Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ПЕ)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 35 (всего у книги 82 страниц)
П. з. типа Т Тельца – неправильные П. з., в спектре которых имеются следующие спектральные признаки: спектральные классы заключены в пределах F – М; спектр наиболее типичных звёзд напоминает спектр солнечной хромосферы; наблюдаются аномально интенсивные флюоресцентные эмиссионные линии FI с длинами волн 4046 Å, 4132 Å. Эти П. з. наблюдаются обычно только в диффузных туманностях.
П. з. типа UV Кита – звёзды, иногда испытывающие вспышки с амплитудой от 1 до 6 звёздных величин. Максимум блеска достигается через секунды или десятки секунд после начала вспышки, к нормальному блеску звезда возвращается через несколько минут или десятков минут. Встречаются как в звёздных скоплениях, так и в окрестностях Солнца.
Новые звёзды – это горячие карлики, за несколько дней увеличивающие блеск на 7—15 звёздных величин, а затем в течение нескольких месяцев или лет возвращающиеся к блеску, который они имели до начала вспышки. Спектральные данные показывают, что у звезды возникает расширяющаяся оболочка, постепенно рассеивающаяся в пространстве. У повторных новых звёзд вспышки повторяются через несколько десятков лет; возможно, что через сотни или тысячи лет повторяются и вспышки типичных новых звёзд, амплитуды изменения блеска которых обычно гораздо больше.
П. з. типа U Близнецов – звёзды, у которых обычно наблюдаются небольшие быстрые флуктуации блеска. При среднем цикле в несколько десятков или сотен дней у звёзд этого типа наблюдаются увеличения блеска на 2—6 звёздных величин, причём тем большие, чем реже вспышки происходят. Подобно новым звёздам, звёзды этого типа, являются тесными двойными системами, их вспышки так или иначе связаны с обменом вещества между компонентами, находящимися на разных стадиях эволюции.
В отдельную группу могут быть выделены звёзды, переменность блеска которых обусловлена неоднородной поверхностной яркостью, вследствие чего при вращении блеск их изменяется. К этой группе относятся прежде всего звёзды типа BV Дракона, которые, подобно П. з. типа UV Кита, обнаруживают молниеносные вспышки, но обладают также и небольшими периодическими изменениями блеска. По-видимому, к этой же группе П. з. относятся и магнитные звёзды или П. з. типа a2 Гончих Псов. Это звёзды спектрального класса А, в спектре которых наблюдаются аномально усиленные линии кремния, стронция, хрома и редкоземельных элементов, изменяющие интенсивность с тем же периодом, что и блеск и магнитное поле, всегда наблюдающееся у звёзд этого типа. Амплитуда обычно не превышает 0,1 звёздной величины, а периоды заключены в интервале 1—25 сут. Переменность объясняется, по-видимому, тем, что области, отличающиеся по температуре и химическому составу, располагаются на поверхности звезды симметрично относительно магнитной оси, наклонной к оси вращения (гипотеза «наклонного ротатора»).
Сверхновые звёзды не наблюдались в нашей Галактике со времён Тихо Браге и Кеплера, но в других галактиках их открывают ежегодно до 20; всего же их известно к 1975 свыше 400. Вспышка сверхновой – наиболее грандиозное явление в мире звёзд; в максимуме блеска сверхновая звезда, вспыхнувшая в той или иной галактике, иногда достигает совокупной яркости всех остальных звёзд этой галактики. Вспышки сверхновых звёзд связывают с началом коллапса звезды после истощения источников ядерной энергии (см. Коллапс гравитационный ). После вспышки сверхновая звезда превращается в пульсар – нейтронную звезду, вращающуюся с периодом в немногие секунды и доли секунды; узконаправленное электромагнитное излучение, выходящее из магнитных полюсов пульсара, не совпадающих с полюсами оси вращения, обусловливает наблюдаемое импульсное излучение пульсара. Пока известен лишь один пульсар, отождествленный с наблюдаемым в видимых лучах небесным объектом,– СМ Тельца. Это – результат вспышки сверхновой звезды 1054 г., приведший также к образованию Крабовидной туманности.
III. Теоретические исследования переменных звёзд
Причины изменений блеска физических П. з. и место, занимаемое этими звёздами в звёздной эволюции, составляют тесно связанный круг проблем. По-видимому, переменность характерна для звёзд на определённых этапах их эволюции. Особое значение для понимания природы переменности имеет изучение П. з. в звёздных скоплениях (для звёзд, входящих в скопления, можно определить и возраст, и эволюционную стадию), а также анализ положения П. з. разных типов на диаграмме «спектр – светимость» (см. Герцшпрунга – Ресселла диаграмма ).
