Лит.:Коль К. С., Ионная электропроводность нервов, пер. с англ., в сборнике: Процессы регулирования в биологии, М., 1960; Шван Г., Спектроскопия биологических веществ в поле переменного тока, в сборнике: Электроника и кибернетика в биологии и медицине, пер. с англ., М., 1963; Аккерман Ю., Биофизика, пер. с англ., М., 1964, с. 222-27; Кол К. С., Нервный импульс (теория и эксперимент), в сборнике: Теоретическая и математическая биология, М., 1968.
К. Ю. Богданов.
Электропроводность (физич.)
Электропрово'дность,электрическая проводимость, проводимость, способность тела пропускать под воздействием электрического поля, а также физическая величина, количественно характеризующая эту способность. Тела, проводящие электрический ток, называются проводниками, в отличие от изоляторов ( ) .Проводники всегда содержат свободные (или квазисвободные) носители заряда - электроны, ионы, направленное (упорядоченное) движение которых и есть электрический ток. Э. большинства проводников ( , , ) обусловлена электронами (в плазме небольшой вклад в Э. вносят также ионы). Ионная Э. свойственна .
Сила электрического тока Iзависит от приложенной к проводнику разности потенциалов V,которая определяет напряжённость электрического поля Евнутри проводника. Для изотропного проводника постоянного сечения Е = -V/L,где L -длина проводника. Плотность тока jзависит от значения Ев данной точке и в изотропных проводниках совпадает с ним по направлению. Эта зависимость выражается Ома законом: j= s Е; постоянный (не зависящий от Е) коэффициент s и называется Э., или удельной Э. Величина, обратная s ,называется удельным :r =1/s. Для проводников разной природы значения s (и r) существенно различны (см. рис. ). В общем случае зависимость jот Енелинейна, и s зависит от Е; тогда вводят дифференциальную Э. s = dj/dE.Э. измеряют в единицах ( ом· см) -1или (в СИ) в ( ом· м) -1 .
В анизотропных средах, например в монокристаллах, s - второго ранга, и Э. для разных направлений в кристалле может быть различной, что приводит к неколлинеарности Еи j.
В зависимости от величины Э. все вещества делятся на проводники с s > 10 6( ом· м) -1 ,диэлектрики с s < 10 -8( ом· м) -1 и полупроводники с промежуточными значениями s .Это деление в значит. мере условно, т. к. Э. меняется в широких пределах при изменении состояния вещества. Э. s зависит от температуры, структуры вещества (агрегатного состояния, дефектов и пр.) и от внешних воздействий (магнитного поля, облучения, сильного электрического поля и т. п.).
Мерой «свободы» носителей заряда в проводнике служит отношение ср. времени свободного пробега (t) к характерному времени столкновения t cт :t/ t cт>> 1; чем больше это отношение, тем с большей точностью можно считать частицы свободными. Методы молекулярно-кинетической теории газов позволяют выразить s через концентрацию ( n) свободных носителей заряда, их заряд ( е) и массу ( m) и время свободного пробега:
где m -
частицы, равная
E/v
cp=
et/m,
v
cp- ср. скорость направленного движения. Если ток обусловлен заряженными частицами разного сорта «
i», то
. Подвижность электронов (вследствие их малой массы) настолько больше ионной, что ионная Э. существенна только в случае, когда свободные электроны практически отсутствуют. Перенос массы под воздействием тока, напротив, связан с движением ионов.
Характер зависимости Э. от температуры Тразличен у разных веществ. У металлов зависимость s( Т) определяется в основном уменьшением времени свободного пробега электронов с ростом Т:увеличение температуры приводит к возрастанию тепловых колебаний кристаллической решётки, на которых рассеиваются электроны, и s уменьшается (на квантовом языке говорят о столкновении электронов с ) .При достаточно высоких температурах, превышающих q D ,Э. металлов обратно пропорциональна температуре: s ~1/ Т; при Т<< q D
Некоторые металлы, сплавы и полупроводники при понижении Тдо нескольких градусов К переходят в сверхпроводящее состояние с s = Ґ (см. ) .При плавлении металлов их Э. в жидком состоянии остаётся того же порядка, что и в твёрдом.
Об Э. жидкостей см. , .
Прохождение тока через частично или полностью ионизованные газы (плазму) обладает своей спецификой (см. , ) . Например, в полностью ионизованной плазме Э. не зависит от плотности и возрастает с ростом температуры пропорционально Т 3/2, достигая Э. хороших металлов.
Отклонение от закона Ома в постояном поле Енаступает, если с ростом Еэнергия, приобретаемая частицей между столкновениями, eEl,где l- средняя длина свободного пробега, становится порядка или больше kT( k- ) .В металлах условию eEl >> kTудовлетворить трудно, а в полупроводниках, электролитах и особенно в плазме явления в сильных электрических полях весьма существенны.
В переменном электромагнитном поле s зависит от частоты (w) и от длины волны (l) поля (временна'я и пространственная дисперсия, проявляющиеся при w ³ t -1, l Ј l) .Характерным свойством хороших проводников является (даже при w << t -1
ток сконцентрирован вблизи поверхности проводника).Измерение Э.- один из важных методов исследования материалов, в частности для металлов и полупроводников - их чистоты. Кроме того, измерение Э. позволяет выяснить динамику носителей заряда в макроскопическом теле, характер их взаимодействия (столкновений) друг с другом и с другими объектами в теле.
Э. металлов и полупроводников существенно зависит от величины магнитного поля, особенно при низких температурах (см. ) .
М. И. Каганов.
Зависимость электропроводности s некоторых веществ от абсолютной температуры Т. Металлы: 1 - медь, 2 - свинец (ниже 7,3 К становится сверхпроводящим); полупроводники: 3 - графит, 4 - чистый германий, 5 - чистый кремний; ионные проводники: 6 - хлористый натрий, 7 - стекло.
Электропроводность электролитов
Электропрово'дность электроли'товобусловлена наличием в них положительных и отрицательных ионов (катионов и анионов). Доли общего количества электричества, переносимого катионами и анионами, называются .Э .э. количественно характеризуют эквивалентной электропроводностью L:
,
где c - удельная электропроводность раствора (в ом -1· см -1) , с -- его концентрация (в г· экв/л) .Предельно разбавленному раствору, в котором молекулы электролита полностью диссоциированы на ионы, соответствует наибольшее значение L, равное сумме эквивалентных электропроводностей катионов и анионов (см. также ) .
Эквивалентная электропроводность электролитов уменьшается с ростом концентрации раствора. В растворах слабых электролитов L быстро падает с ростом с,в основном из-за уменьшения подвижности ионов и степени диссоциации. В растворах сильных электролитов уменьшение L определяется главным образом торможением ионов из-за взаимодействия их зарядов, интенсивность которого растет с концентрацией вследствие уменьшения среднего расстояния между ионами, а также из-за уменьшения подвижности ионов при увеличении вязкости раствора (см. ) .В электрических полях большой протяжённости подвижность ионов настолько велика, что ,тормозящая движение ионов, не успевает образовываться, и L резко возрастает (эффект Вина). Подобное явление наблюдается н при приложении к раствору электролита электрического поля высокой частоты (эффект Дебая - Фалькенхагена).
Электропроводность сильных электролитов удовлетворительно описывается теоретическими уравнениями лишь в области небольших концентраций, например .
А. И. Мишустин.
Электропроигрыватель
Электропрои'грыватель,электропроигрывающее устройство, электромеханическое устройство в аппаратуре воспроизведения грамзаписи; составная часть , и других бытовых и профессиональных звукотехнических комплексов. Основные узлы Э.: механизм, вращающий , ,преобразующий механические колебания иглы в электрические колебания (см. также ) .Кроме того, в Э. часто используют предварительный усилитель звуковых частот, корректирующий частотные искажения. Э. обеспечивают одно или несколько значений частоты вращения грампластинок (наиболее употребительна частота 33 1/ 3 мин -1 ,кроме неё используют частоты 78; 45; 16 2/ 3 мин -1) и поддержание в заданных границах (в зависимости от назначения и класса Э.) значений параметров, характеризующих качество воспроизведения (стабильность частоты вращения, допустимые искажения формы электрического сигнала, уровень акустических и электрических помех и т. д.).
Лит.:Аполлонова Л. П., Шумова Н. Д., Механическая звукозапись, М. - Л., 1964; ГОСТ 18631-73. Устройства электропроигрывающие. Основные параметры. Технические требования.
С. Л. Мишенков.
Электроразведочная станция
Электроразве'дочная ста'нция,комплект передвижной аппаратуры, предназначенный для производства электроразведочных работ. Состоит из генераторной группы и полевой измерительной лаборатории. В состав генераторной группы входят генераторы постоянного или переменного тока с приводом от отдельного двигателя или двигателя транспортного средства (при использовании генератора постоянного тока входят также преобразователи постоянного напряжения в периодическое импульсное). Полевая измерительная лаборатория состоит из входных (датчиков электрического или магнитного поля), промежуточных преобразователей (усилителей, аттенюаторов, фильтров, накопителей, детекторов и др.) и выходных устройств, позволяющих вести регистрацию в аналоговой (главным образом осциллографами) или цифровой форме. Э. с. применяются при исследованиях геологического разреза до глубин в несколько кмметодами сопротивления, магнитотеллурического поля, электромагнитных зондирований и др. (см. ) .По характеру используемых транспортных средств различают автомобильные, аэроэлектроразведочные (вертолётные и самолётные) и морские Э. с. Использование Э. с. повышает эффективность электроразведочных работ, т. к. позволяет вести съёмку в движении и увеличивает глубинность исследования земной коры за счёт использования мощных источников поля.
Лит.:Справочник геофизика, т, 3, М., 1963; Горячко И. В., Электроразведочная аппаратура и оборудование, М., 1968.
Ю. В. Якубовский.
Электрореактивные двигатели
Электрореакти'вные дви'гатели,электрические ракетные двигатели, класс ,в которых в качестве источника энергии для создания тяги используется электрическая энергия. Более подробно об Э. д. (классификация, принципы действия) см. в ст. .
Электрорентгенография
Электрорентгеногра'фия(от и ) ,ксерорадиография, метод получения рентгеновского изображения с использованием фотополупроводниковых пластин (см. ) ;при этом изображение получают не на рентгеновской плёнке, а на обычной бумаге. Разработан американским физиком Ч. Карлсоном (1938). В 1960-х гг. Э. получила применение как метод неразрушающего контроля изделий машиностроения, урановых блоков и пр., а в медицине - для распознавания заболеваний костей, молочных желёз. В 1964-65 в СССР Э. впервые применена в диагностике заболеваний внутренних органов, системы мочевыделения; разработан ряд новых методов исследования (электрорентгеноангиография, электрорентгеносканирование и др.). Экспонирование (применяются селеновые пластины) проводится на рентгеновском аппарате, проявление скрытого электростатического изображения (напылением окрашенного порошка), перенос изображения с пластины на лист бумаги и его закрепление - в специальном электрорентгенографическом аппарате. Диагностические возможности метода, быстрота и удобство (независимо от фотолаборатории, водоснабжения) изготовления снимка, экономическая эффективность определили перспективность его применения в качестве одного из методов современной рентгенодиагностики (преимущественно в травматологии, в неотложной диагностике).
Лит.:Палеев Н. Р., Рабкин И. Х., Бородулин В. И., Введение в клиническую электрорентгенографию, М., 1971.
Н. Р. Палеев.
Электроретинография
Электроретиногра'фия(от ,позднелат. retina - сетчатая оболочка глаза и ), метод исследования функции органа зрения посредством регистрации биоэлектрических потенциалов сетчатки, образующихся в результате воздействия света на глаз. Графическая запись биоэлектрических потенциалов называется электроретинограммой (ЭРГ). У человека ЭРГ регистрируют с помощью радиоусилительной аппаратуры при стандартных условиях записи, рекомендованных Международным обществом клинической Э. ЭРГ имеет сложную форму в виде различных волн, отображающих физиологические процессы, которые совершаются в разных структурах сетчатки. Э. применяется в экспериментальной физиологии и медицине для исследования сетчатки, а также для диагностики, прогноза и контроля течения патологических процессов в ней.
Лит.:Бызов А. Л., Электрофизиологические исследования сетчатки, М., 1966.
