На главную
Содержание

ТЕРМОМЕТР-ТЁРН

Поиск по энциклопедии:

ТЕРМОМЕТР (от термо... и ...метр), прибор для измерения температуры посредством контакта с исследуемой средой. Применение Т. исключительно разнообразно: существуют Т. бытового употребления (комнатные, для воздуха и воды, медицинские и др.); Т. технического применения, высокоточные Т. для исследоват. и метрологич. работ и др. Действие Т. основано на таких физ. свойствах, как тепловое расширение жидкостей, газов и твёрдых тел; на температурной зависимости давления газа или насыщенных паров, электрич. сопротивления, термоэлектродвижущей силы, магнитной восприимчивости парамагнетика и т. д. (см. Термометрия).

Наиболее распространены термометры жидкостные, термометры манометрические, термометры сопротивления, Т. термоэлектрические (см. Термопара). Для измерения низких температур применяют, кроме того, конденсационные Т., газовые термометры, акустич. Т., магнитные Т. Существуют Т. спец. назначения, напр, термометры метеорологические, гипсотермометры, глубоководные Т.

Иногда применяют биметаллич. Т., основанные на различии теплового расширения веществ, из к-рых изготовлены пластины их чувствительных элементов; кварцевые Т., основанные на температурной зависимости резонансной частоты пьезокварца; ёмкостные Т., основанные на зависимости диэлектрич. восприимчивости сегнетоэлектриков от темп-ры, и Др. Д. И. Шаревская.,

ТЕРМОМЕТР ЖИДКОСТНОЙ (режежидкостный термометр), прибор для измерения температуры, принцип действия к-poro основан на тепловом расширении жидкости. Т. ж. относится к термометрам непосредственного отсчёта. Широко применяется в технике и лабораторной практике для измерения темп-р в диапазоне от -200 до 750 °С. Т. ж. представляет собой прозрачный стеклянный (редко кварцевый) резервуар с припаянным к нему капилляром (из того же материала). Шкала в °С наносится непосредственно на толстостенный капилляр (т. н. палочный Т. ж.) или на пластинку, жёстко соединённую с ним (Т. ж. с наружной шкалой, рис., а). Т. ж. с вложенной шкалой (рис.,6) имеет внешний стеклянный (кварцевый) чехол. Термометрич. жидкость заполняет весь резервуар и часть капилляра. В зависимости от диапазона измерений Т. ж. заполняют пентаном (от -200 до 20 °С), этиловым спиртом (от -80 до 70 °С), керосином (от -20 до 300 °С), ртутью (от -35 до 750 °С) и др.

Наиболее распространены ртутные Т. ж., т. к. ртуть остаётся жидкой в диапазоне темп-р от -38 до 356 °С при нормальном давлении и до 750 °С при небольшом повышении давления (для чего капилляр заполняют азотом). Кроме того, ртуть легко поддаётся очистке, не смачивает стекло, и её пары в капилляре создают малое давление. Т. ж. изготавливают из определённых сортов стекла и подвергают спец. термин, обработке ("старению"), устраняющей смещение нулевой точки шкалы, связанное с многократным повторением нагрева и охлаждения термометра (поправку на смещение нуля шкалы необходимо вводить при точных измерениях). Т. ж. имеют шкалы с различной ценой деления от 10 до 0,01 °С. Точность Т. ж. определяется ценой делений его шкалы. Для обеспечения требуемой точности и удобства пользуются Т. ж. с укороченной шкалой; наиболее точные из них имеют на шкале точку 0 °С независимо от нанесённого на ней температурного интервала. Точность измерений зависит от глубины погружения Т. ж. в измеряемую среду. Погружать Т. ж. следует до отсчитываемого деления шкалы или до специально нанесённой на шкале черты (хвостовые Т. ж.). Если это невозможно, вводят поправку на выступающий столбик, к-рая зависит от измеряемой темп-ры, темп-ры выступающего столбика и его высоты. Осн. недостатки Т. ж. - значительная тепловая инерция и не всегда удобные для работы габариты. К Т. ж. спец. конструкций относят термометры метеорологические, метастатические термометры, медицинские и др. Медицинские ртутные Т. ж. имеют укороченную шкалу (34-42 °С) и цену деления шкалы 0,1 °С. Действуют они по принципу макс, термометра - ртутный столбик в капилляре остаётся на уровне макс, подъёма при нагревании и не опускается до встряхивания термометра.

Жидкостные термометры: а -комнатный термометр с наружной шкалой; б - лабораторный термометр с вложенной шкалой, имеющий на шкале точку 0°С.

Лит. см. при ст. Термометрия. Д. И. Шаревская.

ТЕРМОМЕТР МАНОМЕТРИЧЕСКИЙ, прибор для измерения температуры, действие к-рого основано на одном из трёх принципов: тепловом расширении жидкости, температурной зависимости давления газа и температурной зависимости давления насыщенных паров жидкости. Различают Т. м. газовые (азот), жидкостные (ртуть) и конденсационные, или парожидкостные (хлористый этил и др.). Конструктивно они представляют собой герметичную систему, состоящую из баллона, соединённого капилляром с пружинным манометром (показывающим или самопишущим). Т. м. широко распространены в качестве приборов технич. назначения в диапазоне темп-р от - 60 до 550 "С. Благодаря длине капилляра (до 60 м) они могут служить дистанционными термометрами. Шкала манометра, измеряющего давление в баллоне, градуирована непосредственно в °С.

Мит. см. при ст. Термометрия. Д. И. Шаревская.

ТЕРМОМЕТР ОПРОКИДЫВАЮЩИЙСЯ глубоководный, ртутный термометр для измерения темп-ры воды в водоёмах на различных глубинах. Капилляр Т. о. / (см. рис.) выше резервуара 2 имеет сужение и виде вилки 3, после чего он расширяется и образует петлю, а далее переходит в обычный цилиндрич. канал, оканчивающийся небольшим расширением 4. После того как показания термометра установились, его резко поворачивают вверх резервуаром, вызывая этим отрыв столбика ртути, вошедшей в капилляр через сужение. Длина столбика ртути в капилляре служит мерой темп-ры. Петля предохраняет капилляр от дополнит, попадания в него ртути из резервуара при повышении темп-ры в более высоких слоях воды. В защитную стеклянную трубку Т. о. вмонтирован также обычный термометр 5, к-рый показывает темп-ру в момент отсчёта и служит для внесения поправки в показания Т. о.

Лит.: Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях, Л., 1967; Д е р ю г и н К. К., Степанюк И. А., Морская гидрометрия, Л., 1974.

Глубоководный опрокидывающийся термометр.

ТЕРМОМЕТР СОПРОТИВЛЕНИЯ, прибор для измерения температуры, принцип действия к-рого основан на изменении электрич. сопротивления чистых металлов, сплавов и полупроводников с темп-рой (на увеличении сопротивления R с повышением темп-ры Т у металлов и обратная зависимость R от Г у полупроводн иков ).

Общий вид платинового термометра сопротивления (а) и его чувствительный элемент (б): 1 -стальной чехол; 2 - чувствительный элемент; 3-штуцер для установки термометра; 4 - головка для присоединения термометра к электроизмерительному прибору; 5 -слюдяной каркас; 6 -бифнлярная обмотка из платиновой проволоки; 7 - серебряная лента; 8 - слюдяная накладка; 9 - серебряные выводы.

Широкое распространение получили Т. с. из чистых металлов, особенно платины (температурный коэфф. сопротивления

25J-75.jpg
и меди(а = 0,0044 грае) -1), к-рые конструктивно представляют собой металлич. проволоку или ленту, намотанную на жёсткий каркас (из кварца, фарфора, слюды), заключённый в защитную оболочку (из металла, кварца, фарфора, стекла) с головкой, через которую проходят 2, З или 4 (наиболее точные Т. с.) вывода, соединяющие Т. с. с измерительным прибором (рис.). Платиновые Т. с. применяют для измерения темп-р в пределах от -263 до 1064 "С, медные - от -50 до 180 °С. Материал и конструкция Т. с. должны обеспечивать его чувствительность и стабильность, достаточные для требуемой точности измерений в заданном диапазоне темп-р при определённых условиях применения (вибрации, агрессивные среды и др.). Точность измерений темп-ры зависит также от точности прибора, к-рым измеряют сопротивление. Т. с. технич. применения работают в комплекте с мостами измерительными, потенциометрами, логометрами (показывающими и самопишущими), шкалы к-рых градуированы непосредственно в °С в соответствии с таблицами зависимости R от Т для данного типа Т. с. При помощи высокоточных платиновых Т. с. воспроизводится Международная практическая температурная шкала, проводятся точные измерения темп-ры и градуировка др. термометров в диапазоне 14-900 К.

В качестве лабораторных иногда применяют индиевые Т. с. (4-300 К) и бронзовые Т. с. (1-4 К).

Т. с. из полупроводников (композиционный углерод, легированный германий и др.) широко применяются для измерения низких темп-р (0,1-100 К) благодаря их высокой чувствительности. Т. с. этого вида представляют собой полупроводниковые пластинки (плёнки) различных габаритов и формы с приваренными металлич. выводами, помещаемые часто в защитную оболочку. В диапазоне темп-р 4,2-13,8 К применяют как особо точные германиевые Т. с. При темп-pax выше 100 К применение полупроводниковых Т. с. ограничено (сказываются их нестабильность и разброс индивидуальных характеристик, см. Терморезистор). Лит. см. при ст. Термометрия. Д. И. Шаревская.

ТЕРМОМЕТРИЯ (от термо... и ...метрия), раздел прикладной физики, посвящённый разработке методов и средств измерения температуры. Т. является также разделом метрологии, в её задачи входит обеспечение единства и точности температурных измерений: установление температурных шкал, создание эталонов, разработка методик градуировки и поверки приборов для измерения темп-ры. Темп-pa не может быть измерена непосредственно. Об её изменении судят по изменению других физ. свойств тел (объёма, давления, электрич. сопротивления, эдс, интенсивности излучения и др.), связанных с темп-рой определёнными закономерностями. Поэтому методы измерения темп-ры являются по существу методами измерения указанных выше термометрич. свойств, к-рые должны однозначно зависеть от темп-ры и измеряться достаточно просто и точно. При разработке конкретного метода или прибора необходимо выбрать термометрич. вещество, у к-рого соответствующее свойство хорошо воспроизводится и достаточно сильно изменяется с темп-рой.

Для измерения темп-ры (при любом методе) необходимо определить температурную шкалу.

.Методы измерения темп-ры разнообразны; они зависят от принципов действия используемых приборов, диапазонов измеряемых темп-р, условий измерений и требуемой точности. Их можно разделить на две осн. группы: контактные методы - собственно термометрия, и бесконтактные методы - Т. излучения, или пирометрия.

Общим и существенным для всех контактных методов измерения темп-ры является то, что всякий прибор, измеряющий темп-ру среды, должен находиться с ней в тепловом равновесии (см. Температура), т. е. иметь одинаковую со средой темп-ру.

Осн. узлами всех приборов для измерения темп-ры являются: чувствительный элемент, где реализуется термометрич. свойство, и связанный с ним измерительный прибор, к-рый измеряет численные значения этого свойства.

