Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (МИ)"

Микроволновая спектроскопия

Микрово'лновая спектроскопи'я, область радиоспектроскопии , в которой исследуются спектры веществ в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн (микроволны или сверхвысокие частоты ). Т. к. в этот диапазон попадает большинство вращательных и вращательно-инверсионных спектров молекул (см. Молекулярные спектры ), наблюдение которых в твёрдых телах и жидкостях невозможно, то М. с. часто отождествляют с радиоспектроскопией газов. М. с. – эффективный метод физических и химических исследований. Измерение частот вращательных спектров молекул позволяет с большой степенью точности определить структуру молекул и изучить природу химической связи . Вращательный спектр поглощения молекулы зависит от её конфигурации, т. е. от принадлежности молекулы к типу линейных, сферических, симметричных или асимметричных волчков (см. Молекула ). Вращательный спектр любой молекулы может быть рассчитан, если известны её моменты инерции , которые зависят от конфигурации и размеров молекулы. Сравнение теоретически рассчитанных вращательных спектров молекул с экспериментально наблюдаемыми позволяет определить конфигурацию молекулы, длины связей и углы между ними.

  Представление о молекуле как о жёстком образовании является приближённым. Колебания атомов, составляющих молекулу, приводят к расщеплению линий вращательного спектра и к возникновению тонкой структуры. В спектрах линейных молекул и молекул типа симметричного волчка возможно т. н. l -удвоение линий, а в спектрах молекул типа асимметричного волчка, обладающих плоскостью инверсии, – инверсионное расщепление. Спектры l -удвоения наблюдаются, например, у молекулы HCN, причём переходы между уровнями удвоения попадают в диапазон длин волн l ~ 3 мм. Единственной молекулой, у которой наблюдается инверсионное расщепление энергетических уровней, является молекула аммиака (NH₃ , ND₃ , NHD₂ ). Инверсионный спектр NH₃ попадает в область длин волн l = 1,3 см, а спектр ND₃ лежит в диапазоне l ~ 15—18 см. Обе эти молекулы использовались в первых квантовых генераторах (см. Молекулярный генератор ).

  Сверхтонкая структура вращательных молекулярных спектров обусловлена слабыми взаимодействиями электрических и магнитных моментов атомных ядер между собой и с полем, создаваемым электронами в молекуле. Квадрупольная сверхтонкая структура спектров вызвана взаимодействием квадрупольного момента ядра с электрическим внутримолекулярным полем, а магнитная сверхтонкая структура связана с взаимодействием магнитных моментов ядер между собой и с магнитным полем, обусловленным вращением молекулы как целого. Наблюдение квадрупольной сверхтонкой структуры даёт информацию о спине , квадрупольном и магнитном моментах ядер, входящих в состав молекулы.

  Для исследования вращательных спектров молекул волны от генератора СВЧ пропускают через волноводную ячейку, заполненную исследуемым газом, откуда они попадают на детектор, сигнал которого подаётся на регистрирующий прибор (например, осциллограф). Сигнал детектора пропорционален мощности, поглощённой в волноводе. Плавно изменяя частоту генератора, определяют резонансную частоту n и степень (интенсивность) поглощения. Иногда вместо волноводной ячейки применяются объёмные резонаторы , имеющие большую добротность. Недостаток резонаторных ячеек по сравнению с волноводными – их узкополосность; практически для каждой спектральной линии приходится конструировать отдельный резонатор. Для повышения чувствительности радиоспектроскопов интенсивность линии модулируют с помощью электрического или магнитного полей. Модуляция происходит за счёт расщепления линий в электрическом (Штарка эффект ) или магнитном (Зеемана эффект ) полях.

  В диапазоне СВЧ существуют достаточно мощные монохроматические генераторы (клистроны ), поэтому разрешающая сила радиоспектроскопа определяется шириной спектральной линии, которая в газе обусловлена главным образом Доплера эффектом и соударениями молекул друг с другом и со стенками ячейки. Ширину линии Dn, обусловленную соударениями молекул, можно уменьшить, понижая давление в ячейке. Обычно оно ~ 0,13 н/м² (10^-3мм рт. ст. ), а Dn ~ (1—5) × 10⁴гц.

