Слова на букву «Ц» (стр. 3 )

845

ном магнитном поле Н в плоскости, перпендикулярной H. Для свободной заряженной ч-цы Ц. ч. wс опреде­ляется из равенства Лоренца силы и центробежной силы:

wc=qH/mc, (1)

где q и m — заряд и масса свободной ч-цы. Ц. ч. определяет разность энер­гий Dξ между уровнями энергии ч-цы в магн, поле: Dξ=ћwс.

Ц. ч. играет существ. роль в вопро­сах распространения и генерации электромагн. волн в плазме, находя­щейся в пост. магн. поле, в частности при распространении радиоволн в ио­носфере (гиромагнитная частота). Для электронов земной ионосферы, находящихся в магн. поле Земли (см. Земной магнетизм), wс=104 МГц; для электронов в области пятен солнечной короны wс=104 МГц. Для ч-ц с релятивистскими скоростя­ми в формуле (1) m=m0/Ö(1-v2/c2),

где m0—масса покоя ч-цы.

В кристаллах движение электронов сложнее вследствие взаимодействия с ионами решётки. В постоянном магн. поле энергия эл-на или дырки 8 и про­екция pH их квазиимпульса р на на­правление Н сохраняются, так что в импульсном пространстве (p-простран­стве) движение происходит по кривой пересечения изоэнергетич. поверхности ξ(р)=ξ плоскостью pH=const. Если эта кривая замкнутая, то движение яв­ляется периодическим и происходит с Ц. ч.:

wс=еН/m*с.

Здесь m* — эффективная масса носи­теля заряда.

.

ЦИКЛОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (магнитотормозное излучение), эл.-магн. излучение заряж. частицы, движу­щейся по окружности или спирали в магн. поле. В отличие от синхротронного излучения, термин «Ц. и.» обычно относят к магнитотормозному излу­чению нерелятив. ч-ц, происходящему на осн. циклотронной частоте и её первых гармониках.

ЦИКЛОТРОННО-РЕЗОНАНСНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР, устройство, в к-ром для определения масс ионов используется эффект резонансного поглощения эл.-магн. энергии ионами, вращающимися по круговым орбитам в однородном магн. поле. Эффект возникает при совпадении частоты приложенного поля с циклотронной частотой ионов. См. Масс-спектро­метр,

ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС, из­бирательное поглощение или отраже­ние электромагн. волн проводниками, помещёнными в постоянное магн. поле, на частотах, равных или крат­ных циклотронной частоте носителей заряда. В пост. магн. поле Н заряжен­ные ч-цы движутся по спиралям, оси

Траектории электронов:а, б — в однородном постоянном магн. поле H при действии переменно­го электрич. поля Е^H; магн. поле H направлено парал­лельно поверхности металла; в — зеркально отражающихся от поверхности металла.

к-рых направлены вдоль Н (рис. а). В плоскости, перпендикулярной Н, движение является периодическим (рис. б) с циклотронной частотой:

wc= eH/mc. (1)

Здесь е и m — заряд и масса ч-цы. С той же частотой wc, поворачивается вектор скорости частицы v. Если при этом ч-ца находится в однородном пе­риодич. электрич. поле E(t) с частотой со, то энергия, поглощаемая ею, рав­ная eEv, также оказывается периодич. функцией времени t с угловой частотой (wc-w). Ср. энергия, поглощаемая за большое время, резко возрастает при w= wc.

Ц. р. может наблюдаться, если но­сители заряда совершают много обо­ротов, прежде чем испытают столкно­вение с др. ч-цами и рассеются. Это условие имеет вид: wсt>1, где t — ср. время между столкновениями (вре­мя релаксации), определяемое св-вами проводника. В твёрдом теле опреде­ляющую роль играют столкновения электронов проводимости с дефектами крист. решётки (t~=10-9—10-11 с) и рассеяние на её тепловых колебаниях (электрон-фононное взаимодействие). Последний процесс ограничивает об­ласть наблюдения Ц. р. низкими темп-рами (1—10 К), когда столкновения с тепловыми фононами становятся до­статочно редкими. Практически дости­жимые макс. времена релаксации ограничивают снизу область частот (w>109 Гц), используемых при ис­следовании твёрдых тел методом Ц. р.

Ц. р. в полупроводниках наблю­дается на частотах 1010 —1012 Гц в полях 1—100 кЭ. Т. к. концентрация собств. носителей заряда или носите­лей, возбуждаемых светом, нагревом и др., обычно не превосходит 1014 —1015 см-3, то электромагн. волны про­никают в образец на большую глу­бину, значительно превосходящую диаметры орбит электронов, измеряе­мых в мкм. Т. о. носители движутся в практически однородном электрич. поле, и Ц. р. наблюдается (как пра­вило) только при w=wc.

В металлах электромагн. волны почти полностью отражаются от поверхности образца, проникая в ме­талл на небольшую глубину скин-слоя d~10-5 см (см. Скин-эффект). В результате эл-ны проводимости дви­жутся в сильно неоднородном электро­магн. поле, поскольку, как правило, диаметр их орбиты D >>d (рис., а, б). Если магн. поле параллельно поверх­ности образца, то среди эл-нов есть та­кие, к-рые, хотя и движутся большую часть времени в глубине металла, где

электрич. поля нет, однако на корот­кое время заходят в скин-слой, где взаимодействуют с волной. Механизм передачи энергии от волны носителям в этом случае аналогичен работе цик­лотрона: резонанс возникает, если электрон будет попадать в скин-слой каждый раз при одной и той же фазе электрич. поля, что возможно при w=nwс (n — целое число). Это ус­ловие отвечает резонансам, периоди­чески повторяющимся при изменении 1/H.

В металлах в тех же условиях, что и Ц. р., может наблюдаться близкое к нему по природе явление ─ осцил­ляции поверхностной проводимости из-за квантовых переходов между маг­нитными поверхностными уровнями. Они возникают, если электроны могут зеркально отражаться от поверхности образца, совершая тем самым периодич. движение, к-рое квантовано, и раз­решёнными оказываются такие ор­биты, для к-рых поток Ф магн. поля через сегмент, образуемый дугой траектории и поверхностью образца (заштрихован, рис., в), равен Ф=(n+1/4)ch/e.

Ц. р. широко применяется в физике твёрдого тела при изучении энергетич. спектра электронов, в первую оче­редь для точного измерения их эффек­тивной массы. При помощи Ц. р. возможно определение знака заряда носителей, изучение процессов их рассеяния и электрон-фононного вза­имодействия в металлах.

• Введение в теорию нормальных металлов, М., 1972; А ш к р о ф т Н., М е р м и н Н., Физика твер­дого тела, пер. с англ., М., 1979.

B. C. Эдельман.

ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ВОЛНА, вол­на, радиально расходящаяся от (схо­дящаяся к) нек-рой оси в пространст­ве или точке на плоскости. В послед­нем случае эти волны наз. также круговыми. в. могут служить волны на поверхности воды от брошенного камня или колеблющего­ся поплавка, электромагн. или аку­стич. волны, возбуждаемые источни­ками, расположенными в пространст­ве, ограниченном, напр., двумя плос­копараллельными отражателями (в т. ч. внутри океанич. волноводов и т. д.).

в. существенно слож­нее структуры плоских (одномерных) и сферич. (трёхмерных) волн. Про­стейшая монохроматич. симметрич­ная Ц. в. с источником в центре (рис. 1) удовлетворяет двумерному волновому уравнению и описывается с помощью функции Ханкеля нулевого порядка H0(kr):

846

u(r, t)~H0(kr)eiwt, (1)

где со — круговая частота, k — вол­новое число. На больших расстояниях от оси (kr >> 1) волновое поле (1) приобретает вид:

u(r, t)~(A/Ör)exp(wt-kr), (2) и только в этом асимптотич. представ­лении в Ц. в. можно однозначно вы-

Рис. 1 Радиально расходящаяся цилинд­рич. волна, возбуждаемая источником в центре.

делить амплитуду А/Ör и фазу wt-kr=w(t-r/vф), где фазовая ско­рость vф совпадает с фазовой скоростью плоской волны: vф=w/k=2p/l (l— длина волны). По мере удаления от оси квадрат модуля волнового воз­мущения (2) убывает как 1/r, а по­верхность цилиндра, охватывающая источник, растёт пропорционально r, так что, в соответствии с законом сох­ранения энергии, суммарное значение потока энергии, уносимого от источ­ника на оси, остаётся постоянным. При отсутствии дисперсии волн из гармонич. волн (2) вдали от оси можно составить волну любой формы (в частности, уединённую волну, или вол­новой пакет), перемещающуюся с постоянной скоростью vф=v

u(r, t)=(A/Ör)f(t-r/v), (3)

где ф-ция f(t-r/v) удовлетворяет од­номерному волновому ур-нию. Однако в промежуточной области, где kr~1,

Рис. 2. Радиально расходящаяся цилинд­рич. волна, заданная в начальный момент времени в форме одиночного импульса u=u0/(1+r/r0)3/2. С увеличением t=ct/r0 (с ростом времени t) импульс расплывается, оставляя за собой «шлейф».

даже в среде без дисперсии происхо­дит сильная деформация волнового возмущения (рис. 2). Это связано с тем, что Ц. в. в принципе нестационар­на: удаляясь от оси (центра), она оставляет за собой «шлейф», к-рый можно интерпретировать как резуль­тат прихода волновых возмущений от всё более и более удалённых от точки наблюдения источников на оси.

• См. лит. при ст. Волны.

, .

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ДОМЕНЫ, «магнитные пузырьки», изолированные однородно намагни­ченные подвижные области ферро - или ферримагнетика (домены), имеющие форму круговых цилиндров и направ­ление намагниченности, противопо­ложное направлению намагниченности остальной его части (рис. 1). Обна­ружены в кон. 50-х гг. 20 в. в ортоферритах и гексаферритах (см. Ферриты).

Рис. 1. Изолиро­ванный цилинд­рич. магн. домен (1) в пластине маг­нетика (2) с одной осью лёгкого намагничивания. H — подмагничивающее поле, направление к-рого совпадает с осью лёгкого намагничивания; J — намагниченность магнетика (знаки + и - указывают на различие в направле­нии намагниченности).

Ц. м. д. получают в тонких (1 — 100 мкм) плоскопараллельных пласти­нах (плёнках) монокрист. ферримагнетиков (ферриты-гранаты) или аморф­ных ферромагнетиков (сплавы d - и f-переходных элементов) с единств. осью лёгкого намагничивания, направ­ленной перпендикулярно поверхности пластины. Магн. поле, формирующее Ц. м. д. (поле подмагничивания), при­кладывается по оси лёгкого намагни­чивания. В отсутствии внеш. подмагничивающего поля доменная структура пластин имеет неупорядоченный лабиринтообразный вид (рис. 2, слева). При наложении подмагничивающего поля домены, не имеющие контакта с краями пластины, стягиваются и обра­зуют Ц. м. д. (рис. 2, справа).

Рис. 2. Слева — лабиринтная доменная ст­руктура магнитоодноосных пластин в отсут­ствии магн. поля, наблюдаемая под микро­скопом в поляризованном свете (размер до­менов ок. 10 мкм); справа — цилиндрич. магн. домены, образовавшиеся при помеще­нии пластины в подмагничивающее поле.

Вектор намагниченности Ц. м. д. ориенти­руется вдоль оси лёгкого намагничива­ния.