В газовой Т. термометрич. свойством является температурная зависимость давления газа (при постоянном объёме) или объёма газа (при постоянном давлении), соответственно различают - газовый термометр постоянного объёма и газовый термометр постоянного давления. Термометрич. вещество в этих термометрах - газ, приближающийся по своим свойствам к идеальному. Уравнение состояния идеального газа pV = RT устанавливает связь абс. темп-ры Т с давлением р (при постоянном объёме V) или Т с объёмом V (при постоянном давлении ). Газовым термометром измеряют термодинамич. темп-ру. Точность прибора зависит от степени приближения используемого газа (азот, гелий) к идеальному. В конденсационных термометрах термометрич. свойством является температурная зависимость давления насыщенных паров жидкости. Чувствительный элемент - резервуар с жидкостью и находящимися с ней в равновесии насыщенными парами - соединён капилляром с манометром. Термометрич. вещества - обычно низкокипящие газы: кислород, аргон, неон, водород, гелий. Для вычисления темп-ры по измеренному давлению пользуются эмпирич. соотношениями. Диапазон применения конденсационного термометра ограничен. Высокоточные термометры (до 0,001 град) служат для реализации реперных точек (см. Международная практическая температурная шкала).

В термометрах жидкостных термометрич. свойством является тепловое расширение жидкостей, термометрич. веществом - гл. обр. ртуть. При определении темп-ры не производят измерений объёма жидкости; для этого при изготовлении калибруют капилляр термометра в "С, т. е. по его длине наносят отметки с интервалами, соответствующими изменению объёма при заданном изменении темп-ры. Точность термометра зависит от точности калибровки.

В термометрах манометрических, к-рые являются приборами технич. применения, используются те же термометрич. свойства, что и в жидкостных или газовых термометрах.

В термометрах сопротивления термометрич. свойством является температурная зависимость электрич. сопротивления чистых металлов, сплавов, полупроводников; термометрич. вещества выбираются в зависимости от области температурных измерений и требуемой точности. Для определения темп-ры по измеренному электрич. сопротивлению пользуются эмпирич. формулами или таблицами. Термометры для точных измерений (платина, легированный германий) градуируются индивидуально.

В термометрах термоэлектрических с термопарой в качестве чувствительного элемента термометрич. свойством является термо-эдс термопары; термометрич. вещества разнообразны и выбираются в зависимости от области применения и требуемой точности. Для определения темп-ры по измеренной эдс также пользуются эмпирич. формулами или таблицами. В связи со спецификой термоэлектрич. термометра (дифференциального прибора) его точность зависит от точности поддержания и измерения темп-ры одного из спаев термопары ("реперного" спая).

Измерительные приборы, к-рыми определяют численные значения термометрич. свойств (манометры, потенциометры, логометры, мосты измерительные, милливольтметры и т. д.), наз. вторичными приборами. Точность измерения темп-ры зависит от точности вторичных приборов. Термометры технич. применения обычно индивидуально не градуируются и комплектуются соответствующими вторичными приборами, шкала к-рых нанесена непосредственно в °С.

В диапазоне криогенных (ниже 90 К) и сверхнизких (ниже 1 К) темп-р, кроме обычных методов измерения темп-р, применяются специфические (см. Низкие температуры). Это - магнитная термометрия (диапазон 0,006-30 К; точность до 0,001 град); методы, основанные на температурной зависимости Мёссбауэра эффекта и анизотропии -у-излучения (ниже 1 К), термошумовой термометр с преобразователем на Джозефсона эффекте (ниже 1 К). Особой сложностью Т. в диапазоне сверхнизких темп-р является осуществление теплового контакта между термометром и средой.

Для обеспечения единства и точности температурных измерений служит Гос. эталон единицы температуры - келъвин, что позволяет в диапазоне 1,5-2800 К воспроизводить Международную практическую температурную шкалу (МПТШ) с наивысшей достижимой в настоящее время точностью. Путём сравнения с эталоном значения темп-р передаются образцовым приборам, по к-рым градуируются и проверяются рабочие приборы для измерения темп-ры. Образцовыми приборами являются германиевые (1,5-13,8 К) и платиновые [13,8-903,9 К (630,7 °С)] термометры сопротивления, платинородий (90% Pt, 10% Rd) - платиновая термопара (630,7-1064,4 °С) и оптич. пирометр (выше 1064,4 °С).

Лит.: Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Методы измерения температуры. Сб., ч. 1 - 2, М., 1954; Температура и её измерение. Сб., пер. с англ., М., 1960; С основе кий А. Г., Столярова H. И., Измерение температур, М., 1970. Д. H. Астров, Д. И. Шаревская.

ТЕРМОМЕТРЫ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ, группа термометров жидкостных спец. конструкции, предназначенных для метеорологич. измерений гл. обр. на метеорологич. станциях. Различные Т. м. в зависимости от назначения отличаются размерами, устройством, пределами измерений и ценой деления шкалы.

Рис. 1. Устройство максимального термометра.

Рис. 2. Устройство минимального термометра.

Для определения темп-ры и влажности воздуха пользуются ртутными п с и хр о м е т р и ч е с к и м и Т. м. в стационарном и аспирационном психрометре. Цена их деления 0,2 °С; нижний предел измерения -35 °С, верхний 40 °С (или соответственно -25 °С и 50 °С). При темп-pax ниже -35 °С (вблизи точки замерзания ртути) показания ртутного Т. м. становятся ненадёжными; поэтому для измерения более низких темп-р пользуются низкоградусным спиртовым Т. м., устройство к-рого аналогично психрометрическому, цена деления его шкалы 0,5 °С, а пределы измерений варьируют: нижний -75, -65, -60 °С, а верхний 20, 25 °С.

Для измерения макс, темп-ры за нек-рый промежуток времени применяется ртутный максимальный Т. м. Цена деления его шкалы 0,5 °С; пределы измерения от -35 до 50 °С (или от -20 до 70 °С), рабочее положение почти горизонтальное (резервуар слегка опущен). Показания макс. значений темп-ры сохраняются благодаря наличию в резервуаре 1 (рис. 1) штифта 2 и вакуума в капилляре 3 над ртутью. При повышении темп-ры избыток ртути из резервуара вытесняется в капилляр через узкое кольцеобразное отверстие между штифтом и стенками капилляра и остаётся там и при понижении темп-ры (т. к. в капилляре вакуум). Т. о., положение конца столбика ртути относительно шкалы соответствует значению макс, темп-ры. Приведение показаний термометра в соответствие с темп-рой в данный момент производят его встряхиванием. Для измерения минимальной темп-ры за нек-рый промежуток времени используются спиртовые минимальные Т. м. Цена деления шкалы 0,5 °С; нижний предел измерений варьирует от -75 до -41 °С, верхний от 21 до 41°С. Рабочее положение Т.- горизонтальное. Сохранение минимальных значений обеспечивается находящимся в капилляре 1 (рис. 2) внутри спирта штифтом - указателем 2. Утолщения штифта меньше внутреннего диаметра капилляра; поэтому при повышении темп-ры спирт, поступающий из резервуара в капилляр, обтекает штифт, не смещая его. При понижении темп-ры штифт после соприкосновения с мениском столбика спирта перемещается вместе с ним к резервуару (т. к. силы поверхностного натяжения плёнки спирта больше сил трения) и остаётся в ближайшем к резервуару положении. Положение конца штифта, ближайшего к мениску спирта, указывает минимальную темп-ру, а мениск -темп-ру в настоящий момент. До установки в рабочее положение минимальный Т. м. приподнимают резервуаром кверху и держат, пока штифт не опустится до мениска спирта.

Для определения темп-ры поверхности почвы пользуются ртутным Т. м. Деления его шкалы 0,5 °С; пределы измерения варьируются: нижний от -35 до -10 °С, верхний от 60 до 85 °С. Измерения темп-ры почвы на глубинах 5, 10, 15 и 20 см производят ртутным коленчатым Т. м. (Савинова). Цена деления его шкалы 0,5 °С; пределы измерения от -10 до 50 °С. Вблизи резервуара термометр изогнут под углом 135°, а капилляр от резервуара до начала шкалы теплоизолирован, что уменьшает влияние на показания Т. слоя почвы, лежащего над его резервуаром. Измерения темп-ры почвы на глубинах до неск. м осуществляются ртутными почвенно-глубинными Т. м., помещёнными в спец. установках. Цена деления его шкалы 0,2 °С; пределы измерения варьируют: нижний -20, -10°С, а верхний 30, 40 °С. Менее распространены ртутно-талиевые психрометрические Т. м. с пределами от -50 до 35 °С и нек-рые др.

Кроме Т. м., в метеорологии применяются термометры сопротивления, термоэлектрические, транзисторные, биметаллические, радиационные и др. Термометры сопротивления широко используются в дистанционных и автоматич. метеорологических станциях (металлич. резисторы - медные или платиновые) и в радиозондах (полупроводниковые резисторы); термоэлектрические применяются для измерения градиентов темп-ры; транзисторные термометры (термотранзисторы) - в агрометеорологии, для измерения темп-ры пахотного слоя почвы; биметаллич. термометры (термопреобразователи) применяются в термографах для регистрации темп-ры, радиационные термометры - в наземных, самолётных и спутниковых установках для измерения темп-ры различных участков поверхности Земли и облачных образований.

Лит.: Стернзат М. С., Метеорологические приборы и наблюдения, Л., 1968. М. С. Стернзат.

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА металлов (ТМО), совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения (в различной последовательности), в результате к-рой формирование окончат, структуры металла, а следовательно, и его свойств происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения несовершенств строения, созданных пластич. деформацией. Т. о., особенностью этого способа изменения свойств металлич. сплавов является сочетание операций обработки металлов давлением и термической обработки. Возможность применения ТМО определяется тем, что на процессы структурных превращений существ, влияние оказывают присутствующие в реальных сплавах несовершенства строения (дислокации, дефекты упаковки, вакансии). С др. стороны, в результате нек-рых структурных изменений образуются новые несовершенства, а также происходит перераспределение имеющихся несовершенств. Отсюда механизм и кинетика структурных изменений при ТМО зависят от характера и плотности несовершенств строения и, в свою очередь, влияют на их количество и распределение. Для классификации технологач. схем ТМО целесообразно выбрать в качестве классификац. признака последовательность проведения пластич. деформирования и термин, обработки (рис.).

Классификация видов термомеханической обработки; ПТМО - предварительная термомеханическая обработка ВTMO - высокотемпературная термомеханическая обработка; ВТМПО - высокотемпературная термомеханическая поверхностная обработка; ВТМнзО - высокотемпературная термомеханическая изотермическая обработка; НТМО - низкотемпературная термомеханическая обработка; НТМизО - низкотемпературная термомеханическая изотермическая обработка; ВНТМО - высоко-низкотемпературная термомеханическая обработка; НВТМО - низко-высокотемпературная термомеханическая обработка; ДМО-1 - деформация мартенсита с последующим отпуском; ДМО-2 - деформация мартенсита после ВТМО с последующим отпуском; МТО - деформация немартенситных структур на площадке текучести, в том числе многократная ММТО; МТО-1 - механике-термическая обработка деформацией при комнатной температуре со старением; МТО-2 -механико-термическая обработка деформацией при повышенных температурах со старением; НВТМУ - наследственное высокотемпературное термомеханическое упрочнение; А1 и Аз - нижняя и верхняя критические точки; МИ - температура начала мартенситного превращения. Термомеханическая обработка I и IV классов основана на явлении наследования упрочнения, сохраняющегося после соответствующей термической обработки.