  Для уменьшения ширины спектральных линий применяют метод молекулярных пучков, в которых практически полностью отсутствуют соударения молекул друг с другом (см. Молекулярные и атомные пучки ). Ширина линий в этом случае может быть уменьшена до величины ~ 10³гц, что позволяет наблюдать не только квадрупольную, но и магнитную сверхтонкую структуру. Применение молекулярных пучков связано с уменьшением интенсивности линии. Однако существуют специальные методы, повышающие их интенсивность. Сущность их состоит в следующем: коэффициент поглощения волны пропорционален разности насслённостей уровней энергии , между которыми происходит переход. Если «очистить» от частиц верхний энергетический уровень или увеличить в несколько раз населённость нижнего уровня, то интенсивность спектральной линии увеличится в kT/h n раз (Т – температура газа, k —Больцмана постоянная ,h n – энергия поглощаемого кванта электромагнитного поля СВЧ). В молекулярном пучке это можно осуществить с помощью неоднородных электрических или магнитных полей, а в равновесном газе – с помощью вспомогательного излучения (см. Квантовая электроника ).

  Лит.: Таунс Ч., Шавлов А., Радиоспектроскопия, пер. с англ., М., 1959; Горди В., Смит В., Трамбаруло Р., Радиоспектроскопия, пер. с англ., М., 1955.

  А. Н. Ораевский.

Микроволновая терапия

Микрово'лновая терапи'я, вид электролечения , при котором больного облучают электромагнитными волнами СВЧ диапазона (см. Микроволны ).

Микроволны

Микрово'лны, микрорадиоволны, электромагнитные волны миллиметрового, сантиметрового и дециметрового диапазонов длин волн (см. Сверхвысокие частоты ). Термин «М.» (microwave) распространён в англоязычной научной литературе.

Микроворсинки

Микроворси'нки, специализированные выросты плазматической мембраны эпителиальных клеток у животных и человека. Длина М. 500—3000 нм, диаметр 50—100 нм. Количество М. в одной клетке достигает нескольких тыс. Иногда расположение их упорядочено, например, в исчерченных (щёточных) каёмках эпителиальных клеток тонкого кишечника (рис. ) М. находятся на расстоянии около 20 нм друг от друга. Служат для увеличения клеточной поверхности. Из М. состоят и кутикулы у позвоночных животных.

Щёточная каёмка эпителия тонкой кишки обезьяны: равномерное распределение микроворсинок (электронная микрофотограмма ).

Микроглия

Микрогли'я, мезоглия (от микро... или мезо... и греч. glía – клей), мелкие округлые клетки в центральной нервной системе. Развиваются из клеток соединительной ткани и составляют около 10% от общего числа клеток нейроглии . Каждая клетка М. связана с системой «нейрон-нейроглия» и капиллярами мозга при помощи ветвящихся отростков. При инфекциях, интоксикациях, отёке мозга число клеток М. и их размеры увеличиваются. Выполняют роль фагоцитов , убирая омертвевшие участки нервной ткани.

Микроденситометр

Микроденсито'метр, то же, что микрофотометр .

Микроинтерферометр

Микроинтерферо'метр, прибор, применяемый для измерений неровностей на наружных поверхностях с направленными следами механической обработки, а также для определения толщины плёнок, величины малых перемещении и т. и. Впервые М. разработаны В. П. Линником в 1933. В оптической схеме М. использованы интерферометр и микроскоп , что позволяет одновременно осуществлять наблюдение исследуемой поверхности и интерференционной картины, полученной в результате взаимодействия двух когерентных световых волн: волны сравнения, отражённой от образцового зеркала, и волны, отражённой от исследуемой поверхности и деформированной имеющимися на ней микронеровностями. Интерференционная картина в монохроматическом свете представляет собой чередование тёмных и светлых полос, форма которых в увеличенном масштабе воспроизводит профиль контролируемого участка поверхности (рис. ). Высота h неровности поверхности определяется через искривление а и ширину b интерференционной полосы: h = а/b ×^l /₂ , где l – средняя длина волны используемого участка спектра. С помощью М. можно измерять высоты от 0,03 до 1 мкм. Изготовляют М., работающие в белом и монохроматическом свете. М. снабжают окулярным микрометром для измерений или окуляром и фотокамерой для регистрации интерференционной картины. Некоторые М. имеют устройства для измерений неровностей до 10 мкм по отпечаткам, снятым с исследуемых поверхностей.

