Аберрации электронных линз аберрация света абсолютная температура



страница8/9
Дата18.10.2016
Размер1.76 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9

Историческая справка. Представле­ние об атоме как о неделимой ч-це материи возникло ещё в древности (Демокрит, Эпикур), однако только в начале 19 в. в результате установле­ния осн. хим. законов и законов иде­ального газа сложились представле­ния об атоме как о мельчайшей ч-це хим. элемента (англ. учёный Дж. Дальтон, итал. учёный А. Авогадро, швед. учёный Я. Берцелиус). В сер. 19 в. была проведена чёткая гра­ница между атомом и молекулой (итал. учёный С. Канниццаро). Важ­нейшее значение имело открытие Д. И. Менделеевым периодической сис­темы элементов (1869). Стало оче­видным, что атом имеет сложное строение.

Началом А. ф. явились великие от­крытия кон. 19 в.— рентг. лучей (1895), радиоактивности (1896, франц. физик А. Беккерель) и эл-на (1897, англ. физик Дж. Дж. Томсон). Ре­зультаты изучения радиоактивности (франц. физики П. и М. Кюри) окон­чательно опровергли представление о неизменности и неделимости атома. В 1903 англ. учёные Э. Резерфорд и Ф. Содди истолковали радиоактивность как превращение хим. элементов, а в 1911 Резерфорд на основе изучения рассеяния -частиц атомами тяжёлых элементов предложил планетарную мо­дель атома, состоящего из тяжёлого ядра и окружающих его эл-нов. Ус­тойчивость атома в рамках этой мо­дели могла быть понята только на ос­нове квант. представлений и впервые была объяснена в теории атома, дан­ной дат. физиком Н. Бором в 1913. Дальнейшее развитие А. ф. нераз­рывно связано с развитием квант. теории (см. раздел История создания квантовой механики в ст. Квантовая механика). До 40-х гг. А. ф. охваты­вала проблемы, связанные со строе­нием ат. ядра и св-вами элем. ч-ц; впоследствии эти области знаний вы-

делились в самостоят. разделы фи­зики.

• Хунд Ф., История квантовой теории, пер. с нем., К., 1980; Ельяшевич М. А., От возникновения квантовых представлений до становления квантовой механики, «УФН». 1977, т. 122, в. 4. См. также лит. при ст. Атом.



М. А. Ельяшевич.

АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ, то же, что ядерная энергия.

АТОМНЫЕ РАДИУСЫ, хар-ки ато­мов, позволяющие приближённо оце­нивать межатомные (межъядерные) расстояния в молекулах и кристал­лах. Атомы не имеют чётких границ, однако, согласно представлениям квант. механики, вероятность найти эл-н на определ. расстоянии от ядра быстро убывает с увеличением этого расстояния. Когда вводят понятие «А. р.», то считают, что подавляющая часть электронной плотности атома (90—98%) заключена в сфере этого радиуса. А. р. имеют порядок 0,1 нм, однако даже небольшие различия в А. р. атомов А и В могут определять структуру построенных из них крис­таллов, сказываться на равновесной геометрии молекул и т. д. Опыт пока­зывает, что кратчайшие расстояния в молекулах, тв. телах и жидкостях можно представить в виде суммы А. р. этих атомов. Однако аддитивность А. р. явл. весьма приближённой и выполняется не во всех случаях. В за­висимости от того, какие силы дейст­вуют между атомами А и В (см. Меж­атомное взаимодействие), различают металлические, ионные, ковалентные и ван-дер-ваальсовы А.р.

М е т а л л и ч е с к и е р а д и у с ы считаются равными половине кратчайшего расстояния между ато­мами в крист. структуре элемента-металла. Металлич. А. р. зависят от числа ближайших соседей атома в структуре (координац. числа K). Чаще всего встречаются крист. структуры металлов с К=12. Если принять А. р. при K=12 за единицу, то А. р. при К = 8, 6 и 4 составят соотв. 0,98, 0,96 и 0,88. Близость А. р.— необхо­димое (хотя и недостаточное) условие взаимной растворимости металлов по типу замещения. Так, жидкие К и Li обычно не смешиваются и образуют два жидких слоя, а К с Rb и Cs обра­зует непрерывный ряд тв. р-ров (А. р. Li, К, Rb и Cs равны соотв. 0,155; 0,236; 0,248 и 0,268 нм). Аддитивность А. р. позволяет с умеренной точностью предсказывать параметры кристалли­ческих решёток интерметаллических соединений.

