* 1 amм =1,01Ч10 5 н/м 2.
Критические органы
Крити'ческие о'рганы(радиобиологическое), структуры, ткани и органы, повреждение которых при облучении организма вызывает существенное нарушение жизнедеятельности. К К. о. относятся прежде всего кроветворные органы,в том числе костный мозг,и эпителий желудочно-кишечного тракта, поражения которых могут привести к гибели организма, а также хрусталик глаза и половые железы (облучение гонад может обусловить бесплодие или вызвать наследственные дефекты). См. также Биологическое действие ионизирующих излучений.
Критические явления
Крити'ческие явле'ния,характеризуют поведение веществ в окрестности точек фазовых переходов К типичным К. я. относятся: рост сжимаемости вещества с приближением к критической точке равновесия жидкость - пар; возрастание магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости в окрестности Кюри точек ферромагнетиков и сегнетоэлектриков ( рис. 1 ); аномалия теплоёмкости в точке перехода гелия в сверхтекучее состояние ( рис. 2 ); замедление взаимной диффузии веществ вблизи критических точек расслаивающихся жидких смесей; аномалии в распространении ультразвука и др.
К К. я. в более узком смысле относят явления, обязанные своим происхождением росту флуктуаций термодинамических величин (плотности и др.) в окрестности точек фазовых переходов (см. Критическое состояние ) .
Значительный рост флуктуаций приводит к тому, что в критической точке равновесия жидкость - пар плотность вещества от точки к точке заметно меняется. Возникшая флуктуационная неоднородность вещества существенно влияет на его физические свойства.
Заметно усиливается, например, рассеяние и поглощение веществом излучений. Вблизи критической точки жидкость - пар размеры флуктуаций плотности доходят до тысяч Е и сравниваются с длиной световой волны. В результате вещество становится совершенно непрозрачным, большая часть падающего света рассеивается в стороны. Вещество приобретает опаловую (молочно-мутную) окраску, наблюдается т. н. критическая опалесценция вещества.
Рост флуктуаций приводит также к дисперсии звука и его сильному поглощению ( рис. 3 ), замедлению установления теплового равновесия (в критической точке оно устанавливается часами), изменению характера броуновского движения,аномалиям вязкости, теплопроводностии др. К. я. в чистом веществе.
Аналогичные явления наблюдаются в окрестности критических точек двойных (бинарных) смесей; здесь они обусловлены развитием флуктуаций концентрации одного из компонентов в другом. Так, в критической точке расслоения жидких металлов (например, в системах Li-Na, Ge-Hg) наблюдается критическое рассеяние рентгеновских лучей ( рис. 4 ). В окрестности точек Кюри ферромагнетиков и сегнетоэлектриков, где растут флуктуации намагниченности и диэлектрической поляризации, имеются резкие аномалии в рассеянии и поляризации проходящих пучков нейтронов ( рис. 5 ), в распространении звука и высокочастотного электромагнитного поля. При упорядочении сплавов (например, гидридов металлов) и установлении ориентационного дальнего порядка в молекулярных кристаллах (например, в твёрдом метане, четырёххлористом углероде, галогенидах аммония) также наблюдаются типичные К. я., связанные с ростом флуктуаций соответствующей физической величины (упорядоченности расположения атомов сплава или средней ориентации молекул по кристаллу) в окрестности точки фазового перехода.
Внутреннее сходство К. я. при фазовых переходах в объектах очень разной природы позволяет рассматривать их с единой точки зрения. Установлено, например, что у всех объектов существует одинаковая температурная зависимость ряда физических величин вблизи точек фазовых переходов II рода. Для получения такой зависимости физические величины выражают в виде степенной функции от приведённой температуры t=(T- Тк) /T,:(здесь Тк- критическая температура ) или др. приведённых величин (см. Приведённое уравнение состояния ) .Например, сжимаемость газа ( дV/др) Т,восприимчивость ферромагнетика ( дМ/дН) р, Тили сегнетоэлектрика ( дD/дЕ) р, Ти аналогичная величина ( дх/дm) р, Тдля смесей с критической точкой равновесия жидкость - жидкость или жидкость - пар одинаково зависят от температуры вблизи критической точки и могут быть выражены однотипной формулой:
(1)
Здесь V, р, Т -объём, давление и температура, Ми D- намагниченность и поляризация вещества, Ни Е- напряжённость магнитного и электрических полей, m- химический потенциал компонента смеси, имеющего концентрацию х.Критический индекс g,возможно, имеет одинаковые или близкие значения для всех систем. Эксперименты дают значения g,лежащие между 1 и 4/ 3 ,однако погрешности в определении участо оказываются того же порядка, что и различие результатов экспериментов. Аналогичная зависимость теплоёмкости сот температуры для всех перечисленных систем имеет вид:
c v, с н, c E, c p, x,...~ t - a. (2)
Значения a лежат между нулём и ~ 0,2, в ряде экспериментов a оказалось близким к 1/ 8 .Для теплоёмкости гелия в точке перехода в сверхтекучее состояние (в l-точке) формула (2) видоизменяется: С р~ Int.
Подобным же образом (в виде степенного выражения) в окрестности критических точек может быть выражена зависимость удельного объёма газа от давления, магнитного или электрического момента системы от напряжённости поля, концентрации смеси от химического потенциала компонентов. При постоянной температуре, равной Тк,они могут быть записаны следующим образом:
,
M~
H
1/
d
,
.(3)
Экспериментальные значения d лежат между 4 и 5.
Одинаково зависят от приведённой температуры также: разность удельных объёмов жидкости ( V ж) и пара ( V п), находящихся в равновесии ниже критической точки; магнитный или электрический момент вещества в ферромагнитном или сегнетоэлектрическом состоянии в отсутствие внешнего поля; разность концентраций двух фаз ( x 1и x 2) расслаивающейся смеси; корень квадратный из плотности r s сверхтекучей компоненты в гелии II (см. Сверхтекучесть ) :
М, D, x
2-x
1@
x
1-x
2,
~t
b
(4)
Найденные значения b близки к одной трети (от 5/ 16до 3/ 8). Константы a ,b, g ,d и др., характеризующие поведение физических величин вблизи точек перехода II рода, называются критическими индексами.
В некоторых объектах, например в обычных сверхпроводниках и многих сегнетоэлектриках, почти во всём диапазоне температур вблизи критической точки К. я. не обнаруживаются. С др. стороны, свойства обычных жидкостей в значительном диапазоне температур в окрестности критической точки или свойства гелия вблизи l-точки почти целиком определяются К. я. Это связано с характером действия межмолекулярных сил. Если эти силы достаточно быстро убывают с расстоянием, то в веществе значительную роль играют флуктуации и К. я. возникают задолго до подхода к критической точке. Если же, напротив, межмолекулярные силы имеют сравнительно дальний радиус действия, как, например, кулоновское и диполь-дипольное взаимодействие в сегнетоэлектриках, то установившееся в веществе среднее силовое поле почти не будет искажаться флуктуациями и К. я. могут обнаружиться лишь предельно близко к точке Кюри.
К. я. - это кооперативные явления, т. е. явления, обусловленные свойствами всей совокупности частиц, а не индивидуальными свойствами каждой частицы. Проблема кооперативных явлений полностью ещё не решена, поэтому нет и исчерпывающей теории К. я.
Все реальные подходы к теории К. я, исходят из эмпирического факта возрастания неоднородности вещества с приближением к критической точке и вводят понятие радиуса корреляции флуктуаций r c, близкое по смыслу к среднему размеру флуктуации. Радиус корреляции характеризует расстояние, на котором флуктуации влияют друг на друга и, т. о., оказываются зависимыми, «скоррелированными». Этот радиус для всех объектов зависит от температуры по степенному закону:
r c~t - n. (5)
Предполагаемые значения n лежат между 1/ 2и 1/ 3 .
Зависимости (1), (2) и (5) означают, что значения соответствующих величин становятся бесконечными в точках, где t обращается в нуль (ср. рис. 1 , 2 , 3 ). Т. о., радиус корреляции неограниченно растет с приближением к точке фазового перехода. Это значит, что любая часть рассматриваемой системы в точке фазового перехода чувствует изменения, произошедшие с остальными частями. Наоборот, вдали от точки перехода флуктуации статистически независимы и случайные изменения состояния вещества в данной точке образца никак не сказываются на остальном веществе. Наглядным примером служит рассеяние света веществом.
В случае рассеяния света на независимых флуктуациях (т. н. рэлеевское рассеяние) интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна 4-й степени длины волны и приблизительно одинакова по разным направлениям ( рис. 6 , а). Рассеяние же на скоррелированных флуктуациях - критическое рассеяние - отличается тем, что интенсивность рассеянного света пропорциональна квадрату длины волны и обладает особой диаграммой направленности ( рис. 6 , б).