Скопления, содержащие быстрые неправильные П. з., очень молоды (их возраст 106 —107 лет). В этих скоплениях лишь наиболее массивные звёзды, обладающие значительной светимостью, достигли главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга – Ресселла, занимают её верхнюю часть и являются обычными стационарными звёздами. У звёзд меньшей светимости и массы ещё не закончилось гравитационное сжатие, сохранилась обширная конвективная зона, в которой происходят неправильные бурные движения газа, с этим, по-видимому, и связана переменность блеска и спектра молодых звёзд.
Ряд типов пульсирующих П. з. расположен на диаграмме Герцшпрунга – Ресселла в пределах полосы нестабильности, пересекающей диаграмму от красных сверхгигантов спектрального класса К до белых звёзд-карликов класса А. К их числу принадлежат цефеиды, звёзды типа RV Тельца, RR Лиры и d Щита. Во всех этих звёздах действует, по-видимому, единый механизм переменности, вызывающий пульсацию их верхних слоев. Звёзды, соседствующие на диаграмме Герцшпрунга – Ресселла, обладают схожими характеристиками переменности (например, цефеиды плоской и сферической составляющей), но их эволюционная история, массы, внутреннее строение резко отличаются.
Изучение пространственно-кинематических характеристик П. з. было одним из главных факторов, приведших в 40-х гг. 20 в. к разработке концепции составляющих Галактики и звёздных населений (см. Галактика ).
Лит.: Общий каталог переменных звезд, 3 изд., т. 1—3, М., 1969—71; Пульсирующие звезды, М., 1970; Эруптивные звезды, М., 1970; Затменные переменные звезды, М., 1971; Методы исследования переменных звезд, М., 1971.
Ю. Н. Ефремов.
Переменные и постоянные величины
Переме'нные и постоя'нные величи'ны, величины, которые в изучаемом вопросе принимают различные значения либо, соответственно, сохраняют одно и то же значение. Например, при изучении падения тела расстояние последнего от земли и скорость падения – переменные величины, ускорение же (если пренебречь сопротивлением воздуха) – величина постоянная. Элементарная математика рассматривала все изучаемые ею величины как постоянные. Понятие переменной величины возникло в математике в 17 в. под влиянием запросов естествознания, выдвинувшего на первый план изучение движения – процессов, а не только состояний. Это понятие не укладывалось в формы, выработанные математикой древности и средних веков, и требовало для своего выражения новых форм. Такими новыми формами явились буквенная алгебра и аналитическая геометрия Р. Декарта . В буквах декартовой алгебры, могущих принимать произвольные числовые значения, и нашли своё символическое выражение переменные величины. «Поворотным пунктом в математике была Декартова переменная величина. Благодаря этому в математику вошли движение и тем самым диалектика и благодаря этому же стало немедленно необходимым дифференциальное и интегральное исчисление...» (Энгельс Ф., см. Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20, с. 573). В этот период и вплоть до середины 19 в. преобладают механические воззрения на переменные величины. Наиболее ярко они были выражены И. Ньютоном , называвшим переменные величины «флюэнтами», то есть текущими, и рассматривавшим их «... не как состоящие из крайне малых частей, но как описываемые непрерывным движением» («Математические работы», М., 1937, с. 167). Эти воззрения оказались весьма плодотворными и, в частности, позволили Ньютону совершенно по-новому подойти к нахождению площадей криволинейных фигур. Ньютон впервые стал рассматривать площадь криволинейной трапеции (ABNM на рис. ) не как постоянную величину (вычисляемую суммированием составляющих её бесконечно малых частей), а как переменную величину, производимую движением ординаты кривой (NM ); установив, что скорость изменения рассматриваемой площади пропорциональна ординате NM, он тем самым свёл задачу вычисления площадей к задаче определения переменной величины по известной скорости её изменения. Законность внесения в математику понятия скорости была обоснована в начале 19 в. теорией пределов , давшей точное определение скорости как производной . Однако в течение 19 в. постепенно выясняется ограниченность описанного выше воззрения на переменные величины. Математический анализ всё больше становится общей теорией функций, развитие которой невозможно без точного анализа сущности и объёма её основных понятий. При этом оказывается, что уже понятие непрерывной функции в действительности значительно сложнее, чем приведшие к нему наглядные представления. Открываются непрерывные функции, не имеющие производной ни в одной точке; понимать такую функцию как результат движения означало бы допускать движение, не имеющее скорости ни в какой момент. Всё большее значение приобретает изучение разрывных функций, а также функций, заданных на множествах значительно более сложной структуры, чем интервал или объединение нескольких интервалов. Ньютоновское толкование переменной величины становится недостаточным, а во многих случаях и бесполезным.
С другой стороны, математика начинает рассматривать как переменные не только величины, но и всё более разнообразные и широкие классы других своих объектов. На этой почве во 2-й половине 19 в. и в 20 в. развиваются теория множеств, топология и математическая логика. О том, насколько расширилось в 20 в. понятие переменной величины, свидетельствует тот факт, что в математической логике рассматриваются не только переменные, пробегающие произвольные множества предметов, но и переменные, значениями которых служат высказывания, предикаты (отношения между предметами) и т.д. (см. Переменная ).
Рис. к ст. Переменные и постоянные величины.
Переменный лад
Переме'нный лад, лад, в котором функция устоя (тоники) переходит от одного тона к другому (того же звукоряда), а также лад, звукоряд которого изменяется при одной и той же тонике (устое) (по И. В. Способину).
Понятие П. л. применяется обычно к первому типу (хотя его скорее следовало бы называть переменно-тональным, а второй – собственно переменно-ладовым). Понятие и термин «П. л.» были впервые предложены русским музыкальным теоретиком Б. Л. Яворским. П. л. распространены в народной музыке, в частности в русской. Относительная непрочность тонального центра позволяет ему сравнительно легко смещаться практически на любую ступень, причём ощущения модуляции не возникает. Отличие переменно-ладового смещения опоры от модуляции – в отсутствии ухода из одной тональности и установления другой, либо в слиянии двух или нескольких тональностей (с единым звукорядом) в одно ладовое целое. Преобладает ощущение двух или нескольких красок, принадлежащих той же ладовой системе (М. И. Глинка, «Иван Сусанин», 1-е действие, хор «Лёд реку в полон забрал»). Особенно заметно это в наиболее распространённом виде П. л.– параллельно-переменном ладе, часто встречающемся в русских народных песнях:
Мягкость переходов от одной опоры к другой, обычная для П. л., придаёт ему спокойно-переливчатый характер. Возможна, однако, и иная его трактовка – см., например, отрывок из 2-го действия оперы «Князь Игорь» Бородина:
Лит.: Протопопов С. В., Элементы строения музыкальной речи, ч. 1—2, М., 1930; Вахромеев В. А., Ладовая структура русских народных песен, М., 1968; Способин И. В. Лекции по курсу гармонии, М., 1969.
Ю. Н. Холопов.
Илл. к ст. Переменный лад.
Илл. к ст. Переменный лад.
Переменный профиль
Переме'нный про'филь, длинномерное металлическое изделие с сечением, изменяющимся по длине (плавно или ступенчато). Профили плавного переменного сечения изготовляют в основном прокаткой, непрерывно меняя расстояние между валками (см. Прокатный профиль ), а профили ступенчатого переменного сечения – главным образом прессованием (выдавливанием) через матрицу (см. Прессованный профиль ). Для получения профилей с переменными наружными размерами производят смену матриц в процессе прессования. Для получения полых профилей с переменными размерами внутреннего контура изменяют положение ступенчатой иглы (оправки) в матрице. Возможно также изготовление П. п. штамповкой отдельных участков по длине профиля постоянного сечения. П. п. используют для изготовления консольно нагруженных конструкций, а также сварных или клёпаных конструкций, когда утолщение необходимо для создания равнопрочного соединения.
Лит.: Шор Э. Р., Новые процессы прокатки, М., 1960; Ерманок М. З., Синяков В. В., Прессование профилей и труб периодически изменяющегося сечения, М., 1968.
Переменный ток
Переме'нный ток, в широком смысле электрический ток , изменяющийся во времени. Обычно в технике под П. т. понимают периодический ток, в котором среднее значение за период силы тока и напряжения равно нулю. Периодом Т П. т. называют наименьший промежуток времени (выраженный в сек ), через который изменения силы тока (и напряжения) повторяются (рис. 1 ). Важной характеристикой П. т. является его частота f — число периодов в 1 сек: f = 1/Т. В электроэнергетических системах СССР и большинства стран мира принята стандартная частота f = 50 гц, в США – 60 гц. В технике связи применяются П. т. высокой частоты (от 100 кгц до 30 Ггц ). Для специальных целей в промышленности, медицине и др. отраслях науки и техники используют П. т, самых различных частот, а также импульсные токи (см. Импульсная техника ).
Для передачи и распределения электрической энергии преимущественно используется П. т. благодаря простоте трансформации его напряжения почти без потерь мощности (см. Передача электроэнергии , Электрическая цепь ). Широко применяются трёхфазные системы П. т. (см. Трёхфазная цепь ). Генераторы и двигатели П. т. по сравнению с машинами постоянного тока при равной мощности меньше по габаритам, проще по устройству, надёжнее и дешевле. П. т. может быть выпрямлен, например полупроводниковыми выпрямителями, а затем с помощью полупроводниковых инверторов преобразован вновь в П. т. другой, регулируемой частоты; это создаёт возможность использовать простые и дешёвые безколлекторные двигатели П. т. (асинхронные и синхронные) для всех видов электроприводов, требующих плавного регулирования скорости.
П. т. широко применяется в устройствах связи (радио, телевидение, проволочная телефония на дальние расстояния и т. п.).
П. т. создаётся переменным напряжением. Переменное электромагнитное поле, возникающее в пространстве, окружающем проводники с током, вызывает колебания энергии в цепи П. т.: энергия периодически то накапливается в магнитном или электрическом поле, то возвращается источнику электроэнергии. Колебания энергии создают в цепи П. т. реактивные токи, бесполезно загружающие провода и источник тока и вызывающие дополнительные потери энергии, что является недостатком передачи энергии П. т.
За основу для характеристики силы П. т. принято сопоставление среднего теплового действия П. т. с тепловым действием постоянного тока соответствующей силы. Полученное таким путём значение силы П. т. I называется действующим (или эффективным) значением, математически представляющим среднеквадратичное за период значение силы тока. Аналогично определяется и действующее значение напряжения П. т. U. Амперметры и вольтметры П. т. измеряют именно действующие значения тока и напряжения.
В простейшем и наиболее важном на практике случае мгновенное значение силы i П. т. меняется во времени t по синусоидальному закону: i = Im sin (wt + a ), где Im — амплитуда тока, w = 2 pf – его угловая частота, a – начальная фаза. Синусоидальный (гармонический) ток создаётся синусоидальным напряжением той же частоты: u = Um sin (wt + b ), где Um — амплитуда напряжения, b – начальная фаза (рис. 2 ). Действующие значения такого П. т. равны: I = lm /
» 0,707 Um . Для синусоидальных токов, удовлетворяющих условию квазистационарности (см. Квазистационарный ток ; в дальнейшем будут рассматриваться только такие токи), справедлив Ома закон (закон Ома в дифференциальной форме справедлив и для неквазистационарных токов в линейных цепях). Из-за наличия в цепи П. т. индуктивности или (и) ёмкости между током i и напряжением u в общем случае возникает сдвиг фаз j = b – a , зависящий от параметров цепи (активного сопротивления r, индуктивности L, ёмкости С ) и угловой частоты w . Вследствие сдвига фаз средняя мощность Р Т. т., измеряемая ваттметром, меньше произведений действующих значений тока и напряжения: Р = IU cosj .
В цепи, не содержащей ни индуктивности, ни ёмкости, ток совпадает по фазе с напряжением (рис. 3 ). Закон Ома для действующих значений в этой цепи будет иметь такую же форму, как для цепи постоянного тока: I = U/r. Здесь r – активное сопротивление цепи, определяемое по активной мощности Р, затрачиваемой в цепи: r = P/I2 .
При наличии в цепи индуктивности L П. т. индуцирует в ней эдс самоиндукции eL = – L. di/dt = – wLlm cos (wt + a ) = wLIm sin (wt + a – p /2). Эдс самоиндукции противодействует изменениям тока, и в цепи, содержащей только индуктивность, ток отстаёт по фазе от напряжения на четверть периода, то есть j =p /2 (рис. 4 ). Действующее значение eL равно EL = IwL = IxL , где xL = wL – индуктивное сопротивление цепи. Закон Ома для такой цепи имеет вид: I = U/xL = U/wL.
Когда ёмкость С включена под напряжение u, то её заряд равен q = Cu. Периодические изменения напряжения вызывают периодические изменения заряда, и возникает ёмкостный ток i = dq/dt = C×du/dt = (CUm cos (wt + b ) = wCUm sin (wt + b + p /2). Таким образом, синусоидальный П. т., проходящий через ёмкость, опережает по фазе напряжение на её зажимах на четверть периода, то есть j = —p /2 (рис. 5 ). Эффективные значения в такой цепи связаны соотношением I = wCU = U/xc , где xc = 1/wС – ёмкостное сопротивление цепи.