Ионные радиусы исполь­зуют для приближённых оценок межъ­ядерных расстояний в ионных кристаллах. Существует неск. систем ион­ных А. р., отличающихся значениями А. р. индивидуальных ионов, но при­водящих к примерно одинаковым межъ­ядерным расстояниям. Впервые ра­бота по определению ионных А. р. была проделана в 20-х гг. 20 в. норв. геохимиком В. М. Гольдшмидтом, опи­равшимся на опытные (рефрактомет-

40


рические) значения радиусов F- и O2-(соотв. 0,133 и 0,132 нм). В системе Полинга за основу принимается зна­чение радиуса кислородного иона 0,140 нм, а в наиб. надёжной системе Белова и Бокия — 0,136 нм. В ион­ных кристаллах, имеющих одинако­вые координац. числа, отклонения от аддитивности А. р. обычно не превы­шают 0,001—0,002 нм.

Ковалентные радиусы определяются как половина длины оди­нарной хим. связи X—X, где X — элемент-неметалл. Для галогенов ковалентный А. р.— это половина межъ­ядерного расстояния X—X в моле­куле Х2, для S и Se — половина рас­стояния X—X в Х8, для углерода — половина кратчайшего расстояния С—С в кристалле алмаза. В резуль­тате находят, что ковалентные А. р. F, Cl, Br, I, S, Se и С равны соотв. 0,064; 0,099; 0,114; 0,133; 0,104; 0,117 и 0,077 нм. Ковалентный А. р. водо­рода принимают равным 0,030 нм (хотя половина длины связи Н — Н в молекуле Н2 равна 0,037 нм). Пользу­ясь правилом аддитивности ковалентных А. р., предсказывают длины свя­зей (кратчайшие межъядерные рас­стояния) в многоат. молекулах. Напр., длины связей С—Н, С—F и С—Cl должны составлять соотв. 0,107; 0,141 и 0,176 нм, и они действительно при­мерно равны указанным значениям во многих органич. насыщ. молекулах (молекулах, не содержащих кратных связей). При наличии двойных и трой­ных связей углерод — углерод, когда в образовании связи участвуют две и три пары эл-нов, соответствующее межъядерное расстояние уменьшается на 0,021 и 0,034 нм.

Ван-дер-ваальсовы ра­диусы определяют эфф. размеры атомов благородных газов. Кроме того, ван-дер-ваальсовыми А. р. счи­тают половину межъядерного расстоя­ния между ближайшими одинаковыми атомами, не связанными между собой хим. связью, т. е. принадлежащими разным молекулам (напр., в мол. кристаллах). При сближении атомов на расстояние, меньшее суммы их ван-дер-ваальсовых А. р., возникает сильное межат. отталкивание. Ван-дер-ваальсовы А. р. находят, поль­зуясь принципом их аддитивности, из кратчайших межат. контактов со­седних молекул в кристаллах. В сред­нем они на ~0,08 .нм больше ковалентных А. р. Знание ван-дер-вааль­совых А. р. позволяет определить форму молекул, конформации моле­кул (см. Изомерия молекул) и их упа­ковку в молекулярных кристаллах. Согласно принципу плотной упаков­ки, молекулы, образуя кристалл, рас­полагаются т. о., что «выступы» од­ной молекулы входят во «впадины» дру­гой. Пользуясь этим принципом, мож­но интерпретировать имеющиеся кристаллографич. данные, а в ряде случаев и предсказывать структуру мол. крис­таллов.

• Б о к и й Г. Б., Кристаллохимия, 3 изд., М., 1971; П о л и н г Л., Общая химия, пер. с англ., М., 1974; Кемпбел Дж., Совре­менная общая химия, пер. с англ., т. 1, М., 1975; Современная кристаллография, т. 2, М., 1979, гл. 1.



В. Г. Дашевский.

АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ, спектры оп­тические, получающиеся при испуска­нии или поглощении эл.-магн. излуче­ния свободными или слабо связанными атомами (напр., в газах или парах). Являются линейчатыми, т. е. состоят из отд. спектральных линий, характе­ризуемых частотой v излучения, к-рая соответствует определ. квантовому пе­реходу между уровнями энергии ξi и ξk атома согласно соотношению: v=ξi-ξk. Спектр. линии можно характеризовать также длиной волны =c/v, волн. числом 1/=v/c (в спект­роскопии его часто обозначают v) и энергией фотона hv. А. с. обладают ярко выраженной индивидуальностью, причём их вид определяется не только строением атома данного элемента, но и внеш. факторами — темп-рой, дав­лением, электрич. и магн. полями и т. д.

А. с. наблюдаются в видимой, УФ и ближней ИК областях спектра. А. с. испускания (эмиссионные А. с.) получают при возбуждении атома разл. способами (светом, электронным ударом и т. д., см. Возбуждение атома и молекулы). А. с. поглощения (аб­сорбционные А. с.) получаются при прохождении излучения непрерыв­ного спектра через ат. газы или пары. Различные А. с. получают и наблю­дают с помощью спектральных прибо­ров. В зависимости от способа возбуж­дения атома могут возникать отд. линии спектра, нек-рые его участки или весь спектр. А. с. испускания нейтр. атомов часто наз. дуговыми, т. к. нейтр. атомы легко возбуждаются в электрич. дуге; соответственно А. с. ионов наз. искровыми. Спектры ионов смещены относительно спектров нейтр. атомов в область больших частот. А. с. нейтр. атомов и его последовательно образующихся ионов обозначают рим­скими цифрами, напр. линии Fe I, Fe II, Fe III в спектре железа соот­ветствуют линиям Fe, Fe+ , Fe2+ .

Спектр. линии в А. с. подчиняются определ. закономерностям и в прос­тейших случаях образуют спект­ральные серии. Каждая спектр. серия получается при воз­можных квант. переходах с последо­вательности вышележащих уровней энергии на один и тот же нижележа­щий уровень (в спектрах поглоще­ния — при обратных переходах). Про­межутки между линиями одной серии убывают в сторону больших частот — линии сходятся к границе се­рии — максимальной для этой серии частоте (см. рис. 1 в ст. Атом). Наи­более чётко выделяются спектр. се­рии в спектрах атома Н, волн. числа в них с большой точностью определя­ются ф-лой Бальмера:

1/=R(1/n2k-1/n2i),

где ni и nkзначения гл. квантового числа для уровней энергии, между к-рыми происходит квант. переход, причём число nk, характеризующее ниж. уровень энергии, определяет се­рию, а числа ni — её отд. линии; R — Ридберга постоянная (см. Спект­ральные серии). Аналогичные серии наблюдаются и в А. с. еодородоподобных атомов; однако значения волн. чисел для спектр. линий ионов Не+ , Li+2, ... в Z2 раз (Zат. номер элемента) больше, чем для соответ­ствующих линий атома Н.

Спектры атомов щелочных метал­лов, имеющих один эл-н на внеш. электронной оболочке, схожи со спек­тром Н, но смещены в область мень­ших частот; число спектр. серий в них увеличивается, а закономер­ности в расположении линий услож­няются. Пример — спектр Na, атом к-рого обладает нормальной элект­ронной конфигурацией (см. в разделе Электронные конфигурации ст. Атом) 1s22s22p63s с легко возбуждаемым внеш. эл-ном 3s. Переходу этого эл-на из состояния Зр в состояние 3s соответ­ствует жёлтая линия Na (дублет =5690 Å и =5696 Å) — наиб. яр­кая линия Na, с к-рой начинается т. н. главная серия, линии к-рой со­ответствуют переходам между состоя­ниями 3s и состояниями 3p, 4р, 5p, . . .

Для атомов с двумя или неск. внеш. эл-нами спектры ещё более услож­няются, что обусловлено вз-ствием эл-нов атома. Особенно сложны А. с. атомов с заполняющимися d- и f-оболочками; число линий в таких спектрах достигает мн. тысяч, про­стых закономерностей в них не обна­руживается, однако, и для сложных спектров можно произвести система­тику и определить схему уровней энер­гии.