м. д. сущест­вуют в определённом интервале полей подмагничивания, к-рый составляет неск. % от величины намагничен­ности насыщения материала. Нижняя граница интервала устойчивости со­ответствует переходу Ц. м. д. в до­мены эллиптич. формы, верхняя — исчезновению (коллапсу) Ц. м. д. Устойчивое существование Ц. м. д. обусловлено равновесием трёх сил: силы взаимодействия намагниченности Ц. м. д. с полем подмагничивания;

силы, связанной с существованием у Ц. м. д. стенок (аналогична силе по­верхностного натяжения); наконец, силы взаимодействия магн. момента Ц. м. д. с размагничивающим полем остальной части магнетика. Первые две силы стремятся сжать Ц. м. д., а третья — растянуть. В момент форми­рования радиус Ц. м. д. имеет макс. величину; при дальнейшем увеличении подмагничивающего поля радиус Ц. м. д. уменьшается, а при нек-ром поле Нк сжимающие силы начинают превышать растягивающие и Ц. м. д. исчезают (коллапсируют) (рис. 3).

Рис. 3. Область устойчивого существования цилиндрич. магн. доменов. По оси ординат отложено отношение напряжённости поля подмагничивания к намагниченности насы­щения магнетика, по оси абсцисс — отноше­ние толщины пластины к её характеристич. длине.

Реальные размеры Ц. м. д. зависят, помимо поля подмагничивания, от физ. параметров материала и толщины плёнки. В центре интервала устойчи­вости диаметр Ц.. м. д. примерно равен толщине плёнки.

В однородном поле подмагничивания Ц. м. д. неподвижны, в неоднородном они перемещаются в область с мень­шей напряжённостью поля. Сущест­вует предельная скорость перемеще­ния Ц. м. д. (для разных в-в от 01.01.01 м/с). м. д. ограничивают процессы передачи энергии от движущихся Ц. м. д. крист. ре­шётке, спиновым волнам и т. п., а также взаимодействие Ц. м. д. с дефектами в кристаллах (с уменьше­нием числа дефектов скорость увеличи­вается). Ц. м. д. наблюдаются под микроскопом в поляризованном свете (используется Фарадея эффект).

Предложение о практич. использо­вании Ц. м. д. в вычислит. технике относится к 1967.

Так, тонкие эпитаксиальные плён­ки (см. Эпитаксия) сметанных редко­земельных ферритов-гранатов, обла­дающие необходимыми св-вами, стали применяться в запоминающих устрой­ствах цифровых вычислит. машин (для записи, хранения и считывания инфор­мации в двоичной системе счисления). Нули и единицы двоичного кода при этом изображаются соответственно присутствием и отсутствием Ц. м. д. в данном месте плёнки. Существуют магн. плёнки, в к-рых диаметр Ц. м. д.

847

менее 0,5 мкм, что позволяет, в прин­ципе, осуществлять запись информации с плотностью более 107 бит/см2. Прак­тически реализованная система за­писи и считывания информации осно­вана на перемещении Ц. м. д. в маг­нитных плёнках при помощи тонких (0,3—1 мкм) аппликаций из магнитно-мягкого материала (пермаллоя) Т—I-, Y—I - или V -образ­ной (шевронной) фор­мы, накладываемых непосредственно на плёнку с Ц. м. д. Ап­пликации намагничи­ваются вращающимся в плоскости плёнки управляющим магн. полем Hynp (рис. 4) так, что в требуемом направлении возникает градиент поля, обеспечивающий пере­мещение Ц. м. д.

Рис. 4. Схемы перемеще­ния цилиндрич. магн. доменов (1) на пермаллоевых аппликациях (г) Т—I-образного (a), Y—I-образного (б) и шев­ронного (V-образного) (в) профилей.Hynp— управ­ляющее магн. поле.

Схемы управления перемещением Ц. м. д. при помощи лермаллоевых аппликаций работают на частотах изменения управляющего поля около 1 Мгц, что соответствует скорости записи (считывания) инфор­мации 1 Мбит/с.

Рис. 5. Схема генерирования и перемещения цилиндрич. магн. доменов: слева — генера­тор доменов, Hynр — управляющее магн. поле. При повороте управляющего поля один из концов зародышевого домена постепенно втягивается в канал распространения, обо­собляется и под действием поля намагнич. аппликаций перемещается по каналу.

Запись информации осуществляется с помощью генерато­ров Ц. м. д., работающих на принципе локального перемагничивания мате­риала импульсным магн. полем тока, пропускаемого по проводнику в форме

шпильки. Одна из возможных схем генерации и перемещения Ц. м. д. показана на рис. 5. Для считывания информации в запоминающих устрой­ствах на Ц. м. д. используют детек­торы, работающие на магниторезистивном эффекте (см. Магнетосопротивление). Магниторезистивный детектор Ц. м. д. представляет собой аппли­кацию спец. формы из проводящего материала (напр., пермаллоя), сопро­тивление к-рого зависит от действую­щего на него магн. поля. Проходя детектор, Ц. м. д. своим полем изме­няют его сопротивление, что можно зарегистрировать по изменению паде­ния напряжения на детекторе. За­поминающие устройства на Ц. м. д. обладают высокой надёжностью и низ­кой стоимостью хранения единицы информации. м. д.— один из возможных путей развития ЭВМ.

• Делла Цилиндрические магнитные домены, пер. с англ., М., 1977; О'Д е л л Т., Магнитные домены высокой подвижности, пер. с англ., М., 1978; , Физика цилиндрических магнитных доменов, М., 1979; , , Магнитные материалы для микроэлектроники, М., 1979; Р а е в В. К., , Цилинд­рические магнитные домены в элементах вычислительной техники, М., 1981.

.

ЦИРКУЛЯРНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ, см. Поляризация света.

ЦИРКУЛЯЦИЯ СКОРОСТИ, кинема­тич. характеристика течения жидко­сти или газа, к-рая служит мерой зави­хренности течения. Ц. с. связана с вращением элементарного объёма жид­кости (газа) при его деформации в процессе движения. Если скорости всех жидких ч-ц, расположенных на

нек-рой замкнутой кривой длиной l, направлены по касательной к этой кривой и имеют одну и ту же числен­ную величину v, то Ц. с. определя­ется равенством Г=vl, как, напр., в случае прямолинейного вихря, т. е. плоскопараллельного течения жидко­сти, при к-ром все её ч-цы движутся по концентрич. окружности с центрами на оси вихря. В общем случае

где криволинейный интеграл берётся по замкнутой кривой L, vt — проек­ция скорости на касательную к этой кривой, ds — элемент длины кривой, vx, vy, vz — проекции скорости на координатные оси, х, у, z — коорди­наты точек кривой.

с. по любому замкнутому контуру, проведённому внутри жид­кости, равна нулю, то течение жидко­сти будет безвихревым, или потен­циальным течением. Если же Ц. с. по нек-рым контурам будет отлична от нуля, то течение жидкости будет либо вихревым в соответственных областях, либо безвихревым, но с неоднознач­ным потенциалом скоростей (область течения неодносвязна, т. е. в ней име­ются замкнутые твёрдые границы, напр. быки моста в реке). В последнем случае Ц. с. по всем контурам, охва­тывающим одни и те же границы, име­ет одно и то же значение. Ц. с. широко используется как характеристика те­чений идеальной (без учёта вязкости) жидкости (см., напр., Жуковского теорема). Для вязкой жидкости Ц. с. всегда отлична от нуля и со временем изменяется вследствие диффузии вих­рей.

• , К и б е л ь И. А., , Теоретическая гидромеха­ника,!. 1,М., 1963;

Л о й ц я н с к и й Л. Г., Механика жидкости и газа, 5 изд., М., 1978.

ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИ­ТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР, средство из­мерений, в к-ром значение измеряемой электрич. величины представляется в виде числа на отсчётном устройстве. Применяется для измерений практи­чески всех электрич. величин (напря­жения, тока, сопротивления, ёмкости, индуктивности и др.), а также неэлектрич. величин (давления, темп-ры, скорости и др.), предварительно пре­образованных в электрические. Как правило, Ц. э. п. одновременно вы­полняет ф-цию аналого-цифрового преобразователя, преобразуя измеряе­мую величину в выходной код — совокупность дискретных (импульс­ных) электрических сигналов, что позволяет регистрировать показания Ц. э. п. цифропечатающим устройст­вом, передавать их на расстояние, вводить в вычислительное устрой­ство.

Измерение при помощи Ц. э. п. сопровождается квантованием изме­ряемой величины по уровню (шаг кван­тования определяется значением наименьшего десятичного разряда пред-

848

ставляемого числа) и её дискретизаци­ей во времени (шаг определяется длительностью цикла одного преоб­разования). Структурно большинство Ц. э. п. состоит из след. частей: изме­рит. цепи, выполняющей необходимые аналоговые преобразования измеряе­мой величины (мост измерительный, измерит. усилитель, преобразователь напряжения во временной интервал и др.); аналого-цифрового преобразо­вателя и отсчётного устройства, в к-ром кодированный сигнал преобра­зуется в соответствующее число.

Ц. э. п. различают по принципу аналого-цифрового преобразования. Наиболее распространены след. два вида Ц. э. п. 1) Последователь­ного счёта, в к-ром аналого­вая измеряемая величина преобразу­ется в пропорц. число импульсов (число-импульсный код) и затем в др., обычно двоично-десятичный, код. Преобразование в число-импульсный код осуществляется на основе сравне­ния измеряемой или пропорциональ­ной ей аналоговой величины с извест­ной однородной ступенчато-равномерно возрастающей величиной. Размер ступени определяет шаг квантования. Кол-во импульсов число-импульсного кода равно кол-ву ступеней до мо­мента установления равенства (с точ­ностью до шага квантования) измеряе­мой и ступенчато изменяющейся величин. По такому принципу рабо­тают Ц. э. п. для измерения частоты, фазы, интервалов времени, а также величин, преобразованных в эти параметры (напр., время-импульсные вольтметры). 2) Поразрядного уравновешивания, в к-ром код формируется на основе сравнения измеряемой величины с известной од­нородной величиной, изменяющейся ступенчато-неравномерно по определ. запрограммированному закону. Сту­пенчатое изменение уравновешиваю­щей величины аналогично изменению массы гирь в процессе уравновешива­ния весов. Сформированный код опре­деляется набором разновеликих сту­пеней уравновешивающей величины, сумма к-рых отличается от значения измеряемой величины не более чем на значение наименьшей для данного Ц. э. п. ступени. По такому принципу действует большинство Ц. э. п. для измерений напряжения, тока, сопро­тивления. Диапазоны измеряемых величин и наименьшие пределы допу­скаемых значений осн. погрешности в % от верхнего предела измерений характеризуются, соответственно,

след. данными: напряжение пост. тока от 0,1 мкВ до 1000 В, 0,001%; напря­жение перем. тока от 10 мкВ до 1000 В, 0,05% ; частотный диапазон 45—105Гц; сопротивление от 10-3 до 1010 Ом, 0,01 % ; частота от 10-1 Гц до 500 МГц, 10-7'%; ёмкость от 10-7 до 102 мкФ, 0,02%; индуктивность от 10-5 до 102 Гн, 0,05%; быстродействие до 106 преобразований/с.

Технические требования к Ц. э. п. стандартизованы в ГОСТе 22261—76, термины и определения — в ГОСТе 13607—68.

• , Цифровые измери­тельные преобразователи и приборы, М., 1973; Электрические измерения, под ред. и , 5 изд., Л., 1980; Справочник по электроизмерительным приборам, 2 изд., Л., 1977.

.

CPT-ТЕОРЕМА, см. Теорема СРТ.