Электросварка
Электросва'рка,электрическая сварка, группа способов ,использующая для нагрева металла электрическую энергию. Электрический нагрев позволяет получить температуры, превосходящие температуры плавления всех существующих металлов, не изменяет химического состава материала, легко регулируется и автоматизируется. Э. имеет десятки разновидностей: по способам защиты металла от окисления, применяемым защитным газам, флюсам, степени механизации и автоматизации и т. п.
Электросварки институт
Электросва'рки институтим. Е. О. Патона Академии наук УССР, научно-исследовательское учреждение, ведущее работы в области сварки металлов и специальной электрометаллургии. Создан на базе электросварочной лаборатории в Киеве в 1934. Организатором, первым и бессменным директором института был (до 1953) Е. О. ,имя которого присвоено институту (1945). С 1941 в институте работает Б. Е. (с 1953 директор института). В структуре института, кроме научных подразделений, опытно-конструкторское бюро, 2 опытных завода, экспериментальное производство. В институте разработан и внедрён в промышленность ряд технологических процессов, конструкций и материалов. Среди них автоматическая сварка под флюсом, электрошлаковая сварка металлов больших толщин, контактная сварка оплавлением; различные флюсы для автоматической сварки и покрытые электроды пониженной токсичности; индустриальные способы сварки цилиндрических резервуаров и многослойных сосудов высокого давления; методы электрошлакового и электроннолучевого переплава особокачественных сталей и сплавов. В институте создана установка «Вулкан» для сварки и резки металлов в космосе, испытанная экипажем космического корабля «Союз-6» в 1969.
С 1972 институт координатор стран - членов СЭВ по разработке научно-технических проблем в области сварки; член Международного института сварки и осуществляет функции Национального комитета СССР по сварке; с 1978 - головное учреждение по сварке в СССР. При институте имеется аспирантура; учёному совету предоставлено право принимать к защите докторские и кандидатские диссертации. Институт издаёт журнал «Автоматическая сварка», сборник «Проблемы специальной электрометаллургии». Награжден орденом Ленина (1967) и орденом Трудового Красного Знамени (1955).
Электросвязь
Электросвя'зь, ,при которой передача информации любого вида (речевой, буквенно-цифровой, зрительной и т. д.) осуществляется электрическими сигналами, распространяющимися по проводам, или радиосигналами. В соответствии со способами передачи (переноса) сигналов различают и ;в различных системах Э. первую часто используют в сочетании с разновидностями второй (например, с ,спутниковой связью). По классификации, принятой Международным союзом электросвязи, к Э. относят, кроме того, передачу информации при помощи оптических (см. ) или других электромагнитных систем связи. По характеру передаваемых сообщений Э. подразделяется на следующие основные виды: ,обеспечивающая ведение телефонных переговоров между людьми; ,предназначенная для передачи буквенно-цифровых сообщений - телеграмм; ,при которой передаётся графическая информация - неподвижные изображения текста или таблиц, чертежей, схем, графиков, фотографий и т. п.; (телекодовая связь), целью которой является передача информации, представленной в формализованном виде (знаками или непрерывными функциями), для обработки этой информации ЭВМ или уже обработанной ими; видеотелефонная связь (см. ) ,служащая для одновременной передачи речевой и зрительной информации. При помощи технических средств Э. осуществляются также , (звуковое вещание) и телевизионное вещание (см. ) .
Для установления Э. между отправителем (источником сообщений) и получателем (приёмником сообщений) служат: оконечные аппараты - передающий и приёмный; ,образуемый с помощью одной или нескольких включенных последовательно систем передачи; кроме того, вследствие наличия большого количества оконечных передающих и приёмных аппаратов и необходимости их всевозможных попарных соединений для организации непрерывного (сквозного) канала между ними, используется система коммутационных устройств, состоящая из одной или нескольких коммутационных станций и узлов.
Оконечные аппараты.Оконечный передающий аппарат служит для преобразования сигнала исходной формы (звуков речи; знаков текста телеграмм; знаков, записанных в закодированном виде на перфоленте или каком-либо другом ;изображений объектов и т. д.) в электрический сигнал. В телефонной связи и радиовещании для электроакустических преобразований применяют .В телеграфной связи кодовые комбинации знаков текста телеграмм преобразуют в серии электрических импульсов; такое преобразование осуществляется либо непосредственно (при использовании стартстопного ) ,либо с предварительной записью знаков на перфоленту (при использовании ) .В факсимильной связи преобразование светового потока переменной яркости, отражённого от оригинала, в электрические импульсы производится .Информацию о распределении светотеней какого-либо объекта телевизионной передачи преобразуют в при помощи (телекамеры).
Оконечный приёмный аппарат служит для приведения принимаемых электрических сигналов к форме, удобной для их восприятия приёмником сообщений. При Э. многих видов оконечные аппараты содержат как передающие, так и приёмные устройства. В первую очередь это относится к такой Э., которая обеспечивает двухсторонний (обычно дуплексный; см. ) обмен сообщениями. Так, ,как правило, содержит микрофон и ,объединённые в одном конструктивном узле - микротелефонной трубке. В радиовещании и телевизионном вещании передающие и приёмные оконечные аппараты разделены, причём сигналы от одного передающего устройства принимаются сразу многими оконечными аппаратами - и .
Канал связи; многоканальные системы передачи. Канал связи (канал электросвязи) - технические устройства и физическая среда, в которых электрические сигналы распространяются от передатчика к приёмнику. Технические устройства ( ,демодуляторы, , , и т. д.) размещают в оконечных и промежуточных пунктах линий связи (кабельных, радиорелейных и т. д.). Система передачи информации - каналообразующая аппаратура и другие устройства, обеспечивающие в совокупности образование множества каналов связи в одной (см. также ) .
Используемые в Э. каналы связи подразделяются на аналоговые и дискретные. Аналоговые каналы служат для передачи непрерывных электрических сигналов (примеры таких сигналов: напряжения и токи, получающиеся при электроакустических преобразованиях звуков речи, музыки, при изображений). Возможность передачи через данный канал связи непрерывных сигналов от того или иного источника обусловлена прежде всего такими характеристиками канала, как частот и допустимая максимальная мощность передаваемых сигналов. Кроме того, поскольку любой канал подвержен различного рода помехам (см. в проводной связи, , ), то он характеризуется также минимальной мощностью электрического сигнала, которая должна в заданное число раз превышать мощность помех. Отношение максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной называется динамическим диапазоном канала связи.
Дискретные каналы служат для передачи импульсных сигналов. Такие каналы обычно характеризуются скоростью передачи информации (измеряемой в бит /сек) и верностью передачи. Дискретные каналы могут быть также использованы для передачи аналоговых сигналов и, наоборот, аналоговые каналы - для передачи импульсных сигналов. Для этого сигналы преобразуются; аналоговые в импульсные с помощью аналого-дискретных (цифровых) преобразователей, а импульсные в аналоговые с помощью дискретно (цифро)-аналоговых преобразователей. На рис. 1 показаны возможные способы сочетания источников аналоговых и дискретных сигналов с аналоговыми и дискретными каналами связи.
Используемые в Э. системы передачи обычно обеспечивают одновременную и независимую передачу сообщений от многих источников к такому же числу приёмников. В таких системах общая линия связи уплотняется несколькими десятками - несколькими тысячами индивидуальных каналов. Наибольшее распространение (1978) получили многоканальные системы с частотным разделением аналоговых каналов. При построении таких систем передачи каждому каналу связи отводится определённый участок области частот в полосе пропускания линейного тракта передачи, общего для всех передаваемых сообщений. Для переноса сигнала в участок, отведённый ему в полосе частот группового тракта (частотного преобразования сигнала), используют амплитудную или частотную (см. также ) групп «несущих» синусоидальных токов. При амплитудной модуляции (АМ) в соответствии с передаваемым сообщением изменяется амплитуда гармонических колебаний тока .В результате на выходе модулирующего устройства (модулятора) создаются колебания, в спектре которых кроме составляющей несущей частоты (несущей) имеются две боковые полосы. Поскольку каждая из боковых полос содержит полную информацию об исходном (модулирующем) сигнале, то в линию связи пропускают только одну из них, а другую и несущую подавляют с помощью полосно-пропускающих