Систематика спектров атомов с дву­мя и более внеш. эл-нами основана на приближённой хар-ке отд. эл-нов при помощи квант. чисел n и l с учё­том вз-ствия этих эл-нов друг с дру­гом. При этом приходится учитывать как их электростатич. вз-ствие, так и вз-ствия их спиновых и орбиталь­ных магн. моментов (см. Спин-орби­тальные взаимодействия), что приво­дит к тонкому расщеплению уровней энергии (см. Тонкая структура). В ре­зультате этого вз-ствия у большинства атомов спектр. линии группируются в мультиплеты, причём рас­стояния между линиями в мульти­плетах увеличиваются с увеличением ат. номера элемента. У всех щелоч­ных металлов линии двойные (дуб­леты), у щёлочноземельных элемен­тов наблюдаются одиночные линии (синглеты) и тройные (триплеты). Спектры атомов следующих групп в периодич. системе элементов обра­зуют ещё более сложные мультиплеты,

41

причём атомам с нечётным числом эл-нов соответствуют чётные мульти­плеты, а с чётным числом — нечётные. Кроме тонкой структуры, в А. с. наблюдается также сверхтонкая струк­тура линий (~1000 раз уже, чем мультиплетная), обусловленная вз-ствием эл-нов с магн. и электрич. моментами ядра.



В А. с. проявляются не все возмож­ные квант. переходы, а лишь разре­шённые отбора правилами. Так, в случае атома с одним внеш. эл-ном разрешены лишь переходы между уровнями, для к-рых азимутальное квант. число l изменяется на 1 (l=±1), т. е. s-уровни (l=0) комби­нируют с p-уровнями (l=1), p-уровни — с d-уровнями (l=2) и т. д.

Количеств. хар-кой разрешённых оптич. квант. переходов явл. их ве­роятность, определяющая интен­сивности спектр. линий, соот­ветствующих этим переходам. Вероят­ности переходов связаны с Эйнштейна коэффициентами и в простейших слу­чаях могут быть рассчитаны мето­дами квант. механики.

Под влиянием внеш. электрич. и магн. полей происходит расщепление спектр. линий (см. Зеемана эффект, Штарка эффект). Возмущающие фак­торы, существующие в излучающей среде, вызывают уширение и сдвиг спектр. линий (напр., доплеровское уширение линий в излучении плазмы, см. Ширина спектральных линий).

Методы, основанные на измерении частот спектр. линий и их интенсивностей, применяются для решения разл. задач спектроскопии: проведе­ния общей систематики многоэлект­ронных атомов, определения уровней энергии, нахождения вероятностей пе­реходов и времени жизни возбуждён­ных состояний, изучения механизмов возбуждения атомов и эфф. сечений элем. процессов, измерения яд. мо­ментов и т. д. Индивидуальность А. с. используется для качеств. определе­ния элементного состава в-ва, а зави­симость интенсивности линий от кон­центрации излучающих атомов — для количеств. анализа в-ва (см. Спект­ральный анализ).

Исследование А. с. сыграло важ­ную роль в развитии представлений о строении атома. • См. при ст. Атом.

М. А. Ельяшевич.

АТОМНЫЕ СТОЛКНОВЕНИЯ, см. Столкновения атомные.

АТОМНЫЙ ВЕС, см. Атомная масса.

АТОМНЫЙ НОМЕР (порядковый но­мер), номер элемента в периодической системе элементов. Равен числу прото­нов в ат. ядре. Определяет химические и большинство физических св-в атома. АТОМНЫЙ ФАКТОР, величина, ха­рактеризующая способность изолиро­ванного атома или иона когерентно рассеивать рентг. излучение, эл-ны и нейтроны (соотв. различают рентгеновский, электронный и нейтронный А. ф.). А. ф. для атомов разл. эле­ментов — характерная величина; таб­лицы А. ф. для атомов элементов и мн. ионов используются в рентгеновском структурном анализе, электроногра­фии и нейтронографии. Числ. значе­ние А. ф. и его зависимость от угла рассеяния и длины волны излучения определяются физ. природой вз-ствия излучения с атомом. А. ф. монотонно уменьшается с увеличением угла рас­сеяния, если длина волны излучения порядка радиуса атома или меньше, т. к. в этом случае волны, рассеян­ные разл. точками атома, сдвинуты друг относительно друга по фазе и частично взаимно гасятся. А. ф. оп­ределяет интенсивность излучения, рассеянного атомом в определ. направ­лении.