Совмещение пластич. деформации с фазовыми превращениями получило впервые практич. реализацию в нач. 20 в. при осуществлении патентирования в процессе произ-ва стальной проволоки. Использование по своеобразной технологич. схеме комбинированного воздействия пластич. деформации и термич. обработки привело к получению таких высоких механич. свойств, к-рые были недостижимы при всех др. способах упрочняющей обработки. В 30-е гг. 20 в. применялась др. схема ТМО при упрочнении бериллиевой бронзы: закалка, холодная деформация, старение; такая обработка также обеспечила существ, повышение механич. свойств сплава.

Развитие ТМО и создание её осн. положений оказались возможными лишь на базе теории дислокаций, в частности тех её разделов, в к-рых устанавливается связь между несовершенствами строения и процессами структурообразования при превращениях. Исторически первой опробованной схемой термомеханич. упрочнения маш.-строит, стали (1954, США) была низкотемпературная термомеханич. обработка (НТМО). Смысл переохлаждения аустеиита в схеме НТМО заключается в том, чтобы вести деформацию ниже темп-ры его рекристаллизации. Этим НТМО отличается от разработанной несколько позднее в СССР высокотемпературной термомеханич. обработки (ВТМО), к-рая в дальнейшем получила большее распространение в связи с необходимостью повышения механич. свойств массовых сортов стали, применяемых в совр. машиностроении.

Темп-pa проведения деформации при ВТМО лежит обычно выше верхней критич. точки полиморфного превращения, поэтому неизбежны попытки проведения аналогии между ВТМО и термич. обработкой с прокатного (или ковочного) нагрева. Принципиальное различие между этими видами обработки состоит в том, что при ВТМО создаются такие условия высокотемпературной пластич. деформации и последующей закалки, при к-рых подавляется развитие рекристаллизац. процессов и создаётся особое структурное состояние, характеризующееся повышенной плотностью несовершенств и особым их распределением с образованием субструктуры полигонизации (см. Возврат металлов). Отсюда и экспериментально наблюдаемая развитая мозаичность строения стали после ВТМО, повышенная тонкая субмикроскопич. неоднородность строения и состава мартенсита, к-рая обеспечивает после ВТМО уникальное сочетание свойств, когда наряду с повышением прочности одновременно увеличиваются пластичность, вязкость и сопротивление хрупкому разрушению.

Механические свойства стали после ВТМО и НТМО
Обработка
Образцы для испытаний
Предел прочности sв  

кг с/мм2

Предел текучести  

sт 

кгс/мм2

Относительное удлинение б, %
Относительное сжатие  

ф %

Ударная вязкость ан, кгс • м/ см2
ВТМО + низкий отпуск
Плоские (нешлифованные)
220 - 260
190-210
7-10
20-40
4-5
НТМО + низкий отпуск
Круглые (шлифованные)
240-280
200-230
5-7
15-30
3-4
Примечание: 1 кгс/мм1 = 10 Мн/м2.

В табл. сопоставлены свойства типичной среднеуглеродистой маш.-строит, легированной стали после ВТМО и НТМО. ТМО приводит к повышению усталостных характеристик; особенно велик прирост времени до разрушения в зоне огранич. выносливости после ВТМО. В .результате этой обработки повышается

ударная выносливость стали, снижается порог хладноломкости и практически ликвидируется опасная склонность к хрупкости при отпуске (чего не наблюдается после НТМО). Развитие технологии ВТМО привело к созданию новой схемы - ВТМизО, в которой высокотемпературная деформация сочетается с изотермическим превращением. Изделия (в частности, рессоры), обработанные по этой схеме, характеризуются повышенными служебными характеристиками. В большем или меньшем объёме применяются все схемы термомеханич. упрочнения, приведённые на рисунке. Выбор схемы проводится с учётом природы и назначения металлич. сплава и конкретного изделия. Эффективность конкретного способа термомеханич. упрочнения оценивается по комплексу механич. свойств. В инженерном смысле под повышением прочности понимают повышение сопротивления деформации и сопротивления разрушению в различных напряжённых состояниях, в т. ч. и таком, к-рое может вызвать образование хрупкой трещины и преждевременное разрушение. Поэтому наряду с традиц. испытаниями на растяжение, удар, усталость совр. высокопрочные, в т. ч. термомеханически упрочнённые, стали должны оцениваться по критериям механики разрушения, с определением энергоёмкости процесса развития трещины и др. аналогичных параметров.

Понимание физ. сущности упрочнения в результате ТМО оказалось возможным лишь после того, как стали проясняться осн. закономерности структурных изменений при горячей деформации. Старое представление о том, что горячая деформация всегда сопровождается рекристаллизацией, оказалось неверным.

При ТМО проводится немедленное и резкое охлаждение после завершения горячей деформации, и конечная структура упрочнённой стали наследует тонкое строение горячедеформированного аустенита. В зависимости от условий деформирования, определяемых величиной напряжения, темп-рой и скоростью деформации, структура аустенита по окончании горячей деформации сильно различается. Она может отвечать: а) состоянию горячего наклёпа с неупорядоченным распределением дислокаций, когда при последующей закалке прочность повышается и одновременно снижается сопротивление хрупкому разрушению; б) формированию субструктуры в результате динамич. возврата и особенно чёткого и устойчивого субзёренного строения в результате динамич. полигонизации - закалка в этом случае приведёт к оптим. сочетанию высоких значений прочности и сопротивления хрупкому разрушению; в) состоянию динамич. рекристаллизации, когда в одних объёмах еще сохранена повышенная плотность дислокаций, а в других она резко понижена - закалка в этом случае может привести к получению комплекса повышенных механич. свойств, однако значения их в связи с неоднородностью и нестабильностью тонкого строения будут неустойчивы. Следовательно, режимы горячей деформации металлич. сплавов при осуществлении ТМО необходимо выбирать с таким расчётом, чтобы получить развитую и устойчивую субструктуру в результате динамич. полигонизации. При последующей закалке благодаря сдвиговому характеру мартеиситного превращения субструктура деформированного аустенита, сформированная на стадии динамич. полигонизации, наследуется образующимся мартенситом. Если, напр., осуществляется др. схема ТМО, а именно ВТМизО (рис.), то благодаря сдвиговому характеру превращения при образовании бейнита последний также наследует субструктуру горячедеформированного аустенита. Во всех случаях присутствие в конечных фазах (мартенсите и др.) этой устойчивой субструктуры определяет высокую дисперсность и мозаичность этих фаз, а также тонкое распределение примесей в них - это и приводит к повышению всех механич. свойств, характеризуемому одновременным возрастанием сопротивления пластич. деформации и сопротивления разрушению. Это наблюдается не только при "прямой" ТМО, но и при последующей после ТМО термич. обработке. Открытое в СССР и широко используемое в отечественной и зарубежной практике явление "наследования" термомеханич. упрочнения базируется на том, что созданная при горячей деформации совершенная и устойчивая субструктура оказывается устойчивой при последующей перекристаллизации. В условиях повторной термич. обработки после ТМО перекристаллизация протекает по сдвиговому механизму, что определяет сохранение субструктуры и, следовательно, комплекса высоких механич. свойств, созданного при "прямой" ТМО. Развитие идей "наследования термомеханич. упрочнения позволило создать новую схему -предварительную термомеханич. обработку (ПТМО), нашедшую применение в СССР и США, а также объяснить высокий уровень свойств в результате патентирования, являющегося, по существу, разновидностью ТМО.

Применительно к дисперсионно-твердеющим сплавам ТМО в промышленности осуществляют по следующим технологич. схемам: а) нагрев до темп-ры закалки, деформация, немедленная закалка, старение (ВТМО); б) закалка, деформация, старение (НТМО). Первая схема сравнительно легко осуществима, но имеет недостаток - опасность сильного развития рекристаллизации в связи с высокой темп-рой деформации, проводимой при темп-ре закалки. Она широко используется в производстве прессованных изделий из мн. алюминиевых сплавов, в к-рых небольшие добавки Мп, Сг и др. затрудняют рекристаллизацию. При осуществлении второй схемы могут возникать трудности, связанные с высоким сопротивлением деформации твёрдого раствора при комнатной темп-ре. Эта схема имеет ряд преимуществ: происходит старение с образованием весьма дисперсных фаз уже при холодной (или тёплой) деформации, создаётся более равномерное распределение выделений упрочняющих фаз, образующихся на дислокациях по всему объёму зёрен. Вторая схема TM О успешно используется для повышения прочности стареющих медных и алюминиевых сплавов.

Лит.: Бернштейн М. Л., Термомеханическая обработка металлов и сплавов, т. 1-2, М., 1968. М. Л. Бернштейн.

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, эффект фонтанирования, появление в сверхтекучей жидкости разности давлений Др, обусловленной разностью темп-р ДТ (см. Сверхтекучесть). T. э. проявляется в жидком сверхтекучем гелии в различии уровней жидкости в двух сосудах, сообщающихся через узкую щель или капилляр и находящихся при разных темп-pax (рис., а). Другой наглядный способ демонстрации Т. э. заключается в нагреве излучением трубки, плотно набитой мелким чёрным порошком и опущенной одним концом в сверхтекучий гелий. При освещении порошок быстро нагревается, и в силу термомеханич. разности давлений жидкий гелий фонтаном выбрасывается из верхнего конца капилляра (рис., б). Обратный эффект - охлаждение сверхтекучего гелия при продавливании через узкие щели или капилляры - наз. механокалорическим эффектом. В рамках двухкомпонентной модели сверхтекучего гелия Т. э. можно объяснить как выравнивание концентрации сверхтекучей компоненты, свободно протекающей через щель в направлении нагретой части жидкости. В то же время поток нормальной компоненты в обратном направлении невозможен из-за проявления сил вязкости в узкой щели (см. Гелий). Термодинамика даёт для разности давлений в Т. э. соотношение Др/ДТ = pS, где р - плотность, S - энтропия жидкого гелия.

Термомеханический эффект: а - уровень жидкости в сосуде с нагревателем H выше, чем в сообщающемся с ним сосуде; б - фонтанирование гелия при освещении и нагреве порошка П, находящегося в сосуде со сверхтекучим гелием (В - гигроскопическая вата).

Лит.: К е е з о м В., Гелий, пер. с англ., М., 1949; Мендельсон К., Физика низких температур, пер. с англ., М., 1963. И. П. Крылов.

ТЕРМОНАСТИЯ, движение органов растений, обусловленное изменением температуры в окружающей среде; см. Настии.

ТЕРМОПАРА, датчик темп-ры, состоящий из двух соединённых между собой разнородных электропроводящих элементов (обычно металлич. проводников, реже полупроводников). Действие Т. основано на эффекте Зеебека (см. Термоэлектрические явления). Если контакты (обычно - спаи) проводящих элементов, образующих Т. (их часто наз. термоэлектродами), находятся при разных темп-pax, то в цепи Т. возникает эдс (т е р м о э д с), величина к-рой однозначно определяется темп-рой "горячего" и "холодного" контактов и природой материалов, применённых в качестве термоэлектродов.

Т. используются в самых различных диапазонах темп-р. Так, Т. из золота, легированного железом (2-й термоэлектрод - медь или хромель), перекрывает диапазон 4-270 К, медь - константан 70-800 К, хромель-копель 220-900 К, хромель - алюмель 220-1400 К, платинородий - платина 250-1900 К, вольфрам - рений 300-2800 К. Эдс Т. из металлич. проводников обычно лежит в пределах 5-60 мв. Точность определения темп-ры с их помощью составляет, как правило, неск. К, а у нек-рых Т. достигает ~0,01 К. Эдс Т. из полупроводников может быть на порядок выше, но такие Т. отличаются существ, нестабильностью.

Т. применяют в устройствах для измерения темп-ры (см. Термометрия) и в различных автоматизированных системах управления и контроля. В сочетании с электроизмерит. прибором (милливольтметром, потенциометром и т. п.) Т. образует термоэлектрический термометр. Измерит, прибор подключают либо к концам термоэлектродов (рис., а), либо в разрыв одного из них (рис., 6). При измерении темп-ры один из спаев обязательно термостатируется (обычно при 273 К). В зависимости от конструкции и назначения различают Т.: погружённые и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки; обыкновенные, вибротряскоустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные и т. д. См. также Термоэлемент.

Схемы включения термопары в измерительную цепь: а - измерительный прибор / подключён соединительными проводами 2 к концам термоэлектродов 3 и 4; б - в разрыв термоэлектрода 4; Т1, Т2 -- температура "горячего" и "холодного" контактов (спаев) термопары.

Лит.: СосновскийА. Г., Столярова H. И., Измерение температур, М., 1970. Д. H. Астров.

ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ, запись оптич. изображения или электрич. сигналов, несущих информацию об изображении, на прозрачной или отражающей плёнке из термопласта, причём на поверхности плёнки образуется микрорельеф со структурой, соответствующей записываемому изображению (сигналу). Эта система записи и воспроизведения информации разработана в кон. 50-х гг. 20 в. У. Э. Тленном (США) как один из способов консервации телевизионных программ.

Рис. 1. Строение термопластической плёнки и структура её поверхности до (а) и после (б) образования микрорельефа: 1 - термопластический слой (толщиной 1 - 10 мкм); 2 - электропроводящий слой (10 - 100 нм); 3 - основа (10 -50 мкм); значками + и - показаны электрические заряды.

В процессе записи термопластическую (ТП) плёнку сначала электрически заряжают так, чтобы в каждой её точке поверхностная плотность зарядов соответствовала яркости записываемого изображения (рис. 1,а). Затем ТП слой расплавляют (напр., воздействуя на него инфракрасным излучением). Под действием электростатич. сил между поверхностными зарядами и зарядами, возникающими (вследствие электростатич. индукции) в электропроводящем слое плёнки, на ТП слое образуется рельеф (рис. 1,6), глубина к-рого в каждой точке определяется плотностью зарядов и, следовательно, яркостью изображения. После этого ТП слою дают заел ь. Обычно глубина рельефа не превышает 1 мкм.

В зависимости от способа нанесения зарядов различают Т. з. обычную и фототермопластическую (ФТП). При обычной Т. з. рабочее распределение зарядов создают в вакуумной камере сфокусированным на плёнку сканирующим электронным лучом, развёртывающим изображение (см. Развёртка). ФТП запись производят в возд. атмосфере с применением ФТП плёнок, у к-рых либо сам ТП слой обладает свойством фотопроводимости, либо между ТП и проводящим слоями расположен слой фоточувствит. полупроводника. Предварительно поверхность ФТП плёнки равномерно заряжают (используя коронный разряд), подобно тому, как это делается в электрофотографии. Затем на неё фокусируют записываемое изображение. Благодаря фотопроводимости плёнки на ТП слое происходит перераспределение зарядов в соответствии с изображением.

Структуре зарядов на плёнке придают растровый характер (при ФТП записи это достигается, напр., фокусировкой изображения на плёнку через сетку). Поэтому получаемый микрорельеф представляет собой совокупность параллельных канавок переменной глубины. При этом, в отличие от фотографии, меняется не оптическая плотность плёнки, a. её светопреломляющая способность, так что микрорельеф является системой с фазовой модуляцией света (наподобие фазовой дифракционной решётки).

Воспроизведение записанного рельефного изображения осуществляется оптич. системами, действие к-рых основано на том, что при прохождении световой волны через плёнку переменной толщины (или отражении от неё) фаза волны претерпевает изменения (волна приобретает т. н. фазовый рельеф, повторяющий рельеф на плёнке). Спец. устройствами эти фазовые изменения преобразуются в амплитудные, т. е. в изменения яркости чёрно-белого изображения, получаемого на экране. Оптич. система (рис. 2) устроена так, что если в неё введён участок плёнки без записи (плоскопараллельный участок, рис. 2,а), то все световые лучи, пройдя конденсор и плёнку, попадают на непрозрачные заслонки, а к экрану не проходят. При наличии записи (рис. 2,6) свет рассеивается (дифрагирует) на неровностях плёнки, в результате чего частично проникает между заслонками на экран (через объектив), создавая на нём оптическое изображение рассеивающих центров микрорельефа. Возможно также создание систем для получения и цветных изображений.

Важным преимуществом Т. з. перед фотографич. записью является то, что при Т. з. готовая для воспроизведения сигналограмма образуется практически в процессе записи (время нагрева составляет неск. десятков мсек, время образования микрорельефа ~ неск. мсек). Кроме того, такую запись при необходимости можно стереть (расплавив ТП слой) и произвести новую запись. Исключительно высокая разрешающая способность ТП и ФТП плёнок, достигающая неск. тыс. линий на мм, при их, как правило, гораздо более высокой чувствительности по сравнению с фото- и киноплёнками с такой же разрешающей способностью определяет целесообразность применения Т. з. (помимо телевидения) в таких областях, как голография, аэрофотосъёмка и др.

Рис. 2. Схема воспроизведения изображения при чёрно-белой термопластической записи, иллюстрирующая прохождение световых лучей через неэкспонированный участок плёнки (а) и участок с рельефным изображением (б): 1 - щелевые источники света; 2 - конденсор; 3 - плёнка; 4 - непрозрачные заслонки; 5 - объектив; 6 - экран.

Лит.: Термопластическая запись. Сб. пер. ст., М., 1966; Г у щ о Ю. П., Фазовая рельефография, М., 1974. Ю. А. Василевский.

ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ЭЛАСТОМЕРЫ, то же, что термоэластопласты.

ТЕРМОПЛАСТЫ, термопластичные полимеры, пластмассы, при переработке к-рых не происходит химич. реакции отверждения полимеров и материал в изделии сохраняет способность плавиться и растворяться. См. также Пластические массы.

ТЕРМОПСИС (Thermopsis), род растений сем. бобовых. Многолетние травы с длинным ползучим корневищем. Листья очередные, тройчатые, с прилистниками. Цветки обычно жёлтые, в верхушечных кистевидных соцветиях. Плод -2- или многосемянный боб. Ок. 30 видов, на Ю.-В. Европы, в умеренных областях Азии и на юге Сев. Америки. В СССР 6-8 видов, преим. в степной и полупустынной зонах и в горах. Наиболее распространён Т. ланцетный (Th. lanceolata), произрастающий на Ю.-В. Европ. части, юге Сибири и в Казахстане. Злостный, трудно искоренимый сорняк в посевах пшеницы и др. культур; ядовитое (особенно семена и листья) растение, используется как лекарственное.

Термопсис ланцетный: а - верхняя часть растения; б - корневище и основания стеблей; в - ветвь с плодами.

В медицине используется собранная в начале цветения и высушенная трава Т. ланцетного. Содержащиеся в растении алкалоиды, сапонины, эфирное масло и др. вещества оказывают отхаркивающее, а в больших дозах - рвотное действие. Применяют преим. при хронич. бронхите в виде настоев, порошка, таблеток, сухого экстракта. Входит в состав комбинированных таблеток и сложных микстур. В медицине используется также близкий вид - Т. туркестанский (Th. turkestanica), произрастающий в Тянь-Шане и на Алтае.

Лит.: ЧефрановаЗ. В., Материалы к монографии рода термопсис (Thermopsis R. Вг.), в кн.: Флора и систематика высших растений, М.- Л., 1958; Атлас лекарственных растений СССР, М., 1962.

ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ ПОЛИМЕРЫ, то же, что реактопласты.

ТЕРМОРЕГУЛЯТОР, устройство для автоматич. поддержания темп-ры на заданном уровне в помещении, сосуде, трубопроводе, печи и др. объектах. Датчик линейного Т. осн. на измерении длины чувствит. элемента, к-рая зависит от темп-ры (см. Дилатометр). Сигнал с датчика подаётся на исполнительный механизм, к-рый регулирует подачу греющего агента. В Т., применяемых, напр., в холодильниках и сушильных шкафах, датчиком является биметаллическая пластинка или спираль. При изменении темп-ры в среде пластинка изгибается и замыкает контакты электрич. цепи исполнит, механизма. Простейшим объёмным Т. является ртутный контактный термометр, в к-ром при достижении заранее заданной темп-ры ртуть замыкает электрич. цепь исполнит, механизма. Применяются также объёмные Т. с манометрич. датчиком (см. Манометр). Сигнал с датчика подаётся на регулятор (механич., электрич. или пневматич.). Термоэлектрические Т. с датчиками в виде терморезисторов или термопар обычно работают совместно с мостами измерительными и потенциометрами. Т. входят в системы автоматич. регулирования. См. Летоматическое управление.

ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ (от термо... и лат. regulo - регулирую), теплорегул я ц и я, способность человека, млекопитающих животных и птиц поддерживать темп-ру мозга и внутр. органов в узких определённых границах, несмотря на значит, колебания темп-ры внеш. среды и собственной теплопродукции. Темп-pa внутр. среды организма поддерживается на сравнительно постоянном уровне по принципу саморегуляции. Постоянство темп-ры тела обеспечивается теплопродукцией (её часто наз. химической Т.) и теплоотдачей (её наз. физической Т.). Система Т. включает тепловой центр, расположенный в гипоталамусе, большое кол-во термочувствит. нервных клеток в различных отделах центр, нервной системы (от коры головного мозга до спинного мозга), терморецепторы внутр. органов, слизистых оболочек и кожи с соответств. нервными проводящими путями, эфферентные нервные пути и эффекторные органы в виде кожных сосудов, эндокринных и потовых желез, скелетных мышц и др. При угрозе перегревания организма происходит расширение кожных сосудов, увеличиваются потоотделение (или тепловая одышка у непотеющих животных) и теплоотдача. При угрозе охлаждения кожные сосуды суживаются, волосы (или перья) поднимаются (пилоэрекция) и теплоотдача ограничивается, а теплопродукция повышается. Т. о. организм поддерживает баланс между теплопродукцией и теплоотдачей в различных температурных ситуациях. Отклонение средней темп-ры внутр. областей тела и крови, мышц, наружных покровов от "установленного" уровня вызывает усиленную импульсацию термочувствительных нервных клеток и терморецепторов. Импульсы достигают центра Т. в гипоталамусе, где формируется "управляющий" сигнал к эффекторным органам Т. Функция Т. находится под контролем высших отделов мозга и, в частности, коры больших полушарий, что позволяет организму на основе общей температурной чувствительности использовать сложные реакции поведенческой Т. (активное избегание высокой или низкой темп-ры, постройка животными убежищ в виде нор, тёплых гнёзд, изменение величины поверхности тела при свёртывании в клубок на холоде и т. д.). Эффективность Т. относительна. При значит, перепадах внеш. темп-ры или резких изменениях теплопродукции темп-pa мозга и внутр. органов у человека и различных животных может отклоняться от обычных значений от 0,2-0,3 до 1-2 °С и более. У различных организмов отд. механизмы Т. развиты неодинаково. Так, например, потоотделение свойственно только человеку, обезьянам и непарнокопытным. У других гомойотермных животных наиболее эффективный механизм теплоотдачи - тепловая одышка. Способность к повышению теплопродукции наиболее выражена у птиц, грызунов и некоторых других животных. См. также Лихорадка.

Лит.: Б а р т о н А., Э д x о л м О., Человек в условиях холода, пер. с англ., М., 1957; Иванов К. П., Мышечная система и химическая терморегуляция, М.- Л., 1965; Benzinger Т. H., Heat regulation: homeostasis of central temperature in man, "Physiological Reviews", 1969, v. 49, № 4; Comparative physiology of thermoregulation, v. 1-3, N. Y.- L., 1970-73. К. П. Иванов.

ТЕРМОРЕЗИСТОР (от термо... и резистор), термистор, термосопротивление, полупроводниковый резистор, обладающий свойством существенно изменять своё электрическое сопротивление при изменении температуры. Т.- один из наиболее простых полупроводниковых приборов. Главные параметры Т.- диапазон рабочих температур и температурный коэффициент сопротивления (ТКС), определяемый как относительное приращение сопротивления (в %) при изменении темп-ры на 1 К. Различают Т. с отрицательным ТКС (ОТ), у к-рых электрич. сопротивление с ростом темп-ры убывает, и с положительным ТКС (ПТ), у к-рых оно возрастает (рис.). Для изготовления ОТ используют: смеси окислов переходных металлов (например, Mn, Co, Ni, Cu); Ge и Si, легированные различными примесями; карбид кремния (SiC); полупроводники типа A111 Bv; синтетич. алмаз; органич. полупроводники и т. д. Диапазон рабочих темп-р большинства ОТ лежит в пределах от 170-210 К до 370-570 К с ТКС при комнатных темп-pax, равным (-2,4) - (-8,4)% /К. Существуют ОТ высокотемпературные (900-1300 К) и низкотемпературные (4,2-77 К); ТКС последних составляет (-15)-(-20)%/К и более. Из ПТ наиболее важны Т., материалом для которых служат твёрдые растворы на основе титаната бария ВаТЮз (легированные лантаном, церием, висмутом и т. д.); такие ПТ часто наз. п о'з исторами. В области темп-р, близких к сегнетоэлектрич. фазовому переходу (см. Сегнетоэлектрики), их сопротивление при повышении темп-ры резко увеличивается (на неск. порядков), и в небольшом (~5 К) интервале темп-р их ТКС может достигать 50%/К и более. Изменением состава твёрдого раствора можно смещать область фазового перехода в температурном интервале от ~ 200 до ~500 К. ПТ изготовляют также из Si, легированного В.

Т. выпускаются в виде стержней, трубок, дисков, шайб и бусинок. Размеры Т. варьируют от неск. мкм до неск. см. На основе Т. разработаны системы и устройства дистанционного и централизованного измерения и регулирования темп-ры, противопожарной сигнализации и теплового контроля, температурной компенсации различных элементов электрич. цепи, измерения вакуума и скорости движения жидкостей и газов, а также мощности измерители и др.

Лит.: Ш а ш к о в А. Г., Терморезисторы и их применение, М., 1967; ШефтельИ. Т., Терморезисторы, М., 1973. И. Т. Шефтель.

Типичные зависимости электрического сопротивления терморезисторов от температуры: с отрицательным (1) и положительным (2) температурными коэффициентами сопротивления.

ТЕРМОРЕЦЕПТОРЫ, термоцепт о р ы, нервные окончания (рецепторы) в различных тканях и органах, специфически реагирующие на изменения темп-ры тела изменением частоты биоэлектрич. импульсов и посылающие соответств. сигналы в центр терморегуляции. В коже различают x о л о д ов ы е Т., показывающие максимум частоты импульсации (9-12 импульсов в 1 сек) при темп-ре кожи 25-30 °С, и тепловые - максимум частоты импульсации (30-40 импульсов в 1 сек) при темп-ре кожи 42-45 "С. Температурные ощущения возникают вследствие сочетания возбуждения Т. обоих видов.

ТЕРМОС (от греч. thermos - тёплый, горячий), сосуд с двойными стенками, обеспечивающий сохранение темп-ры помещаемых в него пищ. продуктов (без подогрева). По назначению различают бытовые Т. и для обществ, питания. Бытовые Т. представляют собой стеклянные Дьюара сосуды, заключённые в металлич. или пластмассовый кожух. Выпускаются с узким горлом и с широким; закрываются пробкой и крышкой. Ёмкость таких Т. от 0,25 до 2 л. В общественном питании для хранения и перевозки кулинарных изделий применяют Т. ёмкостью до 30 л и т. н. термоконтейнеры, в к-рые загружают от 3 до 6 судков с пищей; для розничной торговли горячими пирожками, мороженым и т. п. используют термолотки ёмкостью до 10 л. Это оборудование изготовляется обычно из алюминия; пространство между стенками для термоизоляции заполняют пробковой крошкой, гофрированной бумагой, алюминиевой фольгой и т. п. Закрываются крышками, имеющими также двойные стенки.

ТЕРМОСТАТ (от термо... и греч. statos - стоящий, неподвижный), прибор для поддержания постоянной темп-ры. Представляет собой сосуд (металлич., стеклянный и др.), тщательно защищённый тепловой изоляцией от влияния окружающей среды. Постоянство темп-ры в Т. обеспечивается либо терморегуляторами, либо осуществлением фазового перехода (таяния льда, кипения воды, затвердевания эвтектики и т. п.), происходящего при определённой темп-ре. В условиях, когда перепад между темп-рой окружающей среды и темп-рой в Т. невелик (диапазон средних темп-р), постоянной поддерживается темп-pa рабочего вещества (газа, жидкости), заполняющего Т. Тело, свойства к-рого исследуются при заданной темп-ре, находится в тепловом контакте с рабочим веществом и имеет его темп-ру. Т., заполняемые рабочим веществом, обычно снабжены малоинерционным нагревателем (холодильником), автоматич. терморегулятором соответствующей точности, устройством для энергичного перемешивания рабочего вещества, к-рое обеспечивает быстрое выравнивание темп-ры в Т. К жидкостным Т. такого типа относятся: спиртовой (от -60 до 10 °С), водяной (10-95 °С), масляный (100-300 °С), солевой или селитровый (300-500 °С). Газовые Т. в этих же диапазонах темп-р применяются реже из-за трудности обеспечить хороший тепловой контакт с исследуемым телом. В Т. для высоких и низких темп-р обеспечивается малый теплообмен с окружающей средой. Исследуемое тело поддерживается при постоянной темп-ре в адиабатич. условиях (рабочее вещество отсутствует). В низкотемпературных Т. подвод (отвод) теплоты осуществляется спец. "тепловым ключом" (теплопроводящим стержнем). При высоких темп-рах (300-1200 °С) роль Т. часто играют электропечи с терморегулятором и массивным металлич. блоком, в к-рый помещается исследуемое тело. Т. для поддержания низких температур наз. криостатом.

В термодинамике Т. часто наз. систему, обладающую столь большой теплоёмкостью, что подводимые к ней количества теплоты не изменяют её темп-ры.

Лит. см. при ст. Калориметр.

ТЕРМОСТОЙКОЕ СТЕКЛО, стекло, способное выдерживать резкие перепады темп-р (тепловые удары), не разрушаясь. К Т. с. относятся все стёкла, имеющие низкий температурный коэфф. расширения а. Наиболее термостойкое - кварцевое стекло, не разрушающееся при смене темп-р до 1000 °С (а = 5,67 X X Ю-7 1/°С при темп-ре 500 °С). К Т. с. относятся также ооросиликатные и нек-рые др. виды стёкол. Стойкость обычных пром. стёкол (оконных, тарных) до 80-100 "С. Термостойкость стекла зависит не только от его хим. состава, но и от интенсивности теплоотдачи на поверхности изделия, качества этой поверхности и размеров изделия. Повышают термостойкость закалкой, а также огневой полировкой и хим. обработкой, устраняющими дефекты поверхности стекла. Из Т. с. изготовляют химико-лабораторную посуду, колбы для радиоламп, водомерные указатели для паровых котлов и т. д.

ТЕРМОСТОЙКОСТЬ, термическая стойкость, способность огнеупорных и др. хрупких материалов противостоять, не разрушаясь, термическим напряжениям, обусловленным изменением темп-ры при нагреве или охлаждении. Т. зависит от коэфф. термич. расширения и теплопроводности материала, его упругих и др. свойств, а также от формы и размеров изделия. На этих зависимостях основаны формулы расчёта коэффициентов и критериев Т. На практике Т. оценивают обычно числом тепло-смен (циклов нагрева и охлаждения), выдерживаемых образцом (изделием) до появления трещин, частичного или полного разрушения, либо температурным градиентом, при к-ром возникают трещины.

ТЕРМОСТОЙКОСТЬ ПОЛИМЕРОВ, см. Теплостойкость и термостойкость полимеров.

ТЕРМОСФЕРА (от термо... и греч. sphaira - шар), слой верхней атмосферы, расположенный между верхней границей мезосферы - мезопаузой и основанием экзосферы (в среднем от высот ок. 80 км до 500 км). Положение этих уровней изменяется в пределах ± 10-20% . Для Т. характерен положит, градиент темп-ры. Он равен нулю в мезопаузе, имеет макс, значение между 100 и 200 км и вновь становится равным нулю вблизи основания экзосферы. Здесь атмосфера становится практически изотермической. От мезопаузы до экзосферы темп-ра приблизительно изменяется от 200 К до 1000-2000 К. Особенно велики вариации темп-ры у основания экзосферы.

Плотность Т. в среднем изменяется от 1,8 -10"8 г/см3 на высоте ок. 80 км до 1,8-10~15 г/см3 на высоте ок. 500 км. В мезопаузе относит, состав атм. компонент близок к приземному, но чем выше, тем большее количество кислорода находится в атомарном состсипши. На уровне ок. 120 км начинается диффузионное разделение газов. Выше уровня 200-300 км преобладающим становится более лёгкий атомарный кислород. Выше 500 км имеются значит, относительные концентрации ещё более лёгких элементов: водорода и гелия. Часть молекул и атомов Т. находится в ионизированном состоянии и сосредоточена в неск. слоях (см. Ионосфера).

Все характеристики Т. подвержены весьма значит, вариациям в зависимости от географич. положения, солнечной активности, сезона года и времени суток. Температурный и динамич. режим Т. регулируется поглощаемой ею энергией. Эта энергия может вводиться как от источников, расположенных извне, так и снизу из тропосферы. Осн. источники термосферной энергии: жёсткое солнечное электромагнитное излучение, диссоциирующее и ионизирующее атмосферу; энергичные заряженные частицы (протоны и электроны), вторгающиеся в высокоширотные области атмосферы во время полярных сияний; диссоциированные на атомы молекулы атмосферы; акустически гравитационные волны, к-рые могут возникать как в тропосфере, так и в верхней атмосфере в области полярных сияний; диссипация энергии при циркуляции Т.

Молекулы азота, кислорода и атомы кислорода, преобладающие в составе термосферы, не могут излучать в больших количествах инфракрасное излучение. Поэтому из-за недостаточности излучающей способности Т. сильно разогревается, в особенности на больших высотах. При этих условиях отвод тепла может осуществляться только теплопроводностью к мезопаузе вследствие положительного градиента темп-ры. В мезопаузе содержится большое количество сложных молекул (двуокиси углерода, воды и озона), к-рые хорошо излучают инфракрасную радиацию и тем самым обеспечивают отвод тепла, накопленного вверху, за пределы земной атмосферы.

Т. оказывает тормозящее действие на ИСЗ. Кроме того, от её состояния сильно зависит поведение ионосферы.

Лит.: Околоземное космическое пространство, пер. с англ., М., 1966; Физика верхней атмосферы Земли, пер, с англ., под ред. Г. С. Иванова-Холодного, Л., 1971; К р асовский В. И., Штили и штормы в верхней атмосфере, М., 1971. В. И. Красовский.

ТЕРМОТАКСИС, движение свободно передвигающихся растительных и животных организмов, вызываемое односторонним тепловым раздражением. При положительном Т. движение происходит в сторону более высокой темп-ры, при отрицательном - более низкой. См. Таксисы.

ТЕРМОТЕРАПИЯ, метод физиотерапии; то же, что теплолечение.

ТЕРМОТРОПИЗМ, изгиб растущих частей растений, напр, кончиков корней или стеблей, в ответ на действие теплового раздражителя. Т. можно наблюдать на корешках, помещённых во влажные опилки между двумя сосудами - с холодной и тёплой водой. До определённой температуры корешки изгибаются в направлении более нагретого тела, проявляя положительный Т., выше этой темп-ры -изгибаются в сторону более холодного тела (отрицательный Т.). См. Тропизмы.

ТЕРМОУПРУГИЙ ЭФФЕКТ, появление температурных напряжений при изменении темп-ры тела.

ТЕРМОФИКСАЦИЯ тканей, стабилизация тканей, придание материалам из синтетич. волокон и нитей устойчивых размеров, уменьшение сминаемости, улучшение внеш. вида. Для этого производится нагрев тканей (в сухой среде до темп-ры 220 °С, во влажно-паровой - до 130 °С), а затем быстрое охлаждение. Длительность стабилизации составляет 10-90 сек. При использовании для отделки различных тканей синтетич. термореактивных смол под Т. понимают также обработку при темп-рах 140-170 °С материалов, предварительно пропитанных смолой.

ТЕРМОФИЛЬНЫЕ ОРГАНИЗМЫ (от термо... и греч. phileo - люблю), термофилы, организмы, обитающие при темп-ре, превышающей 45 °С (гибельной для большинства живых существ). Таковы нек-рые рыбы, представители различных беспозвоночных (червей, насекомых, моллюсков), разнообразные микроорганизмы (простейшие, бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли) и нек-рые папоротникообразные и цветковые растения. Местообитание Т. о.- горячие источники (где темп-pa достигает 70 °С), термальные воды, верхние слои сильно прогреваемой солнцем почвы, а также разогревающиеся в результате жизнедеятельности термогенных бактерий органич. вещества (кучи влажного сена и зерна, торф, навоз и т. п.). Т. о., в широком смысле слова - обитатели тропиков (исключая мор. глубины и высокогорья), а также сапрофиты и паразиты, обитающие в теле гомойотермных (теплокровных) животных при t 35-40 "С. Нек-рые Т. о. в умеренных и высоких широтах могут рассматриваться как реликты более тёплых эпох, когда они имели широкое распространение.

Лит.: И м ш е н е ц к и п А. А., Микробиологические процессы при высоких температурах, М.- Л., 1944; Мишустин Е. H., Е м ц е в В. Т., Микробиология, М., 1970; Генкель П. А., Микробиология с основами вирусологии, М., 1974.

ТЕРМОФОБНЫЕ ОРГАНИЗМЫ (от термо... и греч. phobos - страх, боязнь), разнообразные растительные и животные организмы, способные нормально существовать и размножаться только при относит, низких темп-pax (обычно не выше 10 °С), а также те организмы, для к-рых такие температурные условия являются оптимальными. К Т. о. относится большинство обитателей глубин океанов, морей, крупных озёр, а также обитатели водоёмов и суши районов с холодным климатом (Арктики, Антарктики, высокогорий). Термофобные микроорганизмы чаще наз. психрофилъными микроорганизмами, а термофобные растения - психрофитами.

ТЕРМОФОН (от термо... и греч. phone - звук), акустический излучатель, действие к-рого основано на явлении термич. генерации звука. Осн. элемент Т.- тонкий проводник (полоска металлич. фольги, проволочка толщиной 2-6 мкм), по к-рому протекает переменный ток частоты f. Периодич. изменения темп-ры проводника и окружающего его слоя воздуха вызывают соответственные колебания давления, распространяющиеся в среде в виде звуковой волны. Частота излучаемого звука f1= 2f, т. к. количество выделяющегося в проводнике тепла пропорционально квадрату силы тока. Для того чтобы fi = f, через фольгу или проволочку пропускают ещё постоянный ток, величина к-рого превышает амплитуду переменного. Излучающий проводник обычно помещают в камеру с жёсткими стенками, размеры к-рой меньше длины звуковой волны X. Амплитуда звукового давления в полости камеры может быть вычислена по амплитуде тока с учётом теплоёмкости, теплопроводности и темп-ры окружающей среды и проводника, давления окружающей среды и геометрич. параметров. Поэтому Т. применяется как первичный источник звука для калибровки микрофонов. Для расширения частотного диапазона Т. его камеру заполняют газом с большей по сравнению с воздухом скоростью звука (водородом или гелием), тогда используемое при расчёте звукового давления условие малости размеров камеры относительно длины волны выполняется до более высоких частот.

Лит.: Б е р а н е к Д., Акустические измерения, пер. с англ., М., 1952, с. 93-99.

ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, см. Химический ракетный двигатель.

ТЕРМОХИМИЯ, раздел физической химии вообще и термодинамики химической в частности, включающий измерение и вычисление тепловых эффектов реакций, теплот фазовых переходов (напр., парообразования), теплот др. процессов, изучение теплоёмкостей, энтальпий и энтропии веществ и физико-химич. систем, а также температурной зависимости этих величин.

Экспериментальный метод Т.- калориметрия. Её содержание составляет разработка методов определения перечисленных характеристик. Для термохимич. измерений служат калориметры.

На необходимость исследования тепловых эффектов и теплоёмкостей впервые (1752-54) указал М. В. Ломоносов. Первые термохимич. измерения провели во 2-й пол. 18 в. Дж. Блэк, А. Лавуазье и П. Лаплас. В 19 в. в работах Г. И. Тесса, П. Бертло, X. Ю. Томсена, В. Ф. Лугинина и других учёных техника калориметрич. измерений была усовершенствована. В нач. 20 в. развитие Т. ознаменовалось, с одной стороны, дальнейшим повышением точности и расширением интервала темп-р эксперимента, а с другой - установлением связи между энергетич. эффектами процессов и строением частиц (атомов, молекул, ионов), а также положением элементов в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Вместе с тем росло число изученных веществ, а с сер. 20 в. теория Т. стала развиваться на основе квантовохимических и статистич. представлений.

Трудность, а иногда и невозможность непосредственного измерения тепловых эффектов многих процессов часто приводит к необходимости их определения косвенным путём - к вычислению с помощью осн. закона Т.- Гесса закона. При этом для расчётов пользуются стандартными теплотани образования ДН298 различных веществ, а для взаимодействия органических соединений -стандартными теплотахи сгорания. Пересчёт А-Н298 химических реакций на другие темп-ры осуществляют с помощью Кирхгофа уравнения. Отсутствие нужных для вычисления данных часто заставляет прибегать к приближённым закономерностям, позволяющим найти различные энергетич. характеристики процессов и веществ на основании их состава и строения, а также по аналогии с изученными веществами и процессами.

Данные термохимич. исследований и найденные закономерности используются для составления тепловых балансов технологических процессов, изучения теплотворности топлив, расчёта равновесий химических, установления связи между энергетическими характеристиками веществ и их составом, строением, устойчивостью и реакционной способностью. В сочетании с др. термодинамич. характеристиками термохимич. данные позволяют выбрать оптимальные режимы химич. производств.

Широкое развитие получила Т. растворов - определение теплоёмкости, теплот растворения, смешения и испарения, а также их зависимости от температуры и концентрации. Эти характеристики позволяют установить свойства отдельных компонентов, рассчитать теплоты сольватации и тепловые эффекты др. процессов, что важно для суждения о природе растворов и их структуре. Методы Т. используются в коллоидной химии, при изучении биологич. процессов, во мн. других исследованиях.

Лит.: Скуратов С. М., К о л ес о в В. П., Воробьев А. Ф., Термохимия, ч. 1-2, М., 1964-66; Мищенко К. П., Полторацкий Г. М., Вопросы термодинамики и строения водных и неводных растворов электролитов, [Л.], 1968; Experimental thermochemistry, v. 1-2, N. Y. -L., 1956-62; Кальве Э., П р а т т А., Микрокалориметрия, пер. с франц., М., 1963; Мортимер К., Теплоты реакций и прочность связей, пер. с англ., М., 1964; Бене он С., Термохимическая кинетика, пер. с англ., М., 1971; Сталл Д., Вестрам Э., Зинке Г., Химическая термодинамика органических соединений, пер. с англ., М., 1971. См. также лит. при ст. Теплоёмкость, Теплота образования, Термодинамика химическая. М. X. Карапетъянц.

ТЕРМОЦЕПТОРЫ, то же, что терморецепторы.

ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ КРАСКИ, термоиндикаторные краски, краски, содержащие различные хим. соединения,к-рые способны изменять свой цвет при определённой темп-ре. Изменение цвета может происходить, напр., вследствие разложения термочувствительного соединения (гидроокиси железа, карбоната кадмия) или образования нового соединения в результате реакции термоиндикаторных компонентов краски (напр., образование сульфида свинца из тиомочевины и свинцового сурика). Различают обратимые (одноили многократно восстанавливающие свой первоначальный цвет) и необратимые Т. к. С помощью Т. к., к-рые выпускаются в виде паст или карандашей, могут быть измерены темп-ры в интервале 35-1600 °С с точностью от ±0,5 до ± 10 °С. Применяют Т. к. в тех случаях, когда использование обычных средств термометрии затруднено или невозможно.

ТЕРМОЭДС, электродвижущая сила, возникающая в электрич. цепи, состоящей из неск. разнородных проводников, имеющих в местах контактов различную темп-ру (см. Зеебека эффект, Термоэлектрические явления).

ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТЫ, термопластичные эластомеры, синтетич. полимеры, к-рые при обычных темп-pax обладают свойствами резин, а при повышенных размягчаются, подобно термопластам. Сочетание таких свойств обусловлено тем, что Т. являются блоксополимерами, в макромолекулах к-рых эластичные блоки (напр., полибутадиеновые) чередуются в определённой последовательности с термопластичными (например, полистирольными). В отличие от каучуков, Т. перерабатываются в резиновые изделия (например, обувь), минуя стадию вулканизации.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ, см. в ст. Дефектоскопия.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, совокупность физич. явлений, обусловленных взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках. Т. я. являются эффекты Зеебека, Пельтье и Томсона. Зеебека эффект состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает эдс (т е рм о э д с), если места контактов поддерживают при разных температурах. В простейшем случае, когда электрич. цепь состоит из двух различных проводников, она наз. термоэлементом, или термопарой. Величина термоэдс зависит только от темп-р горячего Ti и холодного Т2 контактов и от материала проводников. В небольшом интервале темп-р термоэдс Е можно считать пропорциональной разности (Т1 - Т2), т. е. Е = а(Т1 - Т2). Коэфф. а наз. термоэлектрич. способностью пары (термосилой, коэфф. термоэдс, или удельной термоэдс). Он определяется материалами проводников, но зависит также от интервала темп-р; в нек-рых случаях с изменением темп-ры а меняет знак. В табл. приведены значения а для нек-рых металлов и сплавов по отношению к Pb для интервала темп-р 0-100 °С (положит, знак а приписан тем металлам, к к-рым течёт ток через нагретый спай). Однако цифры, приведённые в табл., условны, т. к. термоэдс материала чувствительна к микроскопич. количествам примесей (иногда лежащим за пределами чувствительности химического анализа), к ориентации кристаллических зёрен, термической или даже холодной обработке материала. На этом свойстве термоэдс основан метод отбраковки материалов по составу. По этой же причине термоэдс может возникнуть в цепи, состоящей из одного и того же материала при наличии температурных перепадов, если разные участки цепи подвергались различным технологич. операциям. С др. стороны, эдс термопары не меняется при последовательном включении в цепь любого количества др. материалов, если появляющиеся при этом дополнит, места контактов поддерживают при одной и той же темп-ре.
Материал
а,мкв/°С
Материал
а,мкв/°С
Сурьма
+43
Ртуть
-4,4
Железо
+ 15
Платина
-4,4
Молибден
+ 7,6
Натрий
-6,5
Кадмий
+4,6
Палладий
-8,9
Вольфрам
+3,6
Калий
-13,8
Медь
+3,2
Никель
-20,8
Цинк
+3,1
Висмут
-68,0
Золото
+2,9
Хрсмель
+24
Серебро
+2,7
Нихром
+ 18
Свинец
0,0
Платинородий
+2
Олово
-0,2
Алюмель
-17,3
Магний
-0,0
Константан
-38
Алюминий
-0,4
Копель
-38
Пельтье эффект обратен явлению Зеебека: при протекании тока в цепи из различных проводников, в местах контактов, в дополнение к теплоте Джоуля, выделяется или поглощается, в зависимости от направления тока, нек-рое количество теплоты Оп пропорциональное протекающему через контакт количеству электричества (т. е. силе тока I и времени t): Qп= nIt. Коэфф. П зависит от природы находящихся в контакте материалов и темп-ры (коэфф. Пельтье).

У. Томсон (Кельвин) вывел термодинамич. соотношение между коэфф. Пельтье и Зеебека (а), к-рое является частным проявлением симметрии кинетич. коэфф. (см. Онсагера теорема): П = аТ, где Т - абс. темп-pa, и предсказал существование третьего Т. я.-Томсона эффекта. Оно заключается в следующем: если вдоль проводника с током существует перепад темп-ры, то в дополнение к теплоте Джоуля в объёме п-роводника выделяется или поглощается, в зависимости от направления тока, дополнит, количество теплоты Qт (т е пл от а Томсон a): Ot=t (Т2 - Т.)It, где т - коэфф. Томсона, зависящий от природы материала. Согласно теории Томсона, удельная термоэдс пары проводников связана с их коэфф. Томсона соотношением: da/dT = 1 - т2)/Т.

Эффект Зеебека объясняется тем, что ср. энергия электронов проводимости зависит от природы проводника и поразному растёт с темп-рой. Если вдоль проводника существует градиент темп-р, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках в дополнение к этому концентрация электронов проводимости растёт с темп-рой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицат. заряд, а на горячем остаётся нескомпенсированный положит, заряд. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие. Алгебраич. сумма таких разностей потенциалов в цепи создаёт одну из составляющих термоэдс, к-рую наз. объёмной.

Вторая (контактная) составляющая - следствие температурной зависимости контактной разности потенциалов. Если оба контакта термоэлемента находятся при одной и той же темп-ре, то контактная и объёмная термоэдс исчезают.

Вклад в термоэдс даёт также эффект увлечения электронов фононами. Если в твёрдом теле существует градиент темп-ры, то число фононов, движущихся от горячего конца к холодному, будет больше, чем в обратном направлении. В результате столкновений с электронами фононы могут увлекать за собой последние и на холодном конце образца будет накапливаться отрицат. заряд (на горячем - положительный) до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не уравновесит эффект увлечения; эта разность потенциалов и представляет собой 3-ю составляющую термоэдс, к-рая при низких темп-рах может быть в десятки и сотни раз больше рассмотренных выше. В магнетиках наблюдается дополнит, составляющая термоэдс, обусловленная эффектом увлечения электронов магнонами.

В металлах концентрация электронов проводимости велика и не зависит от темп-ры. Энергия электронов также почти не зависит от темп-ры, поэтому термоэдс металлов очень мала. Сравнительно больших значений достигает термоэдс в полуметаллах и их сплавах, где концентрация носителей значительно меньше и зависит от темп-ры, а также в нек-рых переходных металлах и их сплавах (напр., в сплавах Pd с Ag термоэдс достигает 86 мкв/°С). В последнем случае концентрация электронов велика. Однако термоэдс велика из-за того, что средняя энергия электронов проводимости сильно отличается от энергии Ферми. Иногда быстрые электроны обладают меньшей диффузионной способностью, чем медленные, и термоэдс в соответствии с этим меняет знак. Величина и знак термоэдс зависят также от формы поверхности Ферми. В металлах и сплавах со сложной Ферми поверхностью различные участки последней могут давать в термоэдс вклады противоположного знака и термоэдс может быть равна или близка к нулю. Знак термоэдс нек-рых металлов меняется на противоположный при низких темп-pax в результате увлечения электронов фононами.

В дырочных полупроводниках на холодном контакте скапливаются дырки, а на горячем - остаётся нескомпенсированный отрицат. заряд (если только аномальный механизм рассеяния или эффект увлечения не приводят к перемене знака термоэдс). В термоэлементе, состоящем из дырочного и электронного полупроводников, термоэдс складываются. В полупроводниках со смешанной проводимостью к холодному контакту диффундируют и электроны и дырки, и их заряды взаимно компенсируются. Если концентрации и подвижности электронов и дырок равны, то термоэдс равна нулю.

В условиях, когда вдоль проводника, по к-рому протекает ток, существует градиент темп-ры, причём направление тока соответствует движению электронов от горячего конца к холодному, при переходе из более горячего сечения в более холодное, электроны передают избыточную энергию окружающим атомам (выделяется теплота), а при обратном направлении тока, проходя из более холодного участка в более горячий, пополняют свою энергию за счёт окружающих атомов (теплота поглощается). Этим и объясняется (в первом приближении) явление Томсона. В первом случае электроны тормозятся, а во втором - ускоряются полем термоэдс, что изменяет значение т, а иногда и знак эффекта.

Причина возникновения явления Пельтье заключается в том, что средняя энергия электронов, участвующих в переносе тока, зависит от их энергетич. спектра (зонной структуры материала), концентрации электронов и механизма их рассеяния, и поэтому в разных проводниках различна. При переходе из одного проводника в другой электроны либо передают избыточную энергию атомам, либо пополняют недостаток энергии за их счёт (в зависимости от направления тока). В первом случае вблизи контакта выделяется, а во втором - поглощается теплота Пельтье. Рассмотрим случай, когда направление тока соответствует переходу электронов из полупроводника в металл. Если бы электроны, находящиеся на примесных уровнях полупроводника, могли бы точно так же перемещаться под действием электрического поля, как электроны проводимости, и в среднем энергия электронов равнялась бы энергии Ферми в металле, то прохождение тока через контакт не нарушало бы теплового равновесия (ОП = 0). Но в полупроводнике электроны на примесных уровнях локализованы, а энергия электронов проводимости значительно выше уровня Ферми в металле (и зависит от механизма рассеяния). Перейдя в металл, электроны проводимости отдают свою избыточную энергию; при этом и выделяется теплота Пельтье. При противоположном направлении тока из металла в полупроводник могут перейти только те электроны, энергия к-рых выше дна зоны проводимости полупроводника. Тепловое равновесие в металле при этом нарушается и восстанавливается за счёт тепловых колебаний кристаллической решётки. При этом поглощается теплота Пельтье. На контакте двух полупроводников или двух металлов также выделяется (или поглощается) теплота Пельтье вследствие того, что средняя энергия участвующих в токе электронов по обе стороны контакта различна.

Т. о., причина всех Т. я.- нарушение теплового равновесия в потоке носителей (т. е. отличие средней энергии электронов в потоке от энергии Ферми). Абс. значения всех термоэлектрич. коэфф. растут с уменьшением концентрации носителей; поэтому в полупроводниках они в десятки и сотни раз больше, чем в металлах и сплавах.

Лит.: Жузе В. П., Гусенкова Е. И., Библиография по термоэлектричеству, М.- Л., 1963; Иоффе А. Ф., Полупроводниковые термоэлементы, М.- Л., 1960; 3 а и м а н Д ж., Электроны и фононы, пер. с англ., М., 1962; П о п о в М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Стильбанс Л. С., Физика полупроводников, М., 1967. Л. С. Стильбанс.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (ТЭГ), термоэлектрогенератор, устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, принцип действия к-рого основан на эффекте Зеебека (см. Термоэлектрические явления). В состав ТЭГ входят: термобатареи, набранные из полупроводниковых термоэлементов, соединённых последовательно или параллельно; теплообменники горячих и холодных спаев термобатарей. ТЭГ подразделяются: по интервалу рабочих темп-р -на низко-, средне- и высокотемпературные (диапазоны темп-р 20-300, 300-600, 600-1000 °С; материалы термоэлементов - соответственно твёрдые растворы на основе халькогенидов элементов V группы, IV группы периодической системы Д. И. Менделеева и твёрдые растворы Si-Ge); по области применения -на космич., морские, наземные и т. д.; по типу источника тепла - на изотопные, солнечные (см. Солнечный термоэлектрогенератор), газовые и т. д. Кпд лучших ТЭГ составляет ~ 15%, мощность достигает неск. сотен кет.

ТЭГ обладают рядом преимуществ перед традиционными электромашинными преобразователями энергии, напр. турбогенераторами: отсутствием движущихся частей, высокой надёжностью, простотой обслуживания. ТЭГ применяются для энергоснабжения удалённых и труднодоступных потребителей электроэнергии (автоматич. маяков, навигац.

буев, метеорологич. станций, активных ретрансляторов, космич. аппаратов, станций антикоррозионной защиты газои нефтепроводов и т. п.). К недостаткам совр. ТЭГ относятся низкий кпд и относительно высокая стоимость. Лит. см. при ст. Термоэлемент. H. В. Коломоец, H. С. Лидоренко.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПИРОМЕТР, прибор для измерения температуры. Состоит из термопары в качестве чувствительного элемента, подключённых к термопаре компенсационных и соединительных проводов и электроизмерит. прибора (милливольтметра, автоматич. потенциометра и др.). Подробнее см. в ст. Термометрия.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИБОР измерительный, прибор для измерения силы переменного тока, реже электрич. напряжения, мощности. Представляет собой сочетание магнитоэлектрич. измерителя с одним или неск. термопреобразователями. Термопреобразователь состоит из термопары (или неск. термопар) и нагревателя, по к-рому протекает измеряемый ток (рис.). Под действием тепла, выделяемого нагревателем, между свободными концами термопары возникает термоэдс, измеряемая магнитоэлектрич. измерителем. Для расширения пределов измерения термопреобразователей (по току от 1 а и выше) используют высокочастотные измерительные трансформаторы тока.

Т. п. обеспечивают сравнительно большую точность измерений в широком диапазоне частот и независимость показаний от формы кривой тока, протекающего через нагреватель. Их осн. недостатки -зависимость показаний от темп-ры окружающей среды, значит, собств. потребление мощности, недопустимость больших перегрузок (не более чем Б 1,5 раза). Применяются преим. для измерения действующего значения силы переменного тока (от единиц мка до неск. десятков а) в диапазоне частот от неск. десятков гц до неск. сотен Мгц с погрешностью 1-5%.

Схемы термоэлектрических приборов для измерения тока: а - контактная, с одной термопарой; б, в - бесконтактные, с одной и с несколькими включёнными последовательно термопарами; г - с включением через высокочастотный трансформатор тока ТТ; 1* - измеряемый ток; гн - нагреватель; rt - термопара; ИМ -магнитоэлектрический измеритель.

Лит.: ЧервяковаВ.И., Термоэлектрические приборы, М.- Л., 1963; Электрические измерения, под ред. А. В. Фремке, 4 изд., Л., 1973; Ш к у р и н Г. П., Справочник по электро- и электронно-измерительным приборам, М., 1972.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ, поглощение теплоты при прохождении электрич. тока через термоэлемент. Сущность Т. о. заключается в появлении разности темп-р в спаях термоэлемента; при этом на холодном спае происходит поглощение теплоты из охлаждаемого вещества, передача её к горячему спаю и далее в окружающую среду (см. Пельтье эффект). Одновременно с генерацией холода в цепи термоэлемента выделяется теплота (см. Джоуля -Ленца закон) и передаётся к холодному спаю путём теплопроводности. Результирующей характеристикой охлаждающей способности термоэлемента, используемого для Т. о., является т. н. эффективность
25J-76.jpg
где а - термоэлектрич. коэффициент, X - удельная теплопроводность, р - удельное электрич. сопротивление. Обычно при изготовлении термоэлементов для Т, о. используют полупроводники (Z = 1,5-3,5 град-1), напр, тройные сплавы сурьмы, теллура, висмута и селена (см. Термоэлектрические явления). Установки с Т. о. просты по конструкции, не имеют движущихся частей и холодильных агентов, безопасны в эксплуатации, но малоэкономичны (удельный расход электроэнергии в 6-8 раз выше, чем у парокомпрессионных холодильных машин). Обычно Т. о. используется в установках с холодопроизводительностъю до 100 вт, к-рые находят практич. применение в радиоэлектронике, вакуумной технике, приборостроении, медицине и т. д. В. А. Гоголин.

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ, Ричардсона эффект, испускание электронов нагретыми телами (твёрдыми, реже - жидкостями) в вакуум или в различные среды. Впервые исследована О. У. Ричардсоном в 1900-1901. Т. э. можно рассматривать как процесс испарения электронов в результате их теплового возбуждения. Для выхода за пределы тела (эмиттера) электронам нужно преодолеть потенциальный барьер у границы тела; при низких темпpax тела количество электронов, обладающих достаточной для этого энергией, мало; с увеличением темп-ры их число растёт и Т. э. возрастает (см. Твёрдое тело). Главной характеристикой тел по отношению к Т. э. является величина плотности термоэлектронного тока насыщения Уо (рис. 1) при заданной темп-ре. При Т. э. в вакуум однородных (по отношению к работе выхода) эмиттеров в отсутствии внешних электрич. полей величина jo определяется формулой Ричардсона -Д э ш м а н а:
25J-77.jpg

Здесь А - постоянная эмиттера (для металлов в модели свободных электронов Зоммерфелъда: А = АО = 4 л ek2m/h3 = = 120,4 а2см2, где е - заряд электрона, т - его масса, k - Больцмана постоянная, h - Планка постоянная), Т - темп-pa эмиттера в К, r - средний Для термоэлектронов разных энергий коэфф. отражения от потенциального барьера на границе эмиттера; еф - работа выхода. Испускаемые электроны имеют Максвелла распределение начальных скоростей, соответствующее темп-ре эмиттера.

При Т. э. в вакуум электроны образуют у поверхности эмиттера объёмный заряд, электрич. поле к-рого задерживает электроны с малыми начальными скоростями. Поэтому для получения тока насыщения между эмиттером (катодом) и коллектором электронов (анодом) создают электрич. поле, компенсирующее поле объёмного заряда. На рис. 1 показан вид вольтамперной характеристики вакуумного диода с термоэлектронным катодом. Плотность тока насыщения jo достигается при разности потенциалов Vo, величина к-рой определяется Ленгмюра формулой. При V<Vo ток ограничен полем объёмного заряда у поверхности эмиттера. Слабое увеличение j при V>Vo связано с Шотки эффектом. Рис. 1 показывает, что термоэлектронный ток может протекать и в отсутствии внешних эдс. Это указывает на возможность создания вакуумных термоэлектронных преобразователей тепловой энергии в электрическую. Во внешних электрич. полях с напряжённостью Е ^ 10е- 107 в/см к Т. э. добавляется туннельная эмиссия и Т. э. переходит в термоавтоэлектронную эмиссию.

Величину ф для металлов и собственных полупроводников можно считать линейно зависящей от Т в узких интервалах температур Д Г вблизи выбранного

25J-78.jpg
где а температурный коэфф. ф в рассматриваемом интервале темп-р Д Т. В этом случае формула (1) может быть написана в виде:
25J-79.jpg

где Ар = А (1-r) ехр (-еа/fe) наз. р ичардсоновской постоянной эмиттера (однородного по отношению к работе выхода); ефр = ф (Т)-- КТО! еф0 наз. ричардсоновской работой выхода. T. к. в интервале темп-р от Т = 0 до Т = Т0 a не сохраняет постоянной величины, то ричардсоновская работа выхода отличается от истинной работы выхода электронов при темп-ре Т=ОК. Величины Ар и ефр находят по прямолинейным графикам зависимости: ln (j0/T2)= f(1/T)= (графикам Ричардсона). У примесных полупроводников зависимость ф(Т) более сложная, и формула для ja отличается от (2).

Рис. 1. Зависимость плотности тока j термоэлектронного тока от разности потенциалов V, приложенной между эмиттером и коллектором электронов (вольтамперная характеристика).

Рис. 2. Плотность термоэлектронного тока насыщения при различных температурах и работах выхода еср, определяемых по полному току термоэлектронной эмиссии.

Чтобы исключить входящие в формулу (1) неизвестные для большинства эмиттеров величины Лиг, зависящие не только от материала эмиттера, но и от состояния его поверхности (определяются экспериментально), формулу приводят к виду:
25J-80.jpg

Работа выхода ефпт(Т) мало отличается по величине от истинной работы выхода  эмиттера etf(T), но легко определяется по измеренным величинам j, и Т; её наз. работой выхода по полному току эмиссии. Величина ефП1 (Т) является единственной характеристикой термоэмиссионных свойств эмиттера, и её знания достаточно для нахождения ja (Т) (рис. 2).

Однородными по ф эмиттерами являются грани идеальных монокристаллов как чистые, так и покрытые однородными плёнками др. вещества. Большинство употребляемых в практике эмиттеров не однородны, а состоят из "пятен"с различными ф (эмиттеры поликристаллич. строения; со структурными дефектами; двухфазные плёночные и др.). Контактные разности потенциалов между пятнами приводят к появлению над эмиттирующей поверхностью контактных полей пятен. Эти поля создают дополнит, барьеры для эмиссии электронов с пятен, где работа выхода меньше, чем средняя по поверхности, и вызывают аномальный эффект Шотки. Для описания Т. э. неоднородных эмиттеров в формулу (1) вводят усреднённые эмиссионные характеристики.

Для получения токов больших плотностей, постоянных во времени, требуются эмиттеры с малыми ф и с большими теплотами испарения материала; в ряде случаев к термоэлектронным эмиттерам предъявляются спец. требования (химич. пассивность, коррозионная стойкость и др.). Высокой термоэмиссионной способностью обладают т. н. эффективные катоды (оксиднобариевые, оксидноториевые, гексабориды щелочноземельных и редкоземельных металлов и др.) и нек-рые металлоплёночные катоды (напр., тугоплавкие металлы с плёнкой щелочных, щёлочноземельных и редкоземельных металлов). Т. э. лежит в основе действия многих электровакуумных и газоразрядных приборов и устройств.

Лит.: Р е и м а н А. Л., Термоионная эмиссия, пер. с англ., М.- Л., 1940; Г апонов В. И., Электроника, т. 1, М., 1960; Добрецов Л. H., Г о м о ю н ов а М. В., Эмиссионная электроника, М. 1966; Кноль М., Эйхмейер И. Техническая электроника, пер. с нем., т. 1 М., 1971; X е р и н г К., H и к о л ь с М. Термоэлектронная эмиссия, пер. с англ., М. 1950; 3 а н д б е р г Э. Я., И он о в H. И. Поверхностная ионