Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ПО)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 96 (всего у книги 147 страниц)
Поляризация частиц
Поляриза'ция части'ц , характеристика состояния частиц, связанная с наличием у них собственного момента количества движения – спина . Понятие П. ч. близко к понятию поляризации света . Последнее означает, в частности, что плоские световые волны с определёнными частотой, направлением распространения и интенсивностью могут отличаться расположением векторов напряжённостей электрического и магнитного полей в пространстве, т. е. поляризацией. Это свойство сохраняется и при квантовом описании света: фотон может обладать поляризацией.
Частица с ненулевой массой покоя (электрон, ядро и др.) и спином J (в единицах постоянной Планка 
) имеет 2J + 1 квантовых состояний, отвечающих различным ориентациям спина (различным значениям проекции спина на некоторое направление). Состояние частицы представляет собой суперпозицию этих состояний. Если коэффициент суперпозиции полностью определены («чистое» квантовое состояние), то говорят, что частица полностью поляризована. Если коэффициент суперпозиции определены не полностью, а заданы только некоторыми статистическими характеристиками («смешанное» состояние), то говорят о частичной поляризации. В частности, частица может быть полностью неполяризованной; это означает, что её свойства одинаковы по всем направлениям, как у бесспиновой частицы (с J = 0). В общем случае П. ч. определяет степень симметрии (или асимметрии) частиц в пространстве. Частицу называют поляризованной (в узком смысле слова), если характеристика её симметрии включает винтовую ось (как у вращающегося твёрдого тела или у циркулярно поляризованного света). Если такой оси нет, но нет и сферической симметрии, то П. ч. называют выстроенностью (пример – линейно поляризованный свет). П. ч. определяется в общем случае числом параметров, равным (2J + 1)2– 1.
Частица с нулевой массой, например фотон, обладает только двумя состояниями, определяемыми её спином, а её поляризация определяется в общем случае тремя параметрами. Нейтрино с нулевой массой обладают особым свойством – они всегда полностью поляризованы в форме правой или левой циркулярной поляризации (см. Нейтрино ).
В. Б. Берестецкий.
Поляризация электрохимическая
Поляриза'ция электрохими'ческая , отклонение электродного потенциала Е от стационарного потенциала Ест, который электрод приобретает в отсутствие внешнего тока. П. э. измеряется в вольтах (милливольтах). Если отклонение отрицательно (вызвано подводом электронов, которые должны расходоваться в реакциях, идущих в катодном направлении), то П. э. называют катодной; при противоположном направлении тока – анодной. Графики функциональной связи между П. э. и плотностью тока i называют соответственно катодными и анодными поляризационными кривыми и широко используют при описании и исследовании электрохимических и коррозионных процессов.
В общем случае связь между i и П. э. криволинейна, однако в интервале отклонений ± 10—15 мв от Ест она, как правило, прямолинейна. Угловой коэффициент этого участка (т. е. отношение приращения П. э. к приращению i ) имеет размерность сопротивления единицы поверхности (ом ×см2 ) и называется поляризационным сопротивлением электрода Rп. Электроды с большим Rп называются сильнополяризуемыми, т.к. уже при очень малых i их потенциалы сильно отклоняются от Ест. Электроды с малым Rп — слабополяризуемые. Существует обратная пропорциональность между Rп и интенсивностью того обмена электрическими зарядами, который происходит между электродом и электролитом при Ест. На коррелирующем электроде эта интенсивность обычно совпадает с плотностью коррозионного тока, и потому измерение Rп иногда используют для определения скорости электрохимической коррозии . Если на электроде возможна лишь одна электродная реакция, то Ест совпадает с равновесным потенциалом Ер этой реакции, П. э. – с её перенапряжением , a Rп оказывается обратно пропорциональным равновесному току обмена.
Термином «концентрационная поляризация» обозначают те изменения Е, которые связаны с замедленным переносом исходных или конечных компонентов протекающей на электроде реакции. В зоне реакции концентрация первых (сисх ) понижается, а вторых (скон ) – увеличивается. Это повышает тенденцию реакции протекать в обратном направлении, что и должно компенсироваться приложением дополнительной разности потенциалов. Последняя особенно резко растет, когда скорость реакции достигает предельно возможной скорости диффузионных потоков, так что либо сисх снижается практически до 0, либо конечные продукты кристаллизуются, закрывая электродную поверхность. Эту предельную диффузионную плотность тока можно повысить, улучшив массоперенос, например, путём перемешивания. Вместо термина «концентрационная поляризация» также пользуются термином «концентрационное перенапряжение», т.к. обозначаемое им отклонение Е должно фактически отсчитываться не от Ест, а от Ер соответствующей индивидуальной реакции.
Явления П. э. могут быть и вредны, и полезны. Например, при электролизе они повышают расход электроэнергии, а при работе гальванического элемента понижают отдачу электроэнергии; зато при коррозии могут вести к торможению нежелательных процессов. См. также ст. Пассивирование .
Лит.: Кинетика электродных процессов, М., 1952 (авт. колл. под рук. А. Н. Фрумкина); Скорчеллетти В. В., Теоретическая электрохимия, Л., 1959; Феттер К., Электрохимическая кинетика, пер. с нем., М., 1967; Антропов Л. И., Теоретическая электрохимия, 2 изд., М., 1969.
В. М. Новаковский.
Поляризованные нейтроны
Поляризо'ванные нейтро'ны , совокупность нейтронов, спины которых имеют преимущественную ориентацию по отношению к какому-либо выделенному направлению в пространстве, обычно направлению магнитного поля. Т. к. нейтрон обладает спином 1 /2 , то в магнитном поле Н возможны 2 ориентации его спина: параллельно или антипараллельно Н. Нейтронный пучок поляризован, если он содержит разное количество N нейтронов со спинами, ориентированными вдоль (N+ ) и против поля (N- ). Степень поляризации характеризуют величиной
P = (N+ – N- )/ (N+ + N- ).
Впервые П. н. были получены при пропускании пучка нейтронов через намагниченную до насыщения железную пластину (метод предложен Ф. Блохом в 1936 и исследован Д. Юзом с сотрудниками в 1947, США). Нейтроны, спины которых параллельны направлению намагниченности ферромагнетика, сильнее рассеиваются и выбывают из пучка. В результате пучок нейтронов, прошедший через пластину, обогащается нейтронами со спинами, антипараллельными намагниченности. Метод требует сильных намагничивающих полей. В полях H ~10000 э наибольшая степень поляризации P = 0,6.
Более эффективен дифракционный метод (разработан К. Шаллом, Е. Воланом и В. Колером, США, 1951), основанный на дифракции нейтронов от определённых плоскостей намагниченных ферромагнитных монокристаллов (см. Дифракция частиц ), например сплава Со – Fe. Меняя величину намагниченности и семейства отражающих плоскостей кристалла, можно изменять амплитуду когерентного магнитного рассеяния от 0 до некоторой максимальной величины. Это означает, что для ферромагнитного монокристалла можно подобрать такое брэгговское отражение и величину намагниченности, чтобы ядерная b и магнитная fm амплитуды оказались равными. Тогда для нейтронов со спином, антипараллельным направлению намагниченности, суммарная амплитуда рассеяния равна 0, т. е. под углом Брэгга отразится пучок нейтронов со спинами, параллельными намагниченности. Дифракционный метод позволяет получить монохроматический пучок П. н. тепловых и резонансных энергий (см. Медленные нейтроны ) со степенью поляризации до 0,99.
Часто для получения П. н. пользуются методом отражения нейтронов от намагниченных ферромагнитных зеркал (например, из Со). При определённых условиях полное отражение испытывают нейтроны со спинами, параллельными намагниченности ферромагнетика. Метод позволяет получить интенсивные отражённые поляризованные пучки нейтронов. Поляризатором нейтронов может служить также неоднородное магнитное поле. Пучок нейтронов, проходя через такое поле, расщепляется на 2 пучка, т.к. на нейтроны с двумя разными ориентациями спинов действуют противоположно направленные силы (см. Штерна – Герлаха опыт ).
Одним из методов получения П. н. является рассеяние нейтронов на ориентированных ядрах . Для этого нейтроны пропускают через поляризованную ядерную мишень. Амплитуда ядерного рассеяния зависит от ориентации спина нейтрона относительно спина ядра. Максимальное рассеяние соответствует параллельности спинов нейтрона и ядра, минимальное – их антипараллельности. Особенно эффективна мишень, содержащая ориентированные протоны. Т. к. сечение рассеяния медленных нейтронов на протонах не зависит от их энергии, то удаётся получить П. н. в интервале от 10-2 эв до 104 —105эв . Впервые этот метод был осуществлен Ф. Л. Шапиро с сотрудниками в 1963. П. н. с энергией > 106эв образуются при рассеянии нейтронов на ядрах за счёт спин-орбитального взаимодействия.
П. н. имеют многочисленные применения в ядерной физике как для исследования фундаментальных свойств взаимодействия нуклонов (несохранение чётности в ядерных силах, временная инвариантность ядерных взаимодействий, динамика (b-распада нейтрона), так и при изучении структуры ядра. В физике твёрдого тела П. н. позволяют исследовать конфигурацию неспаренных электронов в магнетиках (прецизионные измерения распределения неспаренных электронов атомов и ионов в кристаллической решётке привели в ряде случаев к обнаружению отклонений распределения заряда от сферически симметричного), измерить магнитные моменты отдельных компонент в сплавах, величину и знак амплитуд магнитного рассеяния и т.д., исследовать изменения поляризации нейтронов при их рассеянии, а также поворот плоскости поляризации в некоторых кристаллах (что облегчает расшифровку сложных магнитных структур). Неупругое рассеяние П. н. расширяет возможности исследования динамических свойств решётки магнитных кристаллов. П. н. применяются также при изучении фазовых переходов ферромагнетик – парамагнетик и т.д.
Лит.: Власов Н. А., Нейтроны, 2 изд., М., 1971; Гуревич И. И., Тарасов Л. В., физика нейтронов низших энергий, М., 1965; Абов Ю. Г., Гулько А. Д., Крупчицкий П. А., Поляризованные медленные нейтроны, М., 1966; Юз Д., Нейтронная оптика, пер. с англ., М., 1955.
Ю. Г. Абов.
Поляризованные ядра
Поляризо'ванные я'дра, см. Ориентированные ядра .
Поляризуемость
Поляризу'емость атомов, ионов и молекул, способность этих частиц приобретать дипольный момент р (см. Диполь ) в электрическом поле Е. Появление р обусловлено смещением электрических зарядов в атомных системах под действием поля Е; такой индуцированный момент р исчезает при выключении поля (понятие П. не относят, как правило, к частицам, обладающим постоянным дипольным моментом, например к полярным молекулам).
В относительно слабых полях зависимость р от Е линейная:
р = aЕ,
где a имеет размерность объёма и является количественной мерой П. (её также называют П.). Для некоторых молекул значение П. может зависеть от направления Е (анизотропная П.). В сильных электрических полях зависимость р (Е ) перестаёт быть линейной.
В формуле (1) E – электрическое поле в месте нахождения частицы – т. н. локальное поле; для изолированной частицы (например, молекулы разреженного газа) оно совпадает с внешним полем Евнеш; в жидкости или кристалле к Евнеш добавляются поля Евнутр, создаваемые окружающими данную частицу другими заряженными частицами.
При включении поля момент р появляется не мгновенно, время установления t момента р зависит от природы частиц и окружающей среды. Статическому полю отвечает статическое значение П. В переменном, например изменяющемся по гармоническому закону, поле П. зависит от его частоты w и времени установления t. При достаточно низких w и коротких t момент р устанавливается синфазно с изменениями поля и П. совпадает со статической П. При очень высоких w или больших t момент р может вообще не возникать (частица «не чувствует» присутствия поля, П. нет). В промежуточных случаях (особенно при w 
1/t) наблюдаются явления дисперсии и поглощения.
Различают несколько видов П. Электронная П. обусловлена смещением в поле Е электронных оболочек относительно атомных ядер; ионная П. (в ионных кристаллах) – смещением в противоположных направлениях разноимённых ионов из положения равновесия; атомная П. обусловлена смещением в поле Е атомов разного типа в молекуле (она связана с несимметричным распределением в молекуле электронной плотности). Температурная зависимость этих видов П. слабая: с ростом температуры П. несколько уменьшается.
В физике твёрдых и жидких диэлектриков под П. понимают среднюю П. (поляризацию Р, рассчитанную на 1 частицу и приходящуюся на единицу поля: a = P/EN, где N — число частиц). П. полярных диэлектриков называется ориентационной. Поляризация диэлектриков при скачкообразных переходах его частиц из одного возможного состояния в другое под действием поля Е можно описывать, вводя релаксационную П. Характерной особенностью этих видов П. является их резкая зависимость от температуры.
В литературе по физике диэлектриков иногда называют П. коэффициент пропорциональности c между Р и Е: Р = c Е, т. е. диэлектрическую восприимчивость.
Понятие П. получило большое применение в физике диэлектриков, молекулярной физике и физической химии. Для относительно простых систем связь между П. и макроскопическими характеристиками вещества описывается, например для электронной П., Лоренц – Лоренца формулой или Клаузиуса – Моссотти формулой , а с учётом ориентационной П. – формулой Ланжевена – Дебая. С помощью этих (и подобных им) формул можно экспериментально определять П. Понятие П. применяется для объяснения и исследования ряда оптических явлений: поляризации света, рассеяния света, оптической активности, комбинационного рассеяния света, особенно в системах из многоатомных молекул (в частности, белков).
Лит.: Сканави Г. И., физика диэлектриков (область слабых полей), М. – Л., 1949; Фрёлих Г., Теория диэлектриков, пер. с англ., М., 1960; Волькенштейн М. В., Строение и физические свойства молекул, М. – Л., 1955.
А. А. Гусев.
Поляриметр
Поляри'метр, 1) прибор для измерения угла вращения плоскости поляризации монохроматического света в оптически-активных веществах (дисперсию оптической активности измеряют спектрополяриметрами). В П., построенных по схеме полутеневых приборов (рис. 1 , 2 ), измерение сводится к визуальному уравниванию яркостей двух половин поля зрения прибора и последующему считыванию показаний по шкале вращений, снабженной нониусом . Эту методику, несмотря на её принципиальную простоту, отличает достаточно высокая для многих целей точность измерений, что обусловило широкое применение полутеневых П. Однако более распространены автоматические П. с фотоэлектрической регистрацией, в которых та же задача сопоставления двух интенсивностей решается поляризационной модуляцией светового потока (см. Модуляция света ) и выделением на выходе приёмника света сигнала основной частоты (рис. 3 ). Современные автоматические П. позволяют измерять углы оптического вращения с точностью ~ 0,0002°.
2) Прибор для определения степени поляризации р частично поляризованного света (см. Поляризация света ). Простейший такой П. – полутеневой поляриметр Корню, предназначенный для измерения степени линейной поляризации. Основными элементами этого П. служат призма Волластона (см. Поляризационные призмы ) и анализатор . Поворотом анализатора (шкала поворота проградуирована на значения р ) уравнивают яркости полей, освещаемых пучками, которые при выходе из призмы имеют неодинаковую интенсивность. Фотоэлектрический П. в наиболее простом случае измерения степени линейной поляризации состоит из вращающегося вокруг оптической оси П. анализатора и фотоприёмника. Отношение амплитуд переменной составляющей тока приёмника к постоянной непосредственно даёт р. Поставив перед П. фазовую пластинку четверть длины волны (см. Компенсатор оптический , Поляризационные приборы ), можно использовать его для измерения степени круговой (циркулярной) поляризации.
П. широко и эффективно применяются в первую очередь в поляриметрии для изучения структуры и свойств веществ, а также для других научных исследований и решения технических задач. В частности, измерения степени циркулярной поляризации излучения космических объектов позволяют обнаруживать сильные магнитные поля во Вселенной.
Лит.: Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961; см. также лит. к ст. Поляризация света , Поляриметрия .
В. С. Запасский.
Рис. 3. Схемы автоматических поляриметров с фотоэлектрической регистрацией, основанные на модуляции света по плоскости поляризации (схема б отличается от а лишь наличием магнитооптического модулятора М, поэтому её элементы не снабжены цифровыми обозначениями). 1 – источник света; 2 – конденсор; 3 – поляризатор-модулятор света по плоскости поляризации; 4 – ячейка (кювета) с измеряемым оптически-активным веществом; 5 – анализатор; 6 – фотоприёмник; 7 – усилитель; РД – реверсивный электродвигатель. Промодулированный по интенсивности (после прохождения через анализатор) свет преобразуется фотоприёмником в переменное напряжение V2 , усиливаемое до V'2 которое подаётся на одну из двух обмоток двухфазного РД, кинематически связанного с анализатором и отсчётным устройством. На другую обмотку подаётся синусоидальное (модулирующее) напряжение V1 ; его частота равна частоте первой гармоники модулируемого света. РД автоматически поворачивает анализатор на угол, равный измеряемому вращению. Результат измерений не зависит от изменений интенсивности света, амплитуды угловых колебаний плоскости его поляризации и коэффициента усиления в 7, что позволяет проводить измерения для сред с большим поглощением и не требует стабилизации усиления.
Рис. 2. Полутеневые поляризаторы. Плоскости поляризации двух их половин P1 и P2 составляют между собой малый угол 2a. Поэтому, если плоскость поляризации анализатора АА перпендикулярна биссектрисе 2a (а), обе половины I и II поля зрения имеют одинаковую освещённость, т. е. не полностью погашены (полутень, откуда название). При малейшем повороте анализатора относительная освещённость I и II резко меняется (б и в). Примеры конструкций полутеневых поляризаторов: г – схема Липпиха; P1 и P2 – две поляризационные призмы, одна из которых закрывает половину поля зрения, А – анализатор; д – схема Лорана; за поляризационной призмой Р устанавливают фазовую пластинку М в 1 /2 длины волны, главная плоскость которой составляет угол a с плоскостью поляризации Р; D – диафрагма, ограничивающая поле зрения.
Рис. 1. Принципиальная схема полутеневого поляриметра: 1 – источник света; 2 – конденсор; 3—4 – полутеневой поляризатор; 5 – трубка с измеряемым оптически-активным веществом; 6 – анализатор с отсчётным устройством; 7 – зрительная труба; 8 – окуляр отсчётного устройства (например, микроскопа-микрометра).
Поляриметрия
Поляриме'трия , методы исследования, основанные на измерении: 1) степени поляризации света и 2) оптической активности , т. е. величины вращения плоскости поляризации света при прохождении его через оптически-активные вещества . Величина такого вращения в растворах зависит от их концентрации; поэтому П. широко применяется для измерения концентрации оптически-активных веществ (см. Сахариметрия ). Измерение вращательной дисперсии – изменения угла вращения при изменении длины волны света (т. н. спектрополяриметрия) – позволяет изучать строение веществ. Измерения производятся поляриметрами и спектрополяриметрами.
Оптическая активность чрезвычайно чувствительна к любым изменениям строения вещества и к межмолекулярному взаимодействию, поэтому она может дать ценную информацию о природе заместителей в молекулах (как органических, так и комплексных неорганических соединений), об их конформациях , внутреннем вращении и т.д. Трудности теоретического расчёта оптической активности химических соединений определяются принципиальной неаддитивностью явления, не позволяющей вести расчёты на основе простой схемы, как это делается, например, в случае рефракции молекулярной . Оптическая активность – эффект 2-го порядка, получаемый при учёте различия фаз световой волны в разных точках молекулы – возникает в результате электронных взаимодействий в молекуле. Влияние межмолекулярного взаимодействия на оптическую активность изучается в теории поляризуемости, где молекула рассматривается как система, состоящая из анизотропно поляризующихся атомных групп (см. Поляризуемость атомов, ионов и молекул). Между такими группами при прохождении световой волны возникает специфическое электростатическое взаимодействие – дипольный момент, индуцированный волной в данной группе, в свою очередь индуцирует добавочные диполи в остальных группах.
Изучение дисперсии оптической активности, в особенности при измерениях в области аномальной дисперсии – в собственной полосе поглощения, позволяет получить информацию о строении биополимеров .
Лит.: Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М. – Л., 1951; его же, Молекула и жизнь, М., 1965; Джерасси К., Дисперсия оптического вращения, пер. с англ., М., 1962; Терентьев А. П., Органический анализ, М., 1966.