Рентг. излучение рассеивается эл-нами атома, поэтому рентгенов­ский А. ф. fp зависит от распреде­ления в атоме электронной плотности. Величина fр монотонно возрастает с увеличением ат. номера Z элемента. Обычно fр выражается в относит. ед. амплитуды рассеяния рентг. излуче­ния одним свободным эл-ном. Абс. ве­личина fp~10-11 см.

Эл-ны взаимодействуют с электростатич. потенциалом атома, и, следо­вательно, электронный А. ф. fэ, как и электростатич. потенциал в атоме, зависит не только от числа эл-нов, но и от размеров его элект­ронных оболочек. Поэтому fэ немоно­тонно зависит от Z. Абс. величина fэ~10-8 см, т. е. эл-ны во много раз сильнее рентг. лучей взаимодействуют с в-вом.

Нейтроны рассеиваются ядрами ато­мов, размеры к-рых значительно мень­ше длины волны де Бройля нейтронов, поэтому нейтронный ядер­ный фактор fян не зависит от угла рассеяния. Кроме того, не су­ществует к.-л. определ. зависимости fян от Z. Значения fян различны для изо­топов одного элемента. А. ф. fян опре­деляются только опытным путём, их абс. значения ~10-12 см, т. е. нейт­роны слабее рентг. лучей взаимо­действуют с в-вом.

Наряду с fян для магнитоупорядоченных объектов (ферромагнетиков, анти­ферромагнетиков и др.) можно ввести магнитный нейтронный А. ф. fмн, к-рый описывает когерент­ное рассеяние нейтронов на регуляр­но распределённых в пр-ве магн. мо­ментах атомов или ионов. Величина fмн также монотонно убывает с увели­чением угла рассеяния (причём более резко, чем fр). Абс. величина fмн

~10-12 см, т. е. fмн~fян. Фактор fмн может иметь как положит., так и отрицат. знак, в зависимости от взаим­ной ориентации спина нейтрона и вектора намагничивания среды. Пол­ный нейтронный рассеивающий фактор в магнитоупорядоченных материа­лах равен сумме: fн=fян+fмн.

А. В. Колпаков.

АТТО... (от дат. atten — восемна­дцать), приставка к наименованию ед. физ. величины для образования наиме­нования дольной ед., равной 10-18 от исходной. Обозначение — а. При­мер: 1 ас (аттосекунда) = 10-18 с.

АХРОМАТ (от греч. achromatos — бесцветный), сложная линза, состоя­щая из двух (собирающей и рассеи­вающей), обычно склеенных линз (рис.). Линзы изготовлены из неоди­наковых по дисперсии света сортов



Схема ахромата. Тон­кими линиями пока­зан ход лучей: 1 — в жёлтой области спектра; г — в си­не-фиолетовой обла­сти спектра.
оптич. стекла, выбираемых так, что для к.-л. двух длин волн света пол­ностью, а для остальных в значит. степени устранена хроматическая абер­рация. А. обладают неустранимым ас­тигматизмом. Их применяют в кач-ве объективов зрит. труб, биноклей, при­целов и т. п.

АЭРОДИНАМИКА (от греч. aer — воздух и dynamis — сила), раздел гидроаэромеханики, в к-ром изу­чаются законы движения воздуха (или др. газа) и силы, возникающие на по­верхности тел, относительно к-рых происходит его движение. В А. рас­сматривают движение с дозвук. ско­ростями, т. е. до 340 м/с (1200 км/ч).

Как самостоят. наука А. возникла в нач. 20 в. в связи с потребностями авиации. Одна из осн. задач А.— проектные разработки летат. аппара­тов путём расчёта действующих на них аэродинамич. сил. В процессе проек­тирования самолёта (вертолёта и т. п.) для определения его лётных св-в про­изводят т. н. аэродинамич. расчёт, в результате к-рого находят макси­мальную, крейсерскую и посадочную скорости полёта, скорость набора вы­соты (скороподъёмность) и наиболь­шую высоту полёта («потолок»), даль­ность полёта при заданной полезной нагрузке и т. д. В А. самолёта разра­батывают методы аэродинамич. рас­чёта и определения аэродинамических сил и моментов, действующих на само­лёт в целом и на его части — крыло, фюзеляж, оперение и т. д. К А. само­лёта относят обычно и расчёт устой­чивости и управляемости самолёта, а также теорию воздушных винтов. Вопросы, связанные с нестационар­ным режимом движения летат. аппа­ратов, рассматриваются в динамике полёта.

Теор. решение задач А. основано на ур-ниях гидроаэромеханики. Мето­дами эксперим. А. на основе подобия теории определяют аэродинамич. си­лы, действующие на летат. аппарат, испытывая маломасштабную модель

42

этого аппарата (см. Аэродинамические измерения).



Широкая область неавиац. приложе­ний А. входит в раздел, называемый промышленной А. В нём рассматри­ваются вопросы, связанные с расчё­том воздуходувок, ветровых двигате­лей, струйных аппаратов (эжекторов), вентиляц. техники (в частности, кон­диционеры воздуха), а также воп­росы, связанные с аэродинамич. си­лами, возникающими при движении наземного транспорта (автомобилей, поездов), и ветровыми нагрузками на здания и сооружения.

• Гинзбург И. П., Аэрогазодинамика (Краткий курс), М., 1966; Г о р л и н С. М., Экспериментальная аэромеханика, М., 1970; Краснов Н. Ф., Аэродинамика, 3 изд., М., 1980.



М. Я. Юделович.

АЭРОДИНАМИКА РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗОВ, см. Динамика разреженных газов.

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИЛА, см. Аэродинамические сила и момент.

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА, ус­тановка, создающая поток воздуха или др. газа для эксперим. изучения явлений, сопровождающих обтекание тел. В А. т. проводятся эксперименты, позволяющие: определять силы, дей­ствующие на самолёты и вертолёты, ракеты и косм. корабли при их по­лёте, на подводные суда в погружён­ном состоянии при их движении, ис­следовать их устойчивость и управ­ляемость; отыскивать оптим. формы самолётов, ракет, косм. и подводных кораблей, а также автомобилей и поездов; определять ветровые нагруз­ки, а также нагрузки от взрывных волн, действующие на здания и со­оружения. В спец. А. т. исследуются нагревание и теплозащита ракет, косм. кораблей и сверхзвук. самолётов.

Опыты в А. т. основываются на принципе обратимости движения, со­гласно к-рому перемещение тела от­носительно воздуха или жидкости можно заменить движением воздуха, набегающего на неподвижное тело. Для моделирования движения тела в покоящемся воздухе необходимо со­здать в А. т. равномерный поток, имеющий в любых точках перед мо­делью равные и параллельные ско­рости (равномерное поле скоростей), одинаковые плотность и темп-ру. При этом необходимо соблюдать условия, к-рые обеспечивают возможность пере­носа результатов, полученных для модели в лаб. условиях, на полнораз­мерный натурный объект (см. Моде­лирование, Подобия теория). При соб­людении этих условий аэродинамиче­ские коэффициенты, распределения относительных скоростей и давлений на поверхности исследуемой модели и натурного объекта одинаковы, что позволяет, определив эти хар-ки в А. т., рассчитать их значения для натурного объекта (напр., самолёта). Для того чтобы безразмерные хар-ки обтекания модели и натурного объек­та были одинаковы, необходимо так­же, кроме геом. подобия, обеспечить

в А. т. значения Маха числа М и Рейнольдса числа Re такие же, как и в полёте. А. т. подразделяют на до­звуковые и сверхзвуковые.

Дозвуковая А. т. пост. действия (рис. 1) состоит из рабочей части 1, обычно имеющей вид цилиндра с по­перечным сечением в форме круга или прямоугольника (иногда эллипса или многоугольника). Рабочая часть А. т. может быть закрытой или от­крытой. Исследуемая модель 2 кре­пится державками к стенке рабочей части А. т. или к аэродинамич. ве­сам 3. Перед рабочей частью расположено сопло 4, к-рое создаёт поток газа с заданными и постоянными по сечению скоростью, плотностью и темп-рой



Рис. 1. Дозвуковая аэродинамич. труба.
(6 — спрямляющая решётка, вы­равнивающая поле скоростей). Диф­фузор 5 уменьшает скорость и соот­ветственно повышает давление в струе, выходящей из рабочей части. Компрес­сор (вентилятор) 7 компенсирует по­тери энергии потока; направляющие лопатки 8 уменьшают потери энергии в нём, предотвращая появление вих­рей в поворотном колене; обратный канал 9 позволяет сохранить значит. часть кинетич. энергии, имеющейся в потоке за диффузором. Радиатор 10 обеспечивает постоянство темп-ры газа в рабочей части А. т. Чтобы в к.-л. части канала А. т. статич. давление равнялось атмосферному, в нём уста­навливают клапан 11. Размеры до-звук. А. т. колеблются в широких пределах: используются как большие А. т. для испытаний натурных объек­тов (напр., самолётов), так и миниа­тюрные настольные установки для научных и учебных целей.

А. т., схема к-рой приведена на рис. 1, относится к типу т. н. замкну­тых А. т. Существуют также разомк­нутые А. т., в к-рых газ к соплу под­водится из атмосферы или спец. ём­костей. Существ. особенностью дозвук. А. т. явл. возможность изменения ско­рости газа путём изменения перепада давления.

Сверхзвуковые А. т. Схема сверх­звуковой А. т. в общих чертах ана­логична схеме дозвук. А. т. Для полу­чения сверхзвук. скорости газа в ра­бочей части А. т. перед рабочей час­тью устанавливают т. н. сопло Лаваля. Каждому числу М соответст­вует определ. контур сопла. Поэтому в сверхзвук. А. т. для получения по­токов с разл. значениями числа М в рабочей части применяют сменные сопла или сопло с регулируемым кон-

туром, позволяющим менять его фор­му. Диффузор сверхзвук. А. т., как и сопло, имеет форму сходящегося — расходящегося канала. Для уменьше­ния потерь применяют регулируемые диффузоры, мин. сечение к-рых можно менять в процессе запуска установки. В сверхзвук. А. т. потери энергии в ударных волнах, возникающих в диффузоре и при обтекании самой модели, велики, поэтому для компен­сации этих потерь сверхзвук. А. т. имеют многоступенчатые компрес­соры и более мощные силовые уста­новки, чем дозвук. А. т.





Рис. 2. Схема двух баллонных аэродинамич. труб с повышенным давлением на входе в сопло и пониженным давлением на выходе из диффузора, создаваемым а — двухсту­пенчатым эжектором и б — вакуумным газ­гольдером: 1 — компрессор высокого давле­ния; 2 — осушитель воздуха; 3 — баллоны высокого давления; 4 — дроссельный кран; 5 — ресивер сопла; 6 — сопло; 7 — модель; 8 — диффузор аэродинамич. трубы; 9 — эжекторы; 10 — дроссельные краны; 11 — диффузор эжектора; 12 — быстродействую­щий кран; 13 — вакуумный газгольдер; 14 — вакуумный насос; 15 — подогрева­тель воздуха.
Широкое распространение получили также баллонные А. т. (рис. 2), в к-рых для создания перепада дав­ления перед соплом помещают бал­лоны высокого давления, содержа­щие газ при давлении от 1 до 100 МН/м2 (1000 кгс/см2), а за диффузо­ром — вакуумные ёмкости (газголь­деры), откачанные до абс. давления 100—0,1 Н/м2 (10-3 — 10-6 кгс/см2), или систему эжекторов.

