванты. Энергия излучаемых мезорентгеновских серий явл. хар-кой хим. элемента, ядро к-рого вместе с мюоном образует мезоатом. Такой спектральный анализ элементного состава в-в по существу ничем не от­личается от обычного спектрального анализа. Однако в отличие от рент­геновских серий обычных атомов, относит. интенсивность отд. линий рентгеновских серий мезоатома за­висит от вида хим. соединения, в к-рое входит исследуемый элемент. Это св-во рентгеновского излучения ^--атомов положено в основу идеи нового метода анализа в-ва в закры­тых контейнерах, к-рый в принципе позволяет определить не только эле­ментный состав образца, но также и вид хим. соединения, составленного из этих элементов.

При изучении св-в в-ва с помощью ⁺ и мюония (Mu) используется на­личие спина у мюона и эл-на, а также факт несохранения четности при рас­паде ⁺e⁺+v_e+v^~_. Направление вылета е⁺ в этой реакции коррелированно с направлением спина ⁺ . По­этому в магн. поле вследствие прецес­сии спина мюона с частотой ^= еН/m_с (где H — напряжённость магн. поля, m_, е — масса и электрич. заряд мюона) будет периодически меняться также интенсивность позит­ронов, вылетающих в нек-ром фиксиров. направлении (рис.);

• Герштейн С. С. [и др.], Мезоатомные процессы и модель больших мезомолекул, «УФН», 1969, т. 97, в. 1; Гольданский В. И., Ф и р с о в В. Г., Химия новых атомов, «Успехи химии», 1971, т. 40. в. 8; Г у р е в и ч И. И., Никольский Б. А., Двухчастотная пре­цессия ⁺ -мезона в атоме мюония, «УФН, 1976, т. 119, в. 1.

МЕЗОНЫ, нестабильные элем. части­цы, принадлежащие к классу адронов; в отличие от барионов, М. не имеют барионного заряда и обладают нуле­вым или целочисленным спином (явл. бозонами). Назв. «М.» (от греч. mesos — средний, промежуточный) свя­зано с тем, что массы первых откры­тых мезонов — пи-мезона, К-мезона — имеют значения, промежуточные между массами протона и эл-на. (Мюоны, первоначально названные мю-мезонами, не относятся к М., т. к. имеют спин ¹/₂ и не участвуют в силь­ном взаимодействии.) В дальнейшем было открыто много др. М. с очень малыми временами жизни (т. н. бозонные резонансы), причём масса нек-рых из них превышает массу протона. Существуют М. нейтральные и заря­женные (с положит. или отрицат. элем. электрич. зарядом), с нулевой (напр., -М.) и ненулевой (напр., К-М.) странностью, «очарованием» и т. д. Согласно кварковой модели адро­нов, М. состоит из кварка и антиквар­ка.

См. Элементарные частицы.

МЕЗОНЫ СО СКРЫТЫМ «ОЧАРО­ВАНИЕМ» (чармоний), семейство тя­жёлых адронов, состоящих из «оча­рованных» кварка (с) и антикварка (с^~). Назв. связано с тем, что квант. число «очарование» у с и с противо­положны, так что суммарное «очаро­вание» равно нулю. Второе назв. «чар­моний» ч-цам (cc^~) было дано по анало­гии с позитронием, имеющим сходные структуру и уровни энергии.

Скрытое «очарование» — понятие теоретическое; экспериментально оно проявляется в том, что обладающие им ч-цы легко распадаются на «оча­рованные» частицы, если распад раз­решён законом сохранения энергии, а их переходы в обычные («неочарован­ные») ч-цы сильно подавлены (проте­кают с малой вероятностью). Поэтому такие мезоны с массой, меньшей двух масс самых лёгких из «очарованных» ч-ц — D-мезонов, имеют аномально малые ширины (большое время жиз­ни). Подавление распадов на обычные адроны связывают с малой вероят­ностью процесса аннигиляции тяже­лых с- и с^~-кварков в глюоны.

Первой открытой ч-цей из семейст­ва М. со с. «о.» был J/-мезон с массой 3,096 ГэВ, спином 1, положит. внутр. чётностью и отрицат. зарядовой чёт­ностью. Он был открыт в 1974 в США независимо двумя группами экспери­ментаторов: на протонном ускорителе в Брукхейвене (при бомбардировке протонами ядер Be) и на ускорителе со встречными электрон-позитронными пучками в Станфорде (руководители групп С. Тинг и Б. Рихтер за открытие

404

J/ получили в 1976 Нобелевскую премию). Первая группа назвала ме­зон J, а вторая — , с чем и связано двойное назв. ч-цы. Открытие J/ вызвало огромный интерес вследствие необычности св-в этой ч-цы: при столь большой массе вероятность её распа­да, характеризуемая шириной, ока­залась очень малой — ок. 60 кэВ, что на три-четыре порядка меньше, чем для всех известных ранее тяжё­лых мезонов (бозонных резонансов). Последующие эксперим. и теор. иссле­дования привели к установлению су­ществования новых семейств адронов— М. со с. «о.» и «очарованных» ч-ц. Почти сразу вслед за J/ в Станфорде был открыт '-мезон с массой 3,684ГэВ к шириной 220 кэВ, а позднее — целое семейство ч-ц с теми же квант. чис­лами; всех их обозначают общим символом , указывая в скобках массу в МэВ. Более высокие по сравнению ' возбуждения в серии -частиц лежат выше порога рождения двух «очарованных» мезонов и распадаются на них с ширинами в неск. десятков Мэв. Характерное св-во этих мезо­нов — распад в определённую пару очарованных» мезонов, напр. D*D^~*,

но не DD^~.

Др. важный класс ч-ц, отвечающих уровням чармония,— т. н. «проме­жуточные уровни»  массы к-рых лежат между массами J/ и '. Мезоны  были открыты в каскадных радиац. переходах типа

'+++.

Самым низшим в ряду чармония должно быть псевдоскалярное (т. е. со спином 0 и отрицат. внутр. чётностью) остояние, обозначаемое _с. Длит. поиски этого состояния на опыте, по-видимому, увенчались успехом летом 1979. В радиац. распадах J/

и '-мезонов обнаружено состояние с массой 2,976 ГэВ, к-рое естественно отождествить с _с.

Классификация М. со с. «о.» осно­вана на кварковой модели адронов. Г. к. «очарованные» кварки — тяжёлые, то, по-видимому, можно пользоваться нерелятив. картиной их

вз-ствия. Поэтому часто используют обычные атомарные спектроскопич. обозначения (см. Атом). Напр.,  (3096) идентифицируется с состояни-

ем 1³ S₁ [гл. квант, число n=1, орбит. квант. число l=0 (S-волна), суммар­ный спин кварков 1, мультиплетность 3 (верхний индекс у буквы слева), полный момент кол-ва движения 1 (нижний индекс у буквы справа)]. Мезоны - и -серий относятся к орточармонию (спин 1), причём -частицы представляют собой S-волновые со­стояния, а  — P-волновые (l=1). Мезоны серии _с отождествляют с парачармонием — состоянием с нулевым полным спином «очарованных» квар­ков. На рис. приведены массы (в ГэВ) известных ч-ц из серии чармо­ния. Для лёгких мезонов указаны также наиб. вероятные значения спина и спектроскопич. обозначения.

Кварковая модель позволяет пред­сказать мн. характеристики М. со с. «о.», к-рые находятся, по крайней мере, в качеств. согласии с опытом. Последним и весьма важным подт­верждением теории явилось открытие _с-мезона (см. выше) с массой, предска­занной ранее теоретически. • Рихтер Б., От  к очарованию, пер. с англ., «УФН», 1978, т. 125, в. 2, с. 201; Т и н г С., Открытие J-частицы, там же, с. 227.

В. И. Захаров.

МЕЙСНЕРА ЭФФЕКТ, полное вытес­нение магн. поля из металлич. про­водника, когда последний становится сверхпроводящим (при понижении темп-ры и напряжённости магн. поля ниже критич. значения Н_к). М. э. впервые наблюдался нем. физиками В. Мейснером (W. Meissner) и Р. Оксенфельдом (R. Ochsenfeld) в 1933. Соотношение B=H+4J=(1+4)H между магн. индукцией В, напряжён­ностью магн. поля Н и намагничен­ностью металла J показывает, что, согласно М. э. (когда B=0), идеальный сверхпроводник ведёт себя как идеа­льный диамагнетик с аномально большой магн. восприимчивостью =-1/4. При М. э. внеш. магн. поле оказывается заэкранированным диамагн. токами, возникающими в тон­ком поверхностном слое сверхпровод­ника. В недостаточно чистых метал­лах и в сплавах наблюдается частич­ное «замораживание» магн. поля в объ­ёме сверхпроводника, т. е. неполнота М. э. (см. подробнее Сверхпроводи­мость, Сверхпроводники).

МЕМБРАНА (от лат. membrana — кожица, перепонка) в акустике, гиб­кая тонкая плёнка, приведённая внеш. силами в состояние натяжения и обладающая вследствие этого упру­гостью. От М. следует отличать пла­стинку, упругость к-рой зависит от её материала и толщины. Примеры М.— кожа, натянутая на барабане, тонкая металлич. фольга, играющая роль подвижной обкладки конденса­торного микрофона. Собств. колебания М. представляются системами стоячих волн с той или иной картиной узловых линий, к-рые разделяют части М., ко­леблющиеся с противоположными фазами (рис.); внеш. контур, по к-рому зажимается М., всегда является узловой линией, если закрепление

таково, что отсутствует смещение, перпендикулярное плоскости М. Разл. системам стоячих волн соответствуют разл. частоты колебаний, совокуп­ность к-рых определяет дискр. спектр собств. частот М. Вынужденные коле­бания М. под действием сосредоточенных или распределённых периодич. внеш. сил происходят с частотой внеш. воздействия; при её совпадении с одной из собств. частот М. имеет ме­сто резонанс.

МЕНИСКОВЫЕ СИСТЕМЫ, разновидность оптич. зеркально-линзовых систем, в к-рых перед сферич. зерка­лом (или системой зеркал и линз) устанавливается один или неск. ахроматич. менисков (выпукло-вогнутых линз, ограниченных сферич. поверх­ностями). М. с. изобретены в 1941 Д. Д. Максутовым (СССР) и незави­симо Д. Габором (Великобритания).

Менисковые линзы с мало отличаю­щимися радиусами кривизны поверх­ностей явл. компенсаторами, т. е. они мало влияют на общий ход лучей, но заметно уменьшают абер­рации оптических систем, в состав к-рых входят. Мениск практически ахроматичен по отношению к парал-

405

Практич. применение М. с. получи­ли в астрономии, в т. н. мениско­вых телескопах (наз. также телескопами Максутова), к-рые обес­печивают достаточно большое поле зрения (до 5°) и светосилу. М. с. при­меняются также в системах слеже­ния за ИСЗ.

М. с. компактнее др. оптич. систем со сравнимыми параметрами, что упрощает управление менисковыми телескопами с помощью часовых ме­ханизмов. Осн. поверхности М. с. просты по форме (сферические), вследствие чего М. с. относительно просты в изготовлении и допускают простой и точный оптич. контроль. Исправление всех осн. аберраций приводит к высокому качеству изоб­ражения не только в центре поля наб­людения, но при больших полях и на их краях.

• Максутов Д. Д., Астрономическая оптика, М.—Л., 1946; В о л о с о в Д. С., Теория менисковых систем, «ЖТФ», 1945, т. 15, в. 1—2.

МЕРЫ, средства измерений, предна­значенные для воспроизведения физ. величин заданного размера. Наряду с простейшими М., такими, как М. массы (гири) или М. вместимости (мерные стаканы, цилиндры и т. д.), к М. относятся и более сложные устройства, напр. нормальные эле­менты (М. эдс), катушки электрич. сопротивления, светоизмерит. лампы и др. М. подразделяются на о д н о з н а ч н ы е (воспроизводящие физ. величину одного размера) и м н о г о з н а ч н ы е (обеспечивающие вос­произведение ряда величин разл. раз­мера, напр. неск. длин). Примеры пер­вых — гиря, измерит. колба, катушка индуктивности; вторых — линейка со шкалой, конденсатор перем. ёмкости, вариометр индуктивности. Из М. могут составляться наборы (гирь, концевых М. длины и пр.) для ступенчатого воспроизведения ряда одноимённых величин в определённом диапазоне значений. Наборы М. электрич. ве­личин иногда снабжаются переклю­чателями и образуют магазины (элект­рич. сопротивлений, ёмкостей и др.). Под н о м и н а л ь н ы м значе­нием М. понимается значение вели­чины, указанное на М. или приписан­ное ей (гиря в 1 кг, катушка сопро­тивления в 1 Ом), под д е й с т в и т е л ь н ы м значением М.— значение величины, фактически воспроизводи­мой М., определённое настолько точно, что его погрешностью можно пренеб­речь при использовании М. Разность между номин. и действит. значениями М. приближённо равна погрешности М. От М. требуется, чтобы они были стабильными во времени. В зависимо­сти от уровня допускаемых погрешно­стей М. могут подразделяться на клас­сы точности. М. используют в ка­честве эталонов, образцовых или ра­бочих средств измерений. Образцовые М. получают значения от эталонов и применяются для поверки рабочих М. Физ. условия (темп-pa, давление, влажность и др.), в к-рых погрешно­сти М. не превышают допустимых пределов, указываются в инструк­циях по применению и поверке М. Отд. категорию М. составляют образ­цовые в-ва — чистые или приготовлен­ные по особой спецификации, обла­дающие известными и воспроизводи­мыми св-вами, напр. чистая вода, чи­стые газы (Н₂, O₂), чистые металлы (Zn, Ag, Au, Pt), бензойная к-та. К М. относятся и получающие всё более широкое распространение стан­дартные образцы, обладающие опре­делёнными физ. св-вами (напр., об­разцы стали определённого состава, твёрдости и т. д.).

• Б у р д у н Г. Д., Марков Б. Н., Ос­новы метрологии, 2 изд., М., 1975; Широ­ков К. П., Общие вопросы метрологии, М., 1967.

К. П. Широков.

МЕРЫ ВМЕСТИМОСТИ (объёма) жид­костей и газов, служат для воспроизведения объёмов заданных размеров; представляют собой стеклянные или металлич. сосуды разл. формы, на к-рые наносится отметка (однознач­ные меры) или ряд отметок (много­значные меры), позволяющие опре­делять объёмы. М. в. градуируют в м³ или литрах (1л=1 дм³) и в доль­ных от них единицах. К М. в. от­носятся разл. рода мерники, резер­вуары, мерные кружки и колбы, измерит. цилиндры, мензурки, пипетки, бюретки и др. По метрологич. назначению М. в. подразделяются на образцовые и рабочие (см. Меры). 9 ГОСТ 1770—74. Посуда мерная лаборатор­ная стеклянная. ГОСТ 20292—74. При­боры мерные лабораторные стеклянные.

МЕРЫ ДЛИНЫ, служат для воспро­изведения длин заданного размера. М. д. подразделяются на штриховые, концевые и штрихо-концевые. Раз­меры штриховых М. д. определяются расстоянием между нанесёнными на них штрихами, концевых — расстоя­нием между измерит. поверхностями, ограничивающими меры. Штрихо-кон­цевые М. д.— это концевые меры, па к-рых дополнительно нанесены штри­хи, соответствующие дольным ед. дли­ны.

Штриховые М. д. бывают одно­значные и многозначные (см. Меры). Конструктивно они обычно выполня­ются в виде стержней (брусков) и лент, имеют номин. значения от 0,1 мм (измерит. шкалы) до десятков метров (ленты, проволоки, рулетки). Штриховыми М. д. явл. также шкалы оптико-механич. приборов (измерит. микроскопов, микрометров и др.) и настроечных устройств станков.

Штриховые М. д. подразделяются на шесть классов точности: 0; 1; 2; 3; 4 и 5, относит. погрешности к-рых лежат в пределах от 0,5•10^-6 (для класса 0) до 5•10^-5 (для класса 5). Концевые М. д. бывают только од­нозначные, четырёх классов точности: 0; 1; 2 и 3, относит. погрешности к-рых лежат в пределах от 2•10^-6 (класс 0) до 2•10^-5 (класс 3).

По метрологич. назначению М. д. подразделяются на образцовые и ра­бочие (подробнее см. ст. Меры).

• ГОСТ 9038—73. Меры длины концевые плоскопараллельные; ГОСТ 12069—78. Меры длины штриховые брусковые; ГОСТ 13581 — 68. Меры длины концевые плоскопараллель­ные из твердого сплава.

МЕРЫ УГЛОВЫЕ, служат для вос­произведения углов заданных разме­ров. М. у. бывают однозначные (уг­ловые плитки) и многозначные (мно­гогранные призмы, лимбы, круговые шкалы и диски делит. головок, рис.). Угловые плитки представляют собой стальные плитки толщиной 5 мм с одним или четырьмя двугранными углами, образованными боковыми (ра­бочими) поверхностями плитки. Плит­ки с рабочими углами от 1' до 100° комплектуются в наборы так, чтобы из трёх — пяти мер можно было сос­тавлять блоки с интервалами через 1°, 1' или 15". Угловые плитки изготов-

406



Призматич. угловые меры (греч. буквами обозначены воспроизводимые ими углы, раз­меры даны в мм).
ляют трёх классов точности: 0; 1; 2;

с погрешностями до 3" (у класса 0) и до 30" (у второго класса). Многогранные призмы изготовляют из стекла, плавленого кварца и стали с числом граней до 36, иногда до 72. I Допустимые отклонения рабочих углов составляют ±5" для класса 0 и ±30" для второго класса точности. Лимбы изготовляют с ценой деления 1 от 1' до 10" и более и погрешностями 1 от 1 до 10". По метрологич. назначе­нию М. у. подразделяются на образ­цовые и рабочие (см. Меры). • ГОСТ 2875—75. Меры угловые призмати­ческие.

МЕРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИ­ЧИН, служат для воспроизведения электрич. величин заданного разме­ра. К М. э. в. относятся измерит. резисторы (катушки сопротивления), катушки индуктивности и взаимной индуктивности, измерит. конденса­торы, меры электродвижущей силы (нормальные элементы) и др. Нек-рые М. э. в. выполняются регулируемы­ми (многозначными), воспроизводящи­ми величины в определённом диапа­зоне (напр., конденсаторы перемен­ной ёмкости, вариометры индуктив­ности). По метрологич. назначению М. э. в. подразделяют на образцовые и рабочие (см. Меры). Обычно М. э. в. применяют в мостовых или компенсац. измерит. установках, позволяющих осуществлять измерения с более вы­сокой точностью, чем непосредственно приборами прямого преобразования (см. Компенсационный метод изме­рений). Изготовляют М. э. в. разл. классов точности. Резисторы — семи классов точности (ГОСТ 23737—79): 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02 и 0,05 (числа указывают пределы допустимых отклонений сопротивле­ния от номин. значения в %); конден­саторы (магазины ёмкости) — пяти классов (ГОСТ 6746—75): 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; катушки индуктивности — семи классов (ГОСТ 21175—75): 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; нормаль­ные элементы (ГОСТ 1954—75) — с пределами годовой нестабильности от 0,001 до 0,02%.

М. э. в. позволяют воспроизводить олектрич. величины в диапазонах

10^-5—10⁹ ом, 10^-8—10 Гн, 10^-3— 10⁸ пФ.

• Основы электроизмерительной техники, М., 1972; Справочник по электроизмери­тельным приборам, 2 изд., Л., 1977.

К. П. Широков.

МЁССБАУЭРА ЭФФЕКТ (ядерный -резонанс), испускание или поглощение -квантов ат. ядрами, связанными в тв. теле, не сопровождающееся изме­нением внутр. энергии тела, т. е. испусканием или поглощением фоно­нов. Открыт нем. физиком Р. Мёссбауэром (R. Mőssbauer) в 1958. Таким переходам ядер соответствуют очень узкие линии испускания и поглощения -лучей, обладающие естеств. шириной Г=ћ/ ( — ср. время жизни возбуждённого состоя­ния ядра, участвующего в -переходе; см. Ширина спектральных ли­ний) и энергией ξ₀, равной энергии перехода.

При испускании или поглощении ядром -кванта система, содержащая это ядро, приобретает импульс p =ξ₀/c, где ξ₀ — энергия -кванта, соответствующего данному квант. пе­реходу. Этому импульсу отвечает энер­гия ξ= p²/2М, где М — масса сис­темы. В результате отдачи линии ис­пускания и поглощения свободного и неподвижного ядер смещены в разные стороны от ξ₀ на величину 2ξ= ξ²₀/Мс² и уширены (см. Резонансное поглощение). В тв. теле благодаря вз-ствию атомов энергия отдачи пре­вращается в энергию колебаний крист. решётки; т. е. отдача приводит к рождению добавочных фононов. Если энергия отдачи (на одно ядро) меньше ср. энергии фонона, характерной для данного кристалла, то не каждый акт поглощения -кванта будет сопрово­ждаться рождением фонона. В таких «бесфононных» случаях внутр. энер­гия кристалла не изменяется. Кинетич. же энергия, к-рую приобретает кристалл в целом, воспринимая им­пульс отдачи, пренебрежимо мала (массу кристалла можно рассматри­вать бесконечно большой по сравне­нию с массой отд. атома).

Вероятность такого процесса до­стигает неск. % и десятков % при ξ₀150 кэВ. При увеличении энер­гии вероятность возбуждения фоно­нов при отдаче ядра растёт и вероят­ность М. э. быстро убывает. Вероят­ность М. э. возрастает при пониже­нии темп-ры Т (уменьшается вероят­ность возбуждения фононов при от­даче). Обычно для наблюдения М. э. необходимо охлаждать источник и поглотитель -квантов до темп-ры жидкого азота или жидкого гелия, однако для -переходов очень низких энергий (напр., ξ₀=14,4 кэВ для -перехода ядра ⁵⁷Fe или 23,9 кэВ для -перехода ядра ¹¹⁹Sn) М. э. можно наблюдать до T~1000°C. Вероятность М. э. тем больше, чем больше харак­терная для данного кристалла ср. энергия фононов (чем больше Дебая температура кристалла).

Исключительно малая ширина ре­зонансных линий (10^-10 эВ) позволяет использовать М. э. для измерения малых сдвигов энергии -квантов, вызванных теми или иными воздей­ствиями на излучающее или поглоща­ющее ядро или -квант. Напр., если сдвиг обусловлен ядерным Зеемана эффектом, измерение зеемановских расщеплений позволяет определить внутр. магн. поля, действующие на ядра (см. Мёссбауэроеская спектро­скопия).

Измерение вероятности М. э. и её зависимости от темп-ры позволяет по­лучить сведения об особенностях вз-ствия атомов в тв. телах и о коле­баниях атомов в крист. решётке. Из­мерения, в к-рых используется М. э., отличаются высокой избирательно­стью, т. к. в каждом эксперименте резонансное поглощение наблюда­ется только для ядер одного сорта. Это позволяет эффективно приме­нять М. э. в тех случаях, когда атомы, на ядрах к-рых наблюдается М. э., входят в состав тв. тел в виде приме­сей. М. э. используется для исследо­вания электронных состояний при­месных атомов в металлах и полупро­водниках и для изучения особенностей колебаний примесных атомов в кри­сталлах. М. э. применяется в биоло­гии (напр., исследование электронной структуры гемоглобина), в геологии (разведка и экспресс-анализ руд), для целей хим. анализа, для измере­ния скоростей и вибраций. М. э. наблюдается для 73 изотопов 41-го элемента; самым лёгким среди них явл. ⁴⁰К, самым тяжёлым — ²⁴³Am.

• Эффект Мессбауэра. Сб. статей, под ред. Ю. Кагана, М., 1962; Мессбауэр Р., Эффект RK и его значение для точных изме­рений, в кн.: Наука и человечество, М., 1962; Фрауэнфельдер Г., Эффект Мессбауэра, пер. с англ., М., 1964; Шпи­нель В. С., Резонанс гамма-лучей в кри­сталлах, М., 1969; Химические применения мессбауэровской спектроскопии, пер. с англ., М., 1970.

Н. Н. Делягин.

МЁССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКО­ПИЯ, метод изучения вз-ствия ядра с электрич. и магн. полями, создавае­мыми его окружением, основанный на использовании Мессбауэра эффекта. Эти вз-ствия вызывают сдвиги и рас­щепления уровней энергии ядра, что проявляется в сдвигах и расщеплени­ях мёссбауэровских линий. Энергия таких вз-ствий 10^-4 эВ, однако сверхтонкая структура мессбауэров­ской линии легко наблюдаема благода­ря малой естеств. ширине линии. Для этого используется Доплера эффект. Источнику -излучения сообщается скорость v (относительно поглотите­ля), при этом энергия -кванта меня­ется на величину ξ = ξ₀v/с (ξ₀— энергия -перехода). Скорости v в интервале 0,1 —1,0 см/с приводят к смещению линии на величину по­рядка её естеств. ширины. М ё с с б а у э р о в с к и е с п е к т р о-

407

м е т р ы (рис. 1) измеряют зависи­мость резонансного поглощения -квантов от скорости источника V. Максимум поглощения наблюдается, когда сдвиг мёссбауэровской линии, вызванный этим вз-ствием, компен­сируется доплеровским сдвигом.

Электрическое квадрупольное вз-ствие — вз-ствие электрич. квадрупольного момента ядра Q с неоднородным электрич. полем — приводит к расщеплению яд. уровней, в результа­те чего в спектрах поглощения на­блюдаются две (или больше) линии. Напр., для ядер ⁵⁷Fe, ¹¹⁹Sn и ¹²⁵Те в спектрах поглощения присутствует квадрупольный дублет (рис. 2, в). Разность энергии между компонента­ми дублета () пропорц. произведе­нию Q на градиент электрич. поля в об­ласти ядра. Т. к. последний характе­ризует симметрию зарядов, окружа­ющих ядро, то исследование квадрупольного вз-ствия позволяет полу­чить информацию об электронных кон­фигурациях атомов и ионов, об осо­бенностях структуры тв. тел, а также о квадрупольных моментах ядер.

Магн. дипольное вз-ствие обычно наблюдается в магнитно-упорядочен­ных в-вах (ферро-, антиферро-ферримагнитных), в к-рых на ядра действу­ют сильные магн. поля (напряжён­ностью ~10⁶ Э). Энергия магн. дипольного вз-ствия пропорц. произве­дению магн. поля Н на магн. момент ядра и зависит от их взаимной ориен­тации. Магн. дипольное вз-ствие при­водит к расщеплению осн. и возбуж­дённого состояний ядер, в результате чего в спектре поглощения появля­ется неск. линий, число к-рых соот­ветствует числу возможных -переходов между магн. подуровнями (см. Зеемана эффект) этих состояний. Напр., для ядра ⁵⁷Fe число таких пере­ходов равно 6 (рис. 2, г). По расстоя­нию между компонентами магн. сверх­тонкой структуры можно определить напряжённость магн. поля, действую­щего на ядро в тв. теле. Величины этих полей очень чувствительны к осо­бенностям электронной структуры тв. тела, к составу магн. материалов, поэтому исследование магн. сверх­тонкой структуры используется для изучения св-в кристаллов. Зависи­мость сверхтонкой структуры мёссбауэровского спектра от вида электрон­ных волновых ф-ций позволяет ис­пользовать данные М. с. для изуче­ния распределения зарядовой и спи­новой плотности в тв. телах, для хим. анализа и т. п. Чувствительность формы мёссбауэровского спектра к динамич. эффектам используется в М. с. для изучения диффузии атомов, спиновой релаксации, динамич. яв­лений при фазовых переходах и т. д.

Регистрация вторичных ч-ц (рент­геновских квантов, эл-нов конверсии внутренней), сопровождающих рас­пад возбуждённого состояния ядра после резонансного поглощения -кванта, позволяет изучать поверхно­сти тв. тел. Напр., при регистрации конверсионных эл-нов возможно ис­следование поверхностных слоев тол­щиной ~1000 Å.

• См. лит. при ст. Мёссбауэра эффект.

Н. Н. Делягин.

МЕТАЛЛИДЫ, то же, что металличе­ские соединения.

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ, тип хим. связи атомов в в-вах, обладающих металлич. св-вами. М. с. обу­словлена большой концентрацией в та­ких кристаллах эл-нов проводимости. Отрицательно заряженный «электрон­ный газ» удерживает положительно заряженные ионы на определённых расстояниях друг от друга (см. Ме­таллы, Кристаллохимия).

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ (металлиды), твёрдые фазы сплавов металлов друг с другом (интерметаллич. соединения) или с нек-рыми неметаллами (напр., с Н, В, N, С, Si), обладающие металлическими св-вами. В отличие от твёрдых раст­воров М. с. относятся к т. н. проме­жуточным фазам, т. е. имеют крист. решётку, отличную от решёток, обра­зующих фазу компонентов. На ди­аграммах состояния М. с. характери­зуются б. или м. узкой областью гомо­генности (т. е. их состав может отли­чаться от определённого стехиометрического), и от др. фаз диаграммы отделены двухфазными областями.

По своей природе М. с. делят на ряд классов: электронные соеди­нения, структура к-рых определя­ется электронной концентрацией; т. н. фазы внедрения, построен­ные на базе тв. растворов внедрения в решётку металла малых атомов не­металлов (напр., Н, N); нек-рые интерметаллич. соединения (и н т е р м е т а л л и д ы), имеющие сложные ре­шётки (-фазы, фазы Лавеса). Многие интерметаллиды не обладают металлич. св-вами и поэтому не явл. М. с. К М. с. можно отнести и упоря­доченные тв. растворы, образующиеся в результате фазового перехода 1-го рода.

А. Л. Ройтбурд.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СТЁКЛА (стекловидные металлы, метглассы), метал­лич. сплавы в стеклообразном состоя­нии, образующиеся при сверхбыстром охлаждении металлич. расплава (ско­рость охлаждения 10⁶ К/с). Быстрый теплоотвод достигается, если, по край­ней мере, один из размеров изготов­ляемого образца достаточно мал (фоль­га, лента, проволока). Расплющива­нием капли расплава между охлаждае­мыми наковальнями получают фольгу шириной 15 — 25 мм и толщиной 40—70 мкм, а охлаждением на враща­ющемся барабане (диске) или про­каткой струи между двумя валками — ленту шириной 3—6 мм и толщиной 40—100 мкм. Выдавливанием рас­плава в охлаждённую жидкость мо­гут быть изготовлены М. с. в виде проволоки.

Состав М. с.: ~ 80% переходных (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Pr и др.) или благородных металлов и ок. 20% поливалентных неметаллов (В, С, N, Si, P, Ge и др.), играющих роль стеклообразующих элементов. При­меры — бинарные сплавы (Au₈₁Si₁₉, Pd₈₁Si₁₉ и Fe₈₀B₂₀) и псевдобинарные сплавы, состоящие из 3—5 и более компонентов. М. с.— метастабильные системы, к-рые кристаллизуются при

408

Изучение М. с. позволяет исследо­вать природу металлич., магн. и др. св-в тв. тел. Высокая прочность (при­ближается к теор. пределу для кри­сталлов) в сочетании с большой пла­стичностью и высокой коррозионной стойкостью делает М. с. перспектив­ными упрочняющими элементами для материалов и изделий. Нек-рые М. с. (напр., Fe₈₀B₂₀) — ферромагнетики с очень низкой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью, что обусловливает их применение в качестве магнитно-мягких материа­лов. Другой важный класс аморфных магн. материалов — сплавы редких земель с переходными металлами. Перспективно использование электрич. и акустич. св-в М. с. (высокое и слабо зависящее от темп-ры электрич. сопротивление, слабое поглощение звука).

• В о н с о в с к и й С. В., Туров Е. А., Металлические стекла и аморфный магнетизм, «Изв. АН СССР. Сер. физ.», 1978, т. 42, № 8, с. 1570; Петраковекий Г. А., Амор­фные магнетики, «УФН», 1981, т. 134, в. 2, с. 305. См. также лит. при ст. Магнитно-мяг­кие материалы.

Е. А. Туров.

МЕТАЛЛООПТИКА, раздел физики, в к-ром изучается вз-ствие металлов с эл.-магн. волнами оптич. диапазона (электродинамич. св-ва металлов). Для металлов характерны: большие коэфф. отражения волн R в широком диапазоне длин волн , что связано с высокой концентрацией в металле эл-нов проводимости. Взаимодействуя с эл.-магн. волной, падающей на по­верхность металла, эл-ны проводимо­сти создают переменные токи, в ре­зультате чего большая часть энергии, приобретённой ими от эл.-магн. поля, излучается в виде вторичных волн, к-рые, складываясь, создают отражён­ную волну. Часть энергии, поглощён­ная эл-нами, передаётся ионам решёт­ки благодаря вз-ствию их с эл-нами. Токи проводимости экранируют внеш­нее эл.-магн. поле и приводят к за­туханию волны внутри металла (см. Скин-эффект).

Эл-ны проводимости могут погло­щать сколь угодно малые кванты ћ эл.-магн. энергии ( — частота излучения). Поэтому они вносят вклад в оптич. св-ва металла, к-рый особенно велик в радиочастотной и ИК областях спектра.

Оптич. св-ва металла связаны с его комплексной диэлектрической проницаемостью

()='()-i(4/)() ('— диэлектрич. проницаемость за вычетом вклада эл-нов проводимости,  — электропроводность металла) или по­казателем преломления n=n'-i= ( — показатель поглоще­ния). Комплексность n отражает экс­поненциальное затухание волны внут­ри металла. В ИК и оптич. обла­сти частот в первом приближении ()=()-(_п/)², где _п — плаз­менная частота эл-нов. При частотах

ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛОВ

* Соответствует =0,5893 мкм.

_п в металле возбуждаются п л а з м е н н ы е к о л е б а н и я эл-нов. Они приводят к появлению области прозрачности при _п.

В УФ диапазоне R падает, и ме­таллы по своим оптич. св-вам прибли­жаются к диэлектрикам; при ещё больших частотах (рентг. область) оптич. св-ва определяются эл-нами внутр. оболочек атомов, и металлы не отличаются от диэлектриков. Как и в диэлектриках, в металлах наблюда­ются полосы поглощения, связанные с резонансным возбуждением пере­ходов между разными энергетич. зона­ми эл-нов. Эти резонансы приводят к особенностям в '(). Благодаря силь­ному вз-ствию эл-нов полосы погло­щения в металле значительно шире, чем в диэлектрике. Обычно у метал­лов наблюдается неск. полос, рас­положенных гл. обр. в видимой и ближней УФ, реже в ИК областях спектра.

Волны, отражённые от поверхно­сти металла, поляризованные в пло­скости падения и перпендикулярно к ней, имеют разность фаз. Поэтому пло­ско поляризованный свет после отра­жения становится эллиптически поля­ризованным. В отличие от диэлектри­ков для волн, поляризованных в пло­скости падения, всегда R0.

• Соколов А. В., Оптические свойства металлов, М., 1961; Б о р н М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., М., 1970; Ги н з б у р г В. Л., Мотулевич Г. П., Оп­тические свойства металлов, «УФН» 1955 т. 55, в. 4, с. 469.

МЕТАЛЛОФИЗИКА, в широком смыс­ле раздел физики, изучающий строе­ние и св-ва металлов. М.— составная часть физики твёрдого тела. Строение реальных металлов характеризуется наличием трёх структур разл. мас­штаба: атомно-кристаллической, де­фектной (см. Дефекты) и гетерофазной(сплавы, тв. растворы). С этим свя­зано существование трёх направле­ний М.: микроскопич. теория ме­таллов, исследование дефектов и их влияния на механич., электрич. и др. св-ва металлов (см. Пластичность), изучение фаз и гетерофазных метал­лич. материалов (часто именно этот раздел называют М.). Все три направ­ления с разл. сторон решают общую проблему — установление связей физ. св-в металла с его строением и зависимости внутр. строения метал­лов от внеш. условий.

• См. лит. при ст. Металлы.

МЕТАЛЛЫ (от греч. metallon, перво­начально — шахта, руда, копи), про­стые в-ва, обладающие в обычных ус­ловиях характерными св-вами: вы­сокими электропроводностью и теп­лопроводностью, отрицательным тем­пературным коэфф. электропровод­ности, способностью хорошо отражать эл.-магн. волны (блеск и непрозрач­ность), пластичностью. М. в тв. сос­тоянии имеют крист. строение. В паро­образном состоянии М. одноатомны. Перечисленные св-ва М. обусловлены их электронным строением. В твёр­дых и жидких М. не все эл-ны связаны со своими атомами: значит. часть эл-нов может перемещаться; энергия этих эл-нов (электронов проводимо­сти) соответствует зоне проводимости М. (см. Зонная теория). М. можно представить в виде остова из положит. ионов, погружённого в «электронный газ». Последний компенсирует силы взаимного электростатич. отталкива­ния положит. ионов и тем самым свя­зывает их в твёрдое тело (металлич. связь).

Из известных (1980) 106 хим. элементов 83—М. Если в периодич. системе элементов провести прямую от В до At (см. табл.), то М. будут расположены слева от неё. Совокуп­ность перечисленных св-в присуща типичным М. (напр., Cu, Au, Ag, Fe) при обычных условиях (атм. давле­нии, комнатной темп-ре). При очень высоких давлениях (~10⁵—10⁶ атм или 10¹⁰—10¹¹ Па) св-ва М. могут значи­тельно измениться, а неметаллы приоб­рести металлич. св-ва. Металлич. блеск присущ только компактным металлич. образцам и металлич. плёнкам, мелко­дисперсные порошки М. часто имеют чёрный или серый цвет. Многие эле­менты по одним св-вам можно отнести к М., по другим — к неметаллам.

409

410

Большинство М. кристаллизуется в кубических объёмно-центрированной (ОЦК) и гранецентрированной (ГЦК) решётках и гексагональной (ГПУ) решётке. Это соответствует наиб. плотной упаковке атомов. Лишь не­большое число М. имеет более слож­ные типы крист. решёток. Многие М. в зависимости от темп-ры и давления могут существовать в виде неск. крист. модификаций (см. Полимор­физм).