Среди теорий К. я. большое распространение получила теория, рассматривающая вещество в окрестности точки фазового перехода как систему флуктуирующих областей размера ~ r c. Она называется теорией масштабных преобразований (скейлинг-теорией). Скейлинг-теория не позволяет из свойств молекул, составляющих вещество, вычислить критические индексы, но даёт соотношение между индексами, которые позволяют вычислить их все, если известны какие-нибудь два из них. Соотношения между критическими индексами позволяют определить уравнение состояния и вычислять затем различные термодинамические величины по сравнительно небольшому объёму экспериментального материала. На аналогичном принципе построена теория, связывающая несколькими соотношениями критические индексы кинетических свойств (вязкости, теплопроводности, коэффициент диффузии, поглощения звука и др., также имеющих аномалии в точках фазовых переходов) с индексами термодинамических величин. Эта теория называется динамическим скейлингом в отличие от статического скейлинга, который относится только к термодинамическим свойствам материи.
Лит.:Фишер М., Природа критического состояния, пер. с англ., М., 1968; Покровский В. Л., Гипотеза подобия в теории фазовых переходов, «Успехи физических наук», 1968, т. 94, в. 1, с. 127; Critical phenomena. Wash., 1966.
Рис. 3. Дисперсия (1) и поглощение (2) звука в аргоне вблизи критической температуры T кперехода жидкость - пар. А - интенсивность звука, прошедшего через вещество, A 0- первоначальная интенсивность звука; V зв- скорость звука.
Рис. 5. Зависимость интенсивности N рассеянного пучка нейтронов, прошедшего через образец никеля, от температуры. Измерялось рассеяние на углы Q = 10,2' и Q = 37' (для Q = 10,2' масштаб уменьшен в 3 раза). Максимум рассеяния соответствует точке Кюри T ки его положение не зависит от угла рассеяния.
Рис. 2. Зависимость теплоёмкости гелия C p(при постоянном давлении) вблизи точки перехода в сверхтекучее состояние (2,19 К) от температуры Т.
Рис. 1. Зависимость магнитной восприимчивости c ферромагнетика (монокристалла Ni) вблизи точки Кюри T кот приведённой температуры t = (Т - Т к)/Т к.
Рис. 6. а - диаграмма направленности рассеяния света на независимых флуктуациях плотности жидкости; б - рассеяние света на скоррелированных флуктуациях (рассеяние при критической температуре). Масштаб в случае б сильно уменьшен.
Рис. 4. Температурная зависимость рассеяния рентгеновских лучей смесью жидких металлов Li - Na. Вблизи критич. точки растворимости смеси (301°С) число квантов рассеянного рентгеновского излучения, зафиксированных счётчиком в единицу времени, имеет резкий максимум.
Критический объём
Крити'ческий объём,удельный объём вещества (или смеси веществ) в его критическом состоянии.Удельные объёмы жидкой и газообразной фаз в критическом состоянии становятся равными между собой. Этот общий удельный К. о. для всех жидкостей соответствует плотности, приблизительно втрое меньшей плотности вещества в твёрдом состоянии. Значения К. о. некоторых веществ приведены в ст. Критическая точка.
Критический реализм (в искусстве)
Крити'ческий реали'зм,направление (метод) в реалистической литературе и искусстве 19-20 вв. Понятие К. р. воспринято советским литературоведением и искусствоведением от М. Горького, употребившего выражение К. р. (1934) для акцентирования обличительной направленности реалистической литературы 19 в. Однако обличительный пафос К. р. никоим образом не исключает в реалистическом искусстве 19-20 вв. утверждающего начала. См. в ст. Реализм.
Лит.:Лаврецкий А., О судьбе одного литературоведческого термина, «Изв. АН СССР. Отделение литературы и языка», 1957, т. 16, в. 1; Николаев П., Реализм как теоретико-литературная проблема, в кн.: Советское литературоведение за 50 лет, М., 1967.
Критический реализм (в философии)
Крити'ческий реали'змв философии, направление современной идеалистической философии, ведущее своё происхождение от «критической философии» И. Канта.Исходные принципы К. р. были сформулированы в Германии в конце 19 - начале 20 вв. А. Рилем, О. Кюльпе,А. Мессером и др. Как самостоятельная школа К. р. сформировался в США, когда Д. Дрейк, А. Лавджой,Дж. Пратт,А. Роджерс, Дж. Сантаяна,Р. В. Селлерс и Ч. Стронг выпустили в 1920 «Очерки критического реализма», где была дана детальная разработка доктрины К. р. Наиболее существенна для неё теория познания, в которой К. р. противопоставляет себя неореализму:если последний считает, что в процессе познания внешний мир непосредственно включается в сознание субъекта, «схватывается» им таким, как он есть, то К. р. исходит из того, что процесс познания опосредован «данным», или содержанием сознания. При этом проблема природы «данного» решается представителями К. р. по-разному. Пратт и Лавджой отождествляют его с восприятием, считая, что «данное» условно представляет свойства внешней действительности, знание которых даёт возможность субъекту ориентироваться в окружающем мире; это сближает их взгляды с субъективно-идеалистической «иероглифов теорией».Сантаяна, Дрейк, Стронг и Роджерс понимают под «данным» абстрактное понятие - логическая «сущность» вещи, которая в случае правильного познания может совпадать с реальной сущностью вещи. Здесь идеальные «сущности» приобретают онтологический характер, что приводит к своеобразному варианту платонизма. Особую позицию занимает Селлерс, отождествляющий «данное» с адекватным отражением в сознании внешнего мира, что ведёт его к материалистической трактовке процесса познания.
Лит.:Богомолов А. С., Англоамериканская буржуазная философия эпохи империализма, М., 1964, гл. 8; Луканов Д. М., Гносеология американского «реализма», М., 1968; Юдина Н. С., Концепция реальности в американском «критическом реализме», «философские науки», 1958, №2; Hicks G. D., Critical realism, L., 1938.
Д. М. Луканов.
Критический ток
Крити'ческий токв сверхпроводниках, предельное значение постоянного незатухающего электрического тока в сверхпроводящем образце, при достижении которого вещество образца переходит в нормальное, несверхпроводящее состояние. Т. к. в нормальном состоянии вещество обладает конечным электрическим сопротивлением, то после перехода возникает рассеяние (диссипация) энергии тока, приводящее к нагреву образца.
В массивных сверхпроводниках I рода с размерами, много большими глубины проникновения магнитного поля, К. т. I kсоответствует току, который создаёт критическое магнитное полеH kна поверхности сверхпроводника. При этом сверхпроводник переходит в промежуточное состояние,в котором часть вещества находится в нормальном, а часть - в сверхпроводящем состоянии. При наличии тока границы между сверхпроводящими и нормальными областями находятся в движении. В силу Мейснера эффекта магнитное поле становится переменным и возникает индукционное электрическое поле, обусловливающее диссипацию энергии в проводнике.
В случае сверхпроводников II рода различают два значения К. т. ( I k,1и I k,2). В идеальном сверхпроводнике (не содержащем дефектов кристаллической решётки) при I k,1магнитная индукция становится отличной от нуля, магнитное поле проникает в сверхпроводник. Проникшее поле имеет вид нитей с квантованным магнитным потоком, вокруг которых циркулируют сверхпроводящие токи (т. н. вихревые нити). Диссипация энергии в этом случае связана с изменением магнитного поля во времени из-за движения вихревых нитей и с соответствующим индукционным электрическим полем. В реальных сверхпроводниках II рода (с дефектами кристаллической решётки) омическое сопротивление возникает при I k,2 > I k,1т. к. дефекты препятствуют движению вихревых нитей. Подробнее см. в ст. Сверхпроводимость.
С. В. Иорданский.
Критическое давление
Крити'ческое давле'ние,давление вещества (или смеси веществ) в его критическом состоянии.При давлении ниже К. д. система может распадаться на две равновесные фазы - жидкость и пар. При К. д. теряется физическое различие между жидкостью и паром, вещество переходит в однофазное состояние. Поэтому К. д. можно определить ещё как предельное (наивысшее) давление насыщенного пара в условиях сосуществования жидкой фазы и пара. К. д. представляет собой физико-химическую константу вещества. Значения К. д. p kнекоторых веществ приведены в ст. Критическая точка.Критическое состояние смесей отличается зависимостью К. д. от состава и, т. о., осуществляется не в единственной критической точке, а на кривой, все точки которой характеризуются критическими значениями давления, температуры и концентрации.
Критическое магнитное поле
Крити'ческое магни'тное по'лев сверхпроводниках, характерное значение напряжённости магнитного поля Нк,выше которого происходит полное или частичное проникновение магнитного поля в сверхпроводник. При Н < Н кмагнитное поле в сверхпроводник не проникает, его экранирует поверхностный сверхпроводящий ток ( Мейснера эффект ).
В сверхпроводниках I рода, к которым относится большинство чистых металлов, вещество переходит в нормальное, несверхпроводящее состояние при Н > Н к( фазовый переход I рода). Соответствующее этому переходу К. м. п. Нксвязано с разностью свободных энергий нормальной ( F н) и сверхпроводящей ( F cп) фаз соотношением F н-F cп=Н 2 к/8p.
Наибольшее значение Нку чистых металлов достигает сотен гс.Если магнитное поле оказывается равным Нктолько в некоторых точках поверхности сверхпроводника II рода, то в нём возникает промежуточное состояние (чередование сверхпроводящей и нормальной фаз).
В сверхпроводниках II рода (в основном это сплавы) проникновение магнитного поля начинается с образования вихревых нитей, в сердцевине которых в основном сосредоточено магнитное поле. При этом вещество ещё не теряет сверхпроводящих свойств, и в нём текут токи, частично экранирующие внешнее поле. Соответствующее началу проникновения К. м. п. Нк ,1меньше термодинамического критического поля Нкдля этих веществ. Полное проникновение магнитного поля в сверхпроводник наступает при Нк ,2 , которое может быть как меньше, так и больше Нк .В т. н. жёстких сверхпроводниках, из которых наиболее известны сплавы на основе ниобия, К. м. п. H k,2>> H k,1и достигает сотен тыс. гс.При значениях поля H k,1и H k,2происходят фазовые переходы II рода. Подробнее см. Сверхпроводимость .
С. В. Иорданский.
Критическое состояние
Крити'ческое состоя'ние,
1) предельное состояние равновесия двухфазных систем, в котором обе сосуществующие фазы становятся тождественными по своим свойствам;
2) состояние вещества в точках фазовых переходов II рода. К. с., являющееся предельным случаем равновесия двухфазных систем, наблюдается в чистых веществах при равновесии жидкость - газ, а в растворах - при фазовых равновесиях газ - газ, жидкость - жидкость, жидкость - газ, твёрдое тело - твёрдое тело. На диаграммах состояния К. с. соответствуют предельные точки на кривых равновесия фаз ( рис. 1 , а и б) - т. н. критические точки . Согласно фаз правилу критическая точка изолирована в случае двухфазного равновесия чистого вещества, а, например, в случае бинарных (двойных) растворов критические точки образуют критическую кривую в пространстве термодинамических переменных (параметров состояния). Значения параметров состояния, соответствующие К. с., называются критическими - критическое давление рк ,критическая температура Тк ,критический объём V к ,критический состав хки т. д.
С приближением к К. с. различия в плотности, составе и др. свойствах сосуществующих фаз, а также теплота фазового перехода и межфазное поверхностное натяжение уменьшаются и в критической точке равны нулю.
В том случае, когда кривая сосуществования фаз заканчивается критической точкой, оказывается принципиально возможным перевести вещество из одной фазы в другую, минуя область расслоения на две фазы (например, газ превратить в жидкость, изменяя его состояние по линии ABна рис. 1 , а, т. е. минуя область, где одновременно существуют газ и жидкость). Сжижение (конденсацию) газов возможно осуществить лишь после их охлаждения до температур, меньших Тк.
В двухкомпонентных системах характерные для К. с. явления наблюдаются не только в критической точке равновесия жидкость - газ, но и в так называемых критических точках растворимости, где взаимная растворимость компонентов становится неограниченной. Существуют двойные жидкие системы как с одной, так и с двумя критическими точками растворимости - верхней и нижней ( рис. 2 , а и б) .Эти точки являются температурными границами области расслаивания жидких смесей на фазы различного состава. Аналогичной способностью к расслаиванию при определённой критической температуре обладают некоторые растворы газов и твёрдые растворы.
Переход системы из однофазного состояния в двухфазное вне критической точки и изменение состояния в самой критической точке происходят существенно различным образом. В первом случае при расслоении на две фазы переход начинается с появления (или исчезновения) бесконечно малого количества второй фазы с конечным отличием её свойств от свойств первой фазы, что сопровождается выделением или поглощением теплоты фазового перехода. Поскольку возникновение такой новой фазы приводит к появлению поверхности раздела и поверхностной энергии, для её рождения требуются достаточно большие зародыши. Это означает, что при таком фазовом переходе (фазовом переходе 1 рода) возможны переохлаждение или перегрев первой фазы, обусловленные отсутствием жизнеспособных зародышей новой фазы.
Фазовые переходы в критических точках, являющихся предельными на кривых равновесия фаз, представляют собой частные случаи фазовых переходов II рода. В критической точке фазовый переход происходит в масштабах всей системы. Флуктуационно возникающая новая фаза по своим свойствам бесконечно мало отличается от свойств исходной фазы. Поэтому возникновение новой фазы не связано с поверхностной энергией, т. е. исключается перегрев или переохлаждение, и фазовый переход не сопровождается выделением или поглощением теплоты и скачком удельного объёма (фазовый переход II рода).