Если цепь П. т. состоит из последовательно соединённых r, L и С , то её полное сопротивление равно 
, где x = xL – xc = wL – 1 /w C – реактивное сопротивление цепи П. т. Соответственно, закон Ома имеет вид: 
, а сдвиг фаз между током и напряжением определяется отношением реактивного сопротивления цепи к активному: tgj = х/r. В такой цепи при совпадении частоты w вынужденных колебаний, создаваемых источником П. т., с резонансной частотой w= 1/
индуктивное и ёмкостное сопротивления равны (wL = 1/wС ) и полностью компенсируют друг друга, сила тока максимальна и наблюдается явление резонанса (см. Колебательный контур ). В условиях резонанса напряжения на индуктивности и ёмкости могут значительно (часто во много раз) превышать напряжение на зажимах цепи.
Облегчение расчётов цепей синусоидальных П. т. достигается построением так называемых векторных диаграмм . Векторы синусоидальных тока и напряжения принято помечать точкой над буквенным обозначением (
). Длины векторов обычно берутся равными (в масштабе построения диаграммы) действующим значениям I и U, а углы между векторами – равными сдвигам фаз между мгновенными значениями соответствующих величин. Алгебраическому сложению мгновенных значений синусоидальных величин одной и той же частоты соответствует геометрическое сложение векторов этих величин. На рис. 6 показана векторная диаграмма для цепи П. т. с последовательно соединёнными r , L , С . Мгновенное значение напряжения на зажимах этой цепи равно алгебраической сумме напряжений на активном и реактивном сопротивлениях: u = uL + ur + uc , следовательно, 
. При построении диаграммы исходным служит вектор тока, так как во всех участках неразветвлённой цепи ток один и тот же. Поскольку индуктивное напряжение опережает по фазе ток на p /2, а ёмкостное отстаёт от тока на p /2 (то есть они находятся в противофазе), при последовательном соединении они друг друга частично компенсируют.
Векторные диаграммы наглядно иллюстрируют ход вычислений и служат для контроля над ними; построенные с соблюдением масштаба, они позволяют графически определить эффективное напряжение U в цепи и угол сдвига фаз j.
Для расчётов разветвленных цепей квазистационарного П. т. используют Кирхгофа правила . При этом обычно применяют метод комплексных величин (символический метод), который позволяет выразить в алгебраической форме геометрические операции с векторами П. т. и применить, таким образом, для расчётов цепей П. т. все методы расчётов цепей постоянного тока.
Несинусоидальность П. т. в электроэнергетических системах обычно нежелательна, и принимаются специальные меры для её подавления. Но в цепях электросвязи, в полупроводниковых и электронных устройствах несинусоидальность создаётся самим рабочим процессом. Если среднее за период значение тока не равно нулю, то он содержит постоянную составляющую. Для анализа процессов в цепях несинусоидального тока его представляют в виде суммы простых гармонических составляющих, частоты которых равны целым кратным числам основной частоты: I = i + I1m sin (wt + a1 )+ I2m sin (2wt + a2 ) +... + lkm sin (kwt + ak ). Здесь I – постоянная составляющая тока, Iim sin (wt + a1 ) — первая гармоническая составляющая (основная гармоника), остальные члены – высшие гармоники. Расчёт линейных цепей несинусоидального тока на основании принципа суперпозиции (наложения) ведётся для каждой составляющей (так как xL и xc зависят от частоты). Алгебраическое сложение результатов таких расчётов даёт мгновенное значение силы (или напряжения) несинусондального тока.
Лит.: Теоретические основы электротехники, 3 изд., ч. 2, М., 1970; Нейман Л. Р., Демирчан К. С., Теоретические основы электротехники, т. 1—2, М.– Л., 1966; Касаткин А. С., Электротехника, 3 изд., М., 1974; Поливанов К. М., Линейные электрические цепи с сосредоточенными постоянными, М., 1972 (Теоретические основы электротехники, т. 1).
А. С. Касаткин.
Рис. 1. График периодического переменного тока i(t).
Рис. 5. Схема и графики напряжения u и тока i в цепи, содержащей только ёмкость С.
Рис. 6. Схема и векторная диаграмма цепи переменного тока с последовательным соединением индуктивности L, активного сопротивления r и ёмкости С.
Рис. 2. Графики напряжения u и тока i в цепи переменного тока при сдвиге фазы j.
Рис. 4. Схема и графики напряжения u и тока i в цепи, содержащей только индуктивность L.
Рис. 3. Схема и графики напряжения u и тока i в цепи, содержащей только активное сопротивление r.