Одной из осн. особенностей А. т. для получения потоков с большими числами М (>5) явл. возможность кон­денсации воздуха в результате пони­жения темп-ры с ростом числа М. Эта конденсация существенно изме­няет параметры струи, вытекающей из сопла, и делает её практически не­пригодной для аэродинамич. экспери­мента. Поэтому А. т. больших чисел М имеют подогреватели воздуха. Темп-pa Т0, до к-рой необходимо по­догреть воздух, тем больше, чем больше число М в рабочей части А. т. и давление р0 перед соплом. Напр., для предотвращения конден­сации воздуха в А. т. при числах M10 и р0=5 МН/м2 (50 кгс/см2) не­обходимо подогреть воздух до абс. темп-ры T01000 К.

Для получения очень больших M~25 в А. т. со схемой, близкой к

43

приведённой на рис. 2, в кач-ве ра­бочего газа вместо воздуха приме­няют гелий, конденсация к-рого про­исходит при достаточно низких темп-pax, и подогреватель в большинстве случаев оказывается ненужным.



Исследования теплообмена на по­верхности летат. аппаратов также про­водят на моделях в А. т., соблюдая условия подобия. В случаях, когда необходимо учитывать влияние физ.-хим. превращений за ударными волнами, излучение газа и т. п., исполь­зуются ударные А. т., в к-рых темп-ры достигают значений 8000— 15 000 К. При этом длительность эксперимента составляет ~10 мс. Од­нако исследования теплозащиты по­верхности летат. аппаратов и тепло­обмена можно проводить при более низких темп-pax, обеспечивая доста­точную длительность эксперимента. В этом случае применяются элект­родуговые А. т. (рис. 3), в к-рых воздух, подаваемый в форкамеру сопла, подогревается в электрич. дуге



Рис. 3. Схема электродуговой аэродинамич. трубы: 1 — центральный (грибообразный) электрод, охлаждаемый водой; 2 — стенки камеры, переходящие в сверхзвук. сопло, охлаждаемое водой; 3 — рабочая часть с высотной камерой; 4 — модель; 5 — диф­фузор; в — дуговой разряд; I— контакты для подведения электрич. тока дугового раз­ряда; II — контакты для подведения элек­трич. тока к индукц. катушке.
до темп-ры ~6000 К. Дуга, образую­щаяся в кольцевом канале между ох­лаждаемыми поверхностями центр. электрода 1 и камеры 2, вращается с большой частотой магн. полем, со­здаваемым индуктивной катушкой 7 (вращение дугового разряда необхо­димо для уменьшения эрозии электро­дов). А. т. этого типа позволяет полу­чать числа М до 20 при длительности эксперимента в неск. с. Однако дав­ление в форкамере обычно не превы­шает 10 МН/м2 (100 кгс/см2).

Большие давления в форкамере ~60 МН/м2 (600 кгс/см2) и большие значения числа М получают в т. н. импульсных А. т., в к-рых для нагревания газа применяется искро­вой разряд батареи высоковольтных конденсаторов. Темп-pa в форкамере импульсной А. т. ~6000 К, время ра­боты — неск. десятков мс.

В особую группу можно выделить криогенные А. т., моделирую­щие течения на больших высотах. В этих установках разреженный газ после обтекания исследуемой модели конденсируется на поверхности крио­генных панелей.

•Пэнкхёрст Р., Холдер Д., Тех­ника эксперимента в аэродинамических тру­бах, пер. с англ., М., 1955; 3 а к с Н. А., Основы экспериментальной аэродинамики,

[2 изд.], М., 1953; П о у п А., Г о й н К. Л., Аэродинамические трубы больших скоростей, пер. с англ., М., 1968; Горлин С. М., Экспериментальная аэромеханика, М., 1970.

М. Я. Юделович.


Каталог: units -> fmf -> department of theoretical physics and teaching physics -> files
files -> Закон тяготения эйнштейна коэффициенты эйнштейна де хааза эф­фект
units -> Учебная дисциплина Б. 11. Новая и новейшая история стран Востока
units -> Виктор Максимович Жирмунский
units -> Производственная и преддипломная практики студентов иениМ направления подготовки 020201. 65 Биология и 020803. 65 Биоэкология в 2011-2012 учебном году
units -> М качественные и количественные методы исследования в психологии Вопросы к экзамену Определение и соотношение понятий «методология»
units -> Направление подготовки
files -> Лабораторная работа т–4 определение удельной теплоты


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал