Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ФЛ)"

Флуктуации электрические

Флуктуа'ции электри'ческие, хаотические изменения потенциалов, токов и зарядов в электрических цепях и линиях связи. Ф. э. вызываются тепловым движением носителей заряда и др. физическими процессами в веществе, обусловленными дискретной природой электричества (естественные Ф. э.), а также случайными изменениями и нестабильностью характеристик цепей (технические Ф. э.). Ф. э. возникают в пассивных элементах цепей (металлических и неметаллических проводниках), в активных элементах (электронных, ионных и полупроводниковых приборах), а также в атмосфере, в которой происходит распространение радиоволн .

  Тепловые Ф. э. (тепловой шум) обусловлены тепловым движением носителей заряда в проводнике, в результате чего на концах проводника возникает флуктуирующая разность потенциалов. В металлах из-за большой концентрации электронов проводимости и малой длины свободного пробега тепловые скорости электронов во много раз превосходят скорость направленного движения в электрическом поле (дрейфа). Поэтому Ф. э. в металлах зависят от температуры, но не зависят от приложенного напряжения (Найквиста формула ). При комнатной температуре интенсивность тепловых Ф. э. остаётся постоянной до частот ~ 10¹²гц. Хотя тепловые Ф. э. возникают только в активных сопротивлениях, наличие реактивных элементов (ёмкостей и индуктивностей) может изменить частотный спектр Ф. э. В неметаллических проводниках Ф. э. на низких частотах на несколько порядков превышают тепловые Ф. э. Эти избыточные шумы объясняются медленной случайной перестройкой структуры проводника под действием тока.

  Ф. э. в электровакуумных и ионных приборах связаны главным образом со случайным характером электронной эмиссии с катода (дробовой шум ). Интенсивность дробовых Ф. э. практически постоянна для частот (10⁸ гц и зависит от присутствия остаточных ионов и величины объёмного заряда (см. Дробовой эффект ). Дополнительные источники Ф. э. в этих приборах – вторичная электронная эмиссия с анода и сеток электронных ламп, динодов фотоэлектронных умножителей и т.п., а также случайное перераспределение тока между электродами. В электровакуумных и ионных приборах наблюдаются также медленные Ф. э., связанные с различными процессами на катоде (см. Фликкер-эффект ). В газоразрядных приборах низкого давления Ф. э. возникают из-за теплового движения электронов.

  В полупроводниковых приборах Ф. э. обусловлены случайным характером процессов генерации и рекомбинации электронов и дырок (генерационно-рекомбинационный шум) и диффузии носителей заряда (диффузионный шум). Оба процесса дают вклад как в тепловой, так и в дробовой шумы полупроводниковых приборов. Частотный спектр этих Ф. э. определяется временами жизни и дрейфа носителей. В полупроводниковых приборах наблюдаются также Ф. э., обусловленные «улавливанием» электронов и дырок дефектами кристаллической структуры (см. Дефекты в кристаллах , Полупроводники ).

  В приборах, работающих на принципе вынужденного излучения (мазеры и др.), проявляются шумы спонтанной эмиссии, обусловленные квантовым характером электромагнитного излучения.

  Технические Ф. э. связаны с температурными изменениями параметров цепей и их старением, нестабильностью источников питания, с помехами от промышленных установок, вибрацией и толчками, с нарушениями электрических контактов и т.п.

  Ф. э. в генераторах электрических колебаний вызывают модуляцию амплитуды и частоты колебаний (см. Модуляция колебаний ), что приводит к появлению непрерывного частотного спектра колебаний или к уширению спектральной линии генерируемых колебаний, составляющему величину 10^-7 –10^-12 от несущей частоты.

  Ф. э. приводят к появлению ложных сигналов – шумов на выходе усилителей электрических сигналов, ограничивают их чувствительность и помехоустойчивость , уменьшают стабильность генераторов и устойчивость систем автоматического регулирования и т.д.

  Лит.: Власов В. Ф., Электронные и ионные приборы, 3 изд., М., 1960, гл. 13; Бонч-Бруевич А. М., Радиоэлектроника в экспериментальной физике, М., 1966; Левин М. Л., Рытов С. М., Теория равновесных тепловых флуктуаций в электродинамике, М., 1967; Малахов А. Н., Флуктуации в автоколебательных системах, М., 1968; Ван дер Зил А., Шум, пер. с англ., М., 1973.

  И. Т. Трофименко.

Флуктуационная гипотеза

Флуктуацио'нная гипо'теза, космологическая гипотеза Л. Больцмана , согласно которой весь наблюдаемый звёздный мир, включая Солнечную систему, является одной из грандиозных флуктуаций во Вселенной, находящейся в целом в состоянии термодинамического равновесия («тепловой смерти» Вселенной ). Распространение второго начала термодинамики на системы космологического масштабов приводило к выводу о неизбежности для этих систем, а в конечном счёте и для всей Вселенной, конечного состояния термодинамического равновесия (максимума энтропии ), при котором невозможны какие бы то ни было макроскопические изменения и движения, существование организованных структур любой природы. В то же время наблюдаемая нами часть Вселенной далека от такого состояния. В качестве возможного объяснения этого противоречия (парадокса) и была предложена Ф. г. (80-е гг. 19 в.). В рамках статистической термодинамики существование неравновесных подсистем в равновесной системе возможно, хотя и мало вероятно. Согласно же Ф. г., в равновесной Вселенной, если она достаточно велика, должны возникать не только малые, но и грандиозные (и тем более маловероятные) флуктуации.

  Ф. г. была наиболее выдающейся попыткой преодолеть упомянутый парадокс в рамках классической (дорелятивистской) физики и космологии. Однако, сточки зрения физики, вероятность флуктуации нужных масштабов настолько мала, а время ожидания её появления настолько велико, что различие между понятиями «маловероятно» и «невозможно» становится, в сущности, формальным. С мировоззренческой точки зрения представляется неудовлетворительным, что существование жизни (и вообще организованных структур) оказывается почти чудом, и, т. о., парадокс тепловой смерти, по сути дела, не устраняется, а всего лишь смягчается. Как и другие космологические парадоксы, этот парадокс вообще не мог быть последовательно преодолен в рамках классической физической картины мира: к явлениям космологического масштаба применима не классическая, а релятивистская физика (в частности, релятивистская термодинамика). Английский физик Р. Толмен показал (1928), что учёт тяготения ведёт к выводу, неожиданному с точки зрения классической термодинамики: энтропия системы может расти безгранично, не достигая какого-либо конечного состояния с максимальной энтропией. См. также Космология .

  Лит.: Больцман Л., Статьи и речи, М., 1970; Толмен Р., Относительность, термодинамика и космология, пер. с англ., М., 1974; Зельдорич Я. Б., Новиков И. Д., Строение и эволюция Вселенной, М., 1975.

  Г. И. Наан.

Флуоресцеин

Флуоресцеи'н, диоксифлуоран, жёлтые кристаллы, плохо растворимые в воде, лучше – в спирте и водных щелочах, t_пл 314–316 °С (с разложением); в водных растворах существует в виде смеси (1: 1) бензоидной (1) и хиноидной форм и обладает сильной жёлто-зелёной флуоресценцией (отсюда и название).

Ф. относится к группе триарилметановых (ксантеновых) красителей; окрашивает в жёлтый цвет шёлк и шерсть. Однако в текстильной промышленности его не применяют вследствие малой прочности выкрасок. Ф. используют для изучения путей следования подземных вод, его динатриевую соль (уранин) – как компонент флуоресцирующих составов, изотиоцианатные производные Ф. – в качестве биологических красок для определения антигенов и антител. Практическое значение имеют также некоторые галогензамещённые Ф., например эозины . Получают Ф. конденсацией фталевого ангидрида с резорцином .

Флуоресцеин.

Флуоресцентная микроскопия

Флуоресце'нтная микроскопи'я, то же, что люминесцентная микроскопия . См. также Микроскоп [метод исследования в свете люминесценции (люминесцентная микроскопия, или флуоресцентная микроскопия)] и Люминесцентный анализ .

Флуоресценция

Флуоресце'нция, флюоресценция (от название минерала флюорит , у которого впервые была обнаружена Ф., и лат. -escent – суффикс, означающий слабое действие), люминесценция , затухающая в течение времени t ~ 10^-8 –10^-9сек. Разделение люминесценции на Ф. и фосфоресценцию устарело, приобрело условный смысл качественной характеристики длительности люминесценции. По механизму преобразования энергии возбуждения Ф., как правило, является спонтанной люминесценцией, поэтому т определяется временем жизни на возбуждённом уровне.

  В атомных парах наблюдается резонансная Ф., её частота совпадает с частотой возбуждающего излучения (см. Резонансное излучение ). Ф. молекул может происходить в сильно разреженных парах, причём увеличение давления паров или добавление посторонних примесей приводит к тушению Ф. Многие органические вещества (особенно ароматические соединения) обладают Ф. в жидких и твёрдых растворах, а также в кристаллическом состоянии.

  Спектры Ф., её поляризация и кинетика связаны со структурой и симметрией молекул, характером их взаимодействия, зависят от концентрации растворов, вида возбуждения и т.д. С помощью Ф. изучают структуру кристаллов и экситонные процессы в них (см. Спектроскопия кристаллов ), энергетические уровни молекул, их структуру и взаимодействие, процессы миграции энергии возбуждения и др. Ф. используют в люминесцентном анализе , сцинтилляционных счётчиках , минералогических исследованиях.

  Время затухания Ф. измеряют с помощью флуорометров .

  Лит. см. при ст. Люминесценция .

Флуоресценция минералов

Флуоресце'нция минера'лов, свечение, возбуждаемое в минералах светом, рентгеновскими или катодными лучами и быстро затухающее (через 10^-2 –10^-1 сек ) после прекращения возбуждения, что отличает его от фосфоресценции и термолюминесценции . Как физическое явление Ф. м. впервые была обнаружена у флюорита , с чем связано происхождение термина. Ф. м. характерна для минералов-диэлектриков и полупроводников, прозрачных для видимого света и света из ближних ультрафиолетовой и инфракрасной областей спектра (см. Кристаллофосфоры ). Ф. м. связана с примесями, реже с собственными ионами или комплексами, образующими центры свечения ; иногда частично или полностью погашена некоторыми изоморфными примесями (например, ионами двухвалентного железа).

  Ф. м. используют в люминесцентном анализе для диагностики минералов (шеелита, циркона, апатита, урановых минералов и др.) в горных выработках; для определения микропримесей редких и рассеянных элементов (U, редкоземельные элементы и др.); для обогащения руд путём выделения полезного компонента по его свечению (алмазы, плавиковый шпат, шеелит и др.).

  Лит.: Марфунин А. С., Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах, М., 1975.

  Б. С. Горобец.

Флуорометр

Флуоро'метр, прибор для измерения времени т затухания флуоресценции (времени ~ 10^-8 –10^-9сек ). Действие Ф. основано на том, что при высокочастотном модулированном возбуждении люминесценции последняя модулирована с той же частотой, но вследствие конечной длительности свечения её модуляция отстаёт по фазе от модуляции возбуждения. При синусоидальной модуляции возбуждения с частотой (и экспоненциальном законе затухания флуоресценции угол сдвига фаз j = arctg (wt). При этом амплитуда модуляции возбуждения A _{и люминесценции А связаны соотношением: . Т. о., для определения (необходимо измерять либо j, либо отношение A /A. Если закон затухания не экспоненциальный, указанным методом можно установить среднее время жизни возбуждённого состояния и оценить степень отклонения затухания от экспоненциального хода.}

  Наибольшее распространение получили фазовые Ф., измеряющие j (рис. ). В фазовом Ф. с оптическим возбуждением световой пучок от источника света 1 направляется в модулятор 2. Часть модулированного потока отводится с помощью полупрозрачной пластинки 3 и попадает на фотоэлектронный умножитель 5. Остальная часть потока фокусируется на исследуемый объект 4, возбуждает его флуоресценцию, которая отводится на фотоэлектронный умножитель 6. Разность фаз (между фототоками от 5 и 6 измеряется при помощи фазометрического устройства 7 . В качестве индикатора фазы служит электроннолучевая трубка или фазовый детектор 8. Разработаны также Ф., работающие при возбуждении электронным пучком и рентгеновским излучением.

  В более совершенном по сравнению с Ф. приборе люминесценцию возбуждают короткими световыми импульсами и непосредственно регистрируют кривую её затухания.

  Ф., или флуориметрами, называются также приборы для люминесцентного анализа , измеряющие интенсивность люминесценции. Они включают источник возбуждения люминесценции и фотометр .

Схема фазового флуорометра.

Флуорохромы

Флуорохро'мы (от флуоресценция и греч. chroma – цвет, краска), вещества, применяемые в люминесцентной, или флуоресцентной, микроскопии (см. Микроскоп ) для обработки объектов, не обладающих природной способностью люминесцировать. При искусственном введении в организм Ф. адсорбируются клетками и придают им способность люминесцировать. Ф. являются красители (аурамин, корифосфин и др.), пигменты и их производные (хлорофилл, порфирины), некоторые алкалоиды (берберин) и др. Возбуждение люминесценции микроскопических объектов, окрашенных Ф., производится ультрафиолетовым, фиолетовым и синим светом. Люминесцентная микроскопия с применением Ф. даёт преимущество в различении деталей структуры по сравнению с обычным окрашиванием (в особенности биологических объектов). Благодаря большой чувствительности люминесцентного метода концентрация Ф. может быть очень малой, что позволяет производить наблюдение на живых биологических объектах (прижизненное флуорохромирование) и исследовать происходящие в них процессы обмена веществ.

  Лит.: Лёвшин В. Л., Фотолюминесценция жидких и твёрдых веществ, М. – Л., 1951; Зеленин А. В., Люминесцентная цитохимия нуклеиновых кислот, М., 1967.

Флуранс Гюстав

Флура'нс (Flourens) Гюстав (4.8.1838, Париж, – 3.4.1871, Шату), член Парижской Коммуны 1871, бланкист. Естествоиспытатель. Сын физиолога П. Флуранса , в 1863 занял кафедру отца в Коллеж де Франс, был отстранён в 1864 от преподавания за атеистическую направленность лекций. В 1866–68 участвовал в национально-освободительной борьбе греч. населения о. Крит против тур. господства. После неудачной попытки поднять в феврале 1870 в Париже восстание против режима Второй империи бежал из Франции. В Великобритании сблизился с К. Марксом, вступил в 1-й Интернационал. После Сентябрьской революции 1870 во Франции командовал батальонами Национальной гвардии. Вместе с Л. О. Бланки руководил восстанием 31 октября 1870 против «правительства национальной обороны». Являлся членом Парижской Коммуны 1871, входил в состав её Военной комиссии. Во время похода коммунаров на Версаль был захвачен и расстрелян версальцами.

Флуранс Пьер Жан Мари

Флура'нс (Flourens) Пьер Жан Мари (24.4.1794, Морейан, департамент Эро, – 5.12.1867, Монжерон, близ Парижа), французский физиолог. Член Парижской АН (1828, с 1833 – её постоянный секретарь) и член Французской академии (1840). С 1830 профессор Национального музея естественной истории, с 1855 профессор Коллеж де Франс. Основные труды по возбудимости, строению и функциям: нервной системы, развитию костей и зубов, строению кожи и слизистых оболочек и др. Открыл (1822) наличие в продолговатом мозге дыхательного центра, название им жизненным узлом. Установил, что восприятие внешнего мира и произвольные движения связаны с большими полушариями головного мозга, но ошибочно полагал, что между отдельными участками больших полушарий не существует функциональных различий. Член Лондонского королевского общества (1835).

  Соч.: Recherches expérimentales sur les propriétés et les fonctions du système nerveux dans les animaux vertébrés. P., 1824; Expériences sur ie système nerveux.... P., 1825; Théorie expérimentale de la formation des os, P., 1847; Cours de physiologic comparée..., P., 1856.

Флювиогляциальные отложения

Флювиогляциа'льные отложе'ния, отложения потоков талых ледниковых вод. Различают два типа Ф. о. – приледниковый и внутриледниковый. Приледниковые Ф. о. образуются перед фронтом ледника вытекающими из-под его края талыми водами. Они слагают зандры и флювиогляциальные террасы, а также некоторые маргинальные и радиальные озы , возникшие путём слияния дельт , накопленных в местах выхода талых вод из-под края ледника там, где он спускался в озёрный или морской водоём. Для Ф. о. характерна быстрая смена грубых галечников и валунных песков мелкозернистыми косослоистыми песками по мере удаления от края ледника. Внутриледниковые Ф. о. отлагаются талыми водами, протекающими по проложенным ими в толще льда подлёдным тоннелям, промоинам и проталинам; слагают своеобразные формы рельефа – озы и камы ; отличаются большой неоднородностью строения, обусловленной чередованием в разрезе и сменой на площади накоплений валунников, галечников, гравия, плохо отсортированных или хорошо промытых, косослоистых песков разной крупности (вплоть до тонкозернистых).

  Е. В. Шанцер.

Флюгельгорн

Флюгельго'рн (нем. Flügelhorn, от Flügel – крыло, лопасть и Horn – рог, рожок; возможно, слово должно рассматриваться как искажённое Bugelhorn), духовой мундштучный музыкальный инструмент. Ф. часто называют инструменты семейства бюгельгорнов , термин закрепился как название одного из них – бюгельгорна-сопрано. От др. инструментов семейства он отличается более широкой мензурой. Изготовляются и Ф. с менее широкой мензурой, близкие к корнету . Диапазон и нотация те же, что у корнета-сопрано, строй – си-бемоль, реже до. Ф. появился около 1825 в Австрии.

  Лит.: Чулаки М., Инструменты симфонического оркестра, 3 изд., М., 1972; Sachs С., Realexikon der Musikinstrumente, В., 1913, факсимильное переизд. – Hildesheim, 1964.

Флюгер

Флю'гер (от нем. Flügel или голл. vieugel – крыло), прибор для определения направления и измерения скорости ветра. Направление ветра (см. рис. ) определяется по положению двухлопастной флюгарки, состоящей из 2 пластин 1 , расположенных углом, и противовеса 2. Флюгарка, будучи укреплена на металлической трубке 3, свободно вращается на стальном стержне. Под действием ветра она устанавливается по направлению ветра так, что противовес направлен навстречу ему. На стержень надета муфта 4 со штифтами, ориентированными соответственно основным румбам . По положению противовеса относительно этих штифтов и определяют направление ветра.

  Скорость ветра измеряется при помощи отвесно подвешенной на горизонтальной оси 5 металлической пластины (доски) 6. Доска вращается вокруг вертикальной оси вместе с флюгаркой и под действием ветра всегда устанавливается перпендикулярно потоку воздуха. В зависимости от скорости ветра доска Ф. отклоняется от отвесного положения на тот или иной угол, отсчитываемый по дуге 7 . Ф. ставят на мачте на высоте 10–12 м от поверхности земли.

  Лит.: Стернзат М. С., Метеорологические приборы и наблюдения, Л., 1968.

Рис. к ст. Флюгер.

Флюидальная структура (текстура)

Флюида'льная структу'ра (тексту'ра) (от лат. fluidus – текучий), строение горных пород, характеризующееся потокообразным расположением кристаллов горных пород или микролитов основной массы, огибающих вкрапленники . Образуется при движении вязкой застывающей лавы. Ф. с. характерна для эффузивных (трахиты, липариты, обсидиан) горных пород; Ф. т. – для полукристаллических горных пород (габбро, нефелиновые сиениты). См. также Строение горных пород .

Флюксий исчисление

Флю'ксий исчисле'ние, наиболее ранняя форма дифференциального и интегрального исчислений. Возникло и в основных частях было развито в сочинениях И. Ньютона ; основные факты Ф. и. были получены им в 1665–66. Задачи исчисления флюксий Ньютон формулировал так: «1. Длина проходимого пути постоянно (т. е. в каждый момент времени) дана; требуется найти скорость движения в предложенное время. 2. Скорость движения постоянно дана; требуется найти длину пройденного в предложенное время пути» (Ньютон И., Математические работы, пер. с лат., М. – Л., 1937, с. 45). Время Ньютон понимал как общий аргумент, к которому отнесены все переменные величины. Систему величин х, у, z,..., одновременно изменяющихся непрерывно в зависимости от времени, он называл флюентами (лат. fluens – текущий, от fluo – теку), скорости, с которыми изменяются флюенты, – флюксиями (лат. fluxio – истечение): , , . Т. о., флюксий являются производными флюент по времени. Бесконечно малые изменения флюент Ньютон назвал моментами (понятие момента в Ф. и. соответствует дифференциалу), момент независимого переменного он обозначил знаком о, момент флюенты х – знаком xo. Представление о существе операции отыскания флюксий и особенностях символики можно получить из следующего примера (см. там же, с. 50): «Пусть, например, дано уравнение

x³ – axx + аху – y³ = 0.

  Подставь в него и  вместо х и у, ты получишь

  Но по предположению x³ – axx + аху – y³ = 0. Поэтому вычеркни эти члены, а остальные раздели на о. При этом останется

  Но так как мы предположили о бесконечно малой величиной, для того чтобы она могла выражать моменты величин, то те члены, которые на неё умножены, можно считать за ничто в сравнении с другими. Поэтому я ими пренебрегаю, и остаётся

  Об обратной задаче Ф. и., обосновании Ф. и. и его истории см. в ст. Ньютон И. и Дифференциальное исчисление .

  Ф. и., как особый вид дифференциального и интегрального исчисления со своеобразной символикой, развивалось только в работах английских математиков. В конце 17 – начале 18 вв. оно было вытеснено дифференциальным исчислением с символикой, более удобной и потому чаще употребляемой. Символы, принятые в Ф. и., частично сохранились в механике и в векторном анализе.

  Лит.: Ньютон И., Математические работы, пер. с лат., М. – Л., 1937; его же, Математические начала натуральной философии, пер. с лат., М. – Л., 1936; Цейтен Г. Г., История математики в XVI и XVII веках, пер. с нем., 2 изд., М. – Л., 1938; Колмогорова. Н., Ньютон и современное математическое мышление, в кн.: Московский университет – памяти Исаака Ньютона. 1643–1943, М., 1946; Cajori F., A history of the conceptions of limits and fluxions in Great Britain, from Newton, to Woodhouse, Chi. – L., 1919.

Назад к карточке книги "Большая Советская Энциклопедия (ФЛ)"