  Лит.: Егоров В. А., Оптические и щуповые приборы для измерения шероховатости поверхности, 2 изд., М., 1965.

  Л. Н. Логачева.

Рис. к ст. Микроинтерферометр.

Микроканонический ансамбль

Микроканони'ческий анса'мбль,статистический ансамбль для изолированных (не обменивающихся энергией с окружающими телами) макроскопических систем в постоянном объёме при постоянном числе частиц; энергия систем М. а. имеет строго постоянное значение. Понятие М. а., введённое Дж. У. Гиббсом в 1901, является идеализацией, т.к. в действительности полностью изолированных систем не существует.

  В классической статистике статистический ансамбль характеризуется функцией распределения f (q_i , p_i ), зависящей от координат q_i и импульсов p_i всех частиц системы. Эта функция определяет вероятность микроскопического состояния системы, т. е. вероятность того, что координаты и импульсы частиц системы имеют определённые значения. Согласно микроканоническому распределению Гиббса, все микроскопические состояния, отвечающие данной энергии, равновероятны. (Данная энергия системы может быть реализована при различных значениях координат и импульсов частиц системы.)

  Если через H (q_i , p_i ) обозначить энергию системы в зависимости от координат и импульсов (функцию Гамильтона), а через Е – заданное значение энергии, то

f (q_i , p_i ) = A d{H (q_i , p_i ) – E },

где d – дельта-функция Дирака, а постоянная А определяется условием нормировки (суммарная вероятность пребывания системы во всех возможных состояниях, определяемая интегралом от f (q_i , p_i ) по всем q_i , p_i , равна 1) и зависит от объёма и энергии системы.

  В квантовой статистике рассматривается ансамбль энергетически изолированных квантовых систем (с постоянным объёмом V и полным числом частиц N ), имеющих одинаковую энергию E с точностью до DE << E . Предполагается, что для таких систем все квантовомеханические состояния с энергией E_k в слое E , E + DE равновероятны. Такое распределение вероятностей w состояний системы, когда

называется микроканоническим распределением. Здесь W(E , N , V ) – статистический вес , определяемый из условия нормировки

и равный числу квантовых состояний в слое E , E + DE . Величину DE выбирают обычно малой, но конечной (так как точная фиксация энергии в квантовой механике, в соответствии с неопределённостей соотношением между энергией и временем, потребовала бы бесконечного времени наблюдения). Однако М. а. малочувствителен к выбору ширины энергетического слоя DE , если она значительно меньше полной энергии системы. Поэтому в квантовой статистике можно также рассматривать ансамбль полностью изолированных систем, когда DE ® 0.

  С помощью статистического веса W(E , N, V) можно вычислить энтропию S системы:

S = k lnW(E , N , V )

(k —Больцмана постоянная ) и другие потенциалы термодинамические . Поскольку энтропия системы пропорциональна числу частиц N , статистический вес имеет порядок величины экспоненциальной функции от N и для рассматриваемых макроскопических систем очень велик.

  Микроканоническое распределение неудобно для практического применения, т.к. для вычисления статистического веса нужно найти распределение квантовых уровней системы, состоящей из большого числа частиц, что представляет очень сложную задачу. Удобнее рассматривать не энергетически изолированные системы, а системы, находящиеся в тепловом контакте с окружающей средой, температура которой считается постоянной (с термостатом), и применять каноническое Гиббса распределение или рассматривать системы в тепловом и материальном контакте с термостатом (т. е. системы, для которых возможен обмен частицами и энергией с термостатом) и применять большое каноническое распределение Гиббса (см. Статистическая физика ). Гиббс доказал теорему о том, что малая часть М. а. распределена канонически (теорема Гиббса). Эту теорему можно считать обоснованием канонического распределения Гиббса, если микроканоническое распределение принять как основной постулат статистической физики.

  Лит. см. при ст. Статистическая физика .

  Г. Я. Мякишев, Д. Н. Зубарев.

Микроканоническое распределение

Микроканони'ческое распределе'ние, то же, что Гиббса распределение микроканоническое.

Микрокапсулирование

Микрокапсули'рование (от микро... и лат. capsula – коробочка), заключение мелких частиц твёрдого тела, их агрегатов (гранул) или капель жидкости в тонкую достаточно прочную оболочку с различными заданными свойствами – проницаемостью, плавкостью, способностью растворяться (или не растворяться) в данных средах и др. Размер микрокапсул обычно лежит в пределах 10^-1 —10^-4 см. Вещество оболочки составляет несколько % от общей массы капсулы. М. сводится к диспергированию капсулируемого материала в подходящей среде – жидкости или газе – с последующим покрытием частиц (капель) дисперсной фазы слоем капсулирующего вещества. Это вещество вводят в систему в виде отдельной фазы или оно выделяется из окружающей (дисперсионной) среды в результате физических или химических процессов. Оболочки микрокапсул первоначально могут быть жидкими, а затем отвердевать при нагревании (охлаждении) или под действием химических реагентов. Как капсулирующие вещества при М. часто используют различные высокомолекулярные соединения, в том числе биологического происхождения, например желатину . Технологические приёмы М. весьма разнообразны. В их основе – физические и химические процессы конденсации, фазовые превращения, разного рода поверхностные (межфазные) явления. В каждом конкретном случае они обусловлены свойствами и составом компонентов, а также назначением микрокапсул.

  К М. прибегают для сохранения различных порошкообразных продуктов отслеживания, воздействия на них влаги, атмосферного кислорода; для предохранения химически активных соединений от преждевременного взаимодействия; для безопасного хранения и использования агрессивных и ядовитых веществ. М. всё шире применяется в производстве лекарственных препаратов с продлённым сроком действия, биологически активных веществ для сельского хозяйства (пестицидов, регуляторов роста, удобрений), различных композиционных материалов (например, клеев).

  Лит.: Encyclopedia of polymer science and technology, v. 8, N. Y. – [а. о.], 1968, p. 719.

  Л. А. Шиц.

Микрокаротаж

Микрокарота'ж (от микро... и каротаж ), метод исследования буровых скважин путём измерения электрического сопротивления горных пород вблизи их стенок. Электроды при М. монтируются на пластине из изоляционного материала, прижимаемой пружинами к стенке скважины. Это уменьшает искажающее влияние бурового раствора и позволяет измерить электрическое сопротивление пород даже в небольших пропластках. Расстояние между электродами около 2,5 см. М. позволяет детально изучать геологические разрезы, сложенные пластами большой и малой мощности, выделять проницаемые пласты и оценивать их пористость. Имеется две модификации М.: обычное микрозондирование и микробоковой каротаж. В первом случае электрическое сопротивление измеряется по схеме обычных трёхэлектродных зондов; во втором – по схеме экранированного электрического заземления.

  Лит.: Комаров С. Г., Геофизические методы исследования скважин, М., 1963.

Микрокатор

Микрока'тор, измерительный прибор с преобразовательным элементом (механизмом) в виде скрученной в средней части ленточной пружины, при растягивании поворачивающейся на определённый угол (рис. 1 ). М. применяют для линейных измерений относительным контактным методом. Первые М. были изготовлены в 30-х гг. 20 века фирмой «Иогансон» (Швеция).

  Сравнительные характеристики основных типов измерительных головок

Тип прибора	Цена деления шкалы, мкм	Предел измерений, мкм	Погрешность прибора
Микрокатор	10; 2; 0,5: 0,2; 0,1; (0,05; 0,02 – опытные образцы)	± (300: 150; 60; 30; 15; 6; 4)	±. 0,5% от цены деления
Микатор	0,2; 0,5; 1:2	± (100; 50; 25; 10)	(0,3—20) мм
Миникатор	1; 2: 0,5	± (80; 40; 20)	не более цены деления

  Измеряемая длина, которую показывает на шкале стрелка, укрепленная в средней части пружины, пропорциональна углу поворота пружины (см. рис. 2 ). Для измерений М. устанавливают на стойке. Настройку М. на контролируемый размер осуществляют обычно по концевым мерам, которые располагаются между наконечником М. и плоскостью стола стойки.

  Механизм М. используется в малогабаритных пружинных измерительных головках – микаторах, пружинно-рычажных индикаторах – миникаторах (см. табл.), пружинно-оптических измерительных головках – оптикаторах .

  Лит.: Взаимозаменяемость и технические измерения в машиностроении, М., 1972.

  Н. Н. Марков.

Рис. 2. Микрокатор: 1 – присоединительный цилиндр; 2 – шкала; 3 – указатель поля допуска; 4 – стрелка; 5 – винт смещения шкалы для установки на нуль; 6 – тросик арретирующего устройства; 7 – арретир; 8 – наконечник.

Рис. 1. Схема механизма микрокатора: 1 – пружина; 2 – стрелка; 3 – узел крепления стрелки; 4 – демпфирующий рычаг; 5 – измерительный стержень.

Микроклимат

Микрокли'мат (от микро... и климат ), климат приземного слоя воздуха, обусловленный микромасштабными различиями земной поверхности внутри местного климата . Например, в местном климате лесного массива различают М. лесных полян, опушек и т.п.; в местном климате города – М. площадей, переулков, скверов, дворов и пр. С удалением от земной поверхности различия М. быстро убывают. Они сильно зависят и от погоды, усиливаясь в ясную тихую погоду и сглаживаясь в пасмурную погоду, в отсутствии инсоляции и при ветре. Изучение М. требует организации густой сети спорадических метеорологических наблюдений и сопоставления этих наблюдений с показаниями постоянно действующей, опорной метеорологической станции, характеризующей соответствующий местный климат. Широко практикуются микроклиматические съёмки с автомашин. Особенности М. необходимо учитывать при размещении с.-х. культур и продвижении их в новые районы, проведении разного рода мелиораций земель, в промышленном и гражданском строительстве и т.п.

  Лит.: Сапожникова С. А., Микроклимат и местный климат, Л., 1950; Гейгер Р., Климат приземного слоя воздуха, пер. с англ., [2 изд.], М., 1960; Микроклимат СССР, Л., 1967.

  С. П. Хромов.

Микроклин

Микрокли'н (от микро... и греч. klíno – наклоняюсь; угол между плоскостями спайности на 20' отличается от прямого угла), минерал из группы полевых шпатов . Относится к триклинным K-Na полевым шпатам; химический состав (К, Na) [AISi₃ O₈ ]. Содержит незначительные примеси Ca, Ba, Fe, Rb, Cs. Часто образует т. н. пертиты, представленные М. с мелкими вростками альбита . Встречается в виде отдельных зёрен, зернистых скоплений, кристаллов призматического габитуса, а также монокристальных блоков иногда до нескольких м³ в объёме. Твёрдость по минералогической шкале 6—6,5; плотность 2540—2570 кг/м³ . Цвет розовый, буровато-жёлтый, красновато-белый, розово-красный, реже белый, голубовато-зелёный (амазонит). Блеск стеклянный, перламутровый. В шлифах под микроскопом наблюдаются характерные сложные двойники, дающие т. н. микроклиновую решётку. М. – характерный породообразующий минерал, входящий в состав гранитов, гранодиоритов (сиенитов), пегматитов и гнейсов. Представляет важнейшее сырьё для керамической промышленности (производство фарфора, фаянса, технической керамики). Амазонит применяется в качестве поделочного камня.

  Лит.: Костов И., Минералогия, [пер. с англ.], М., 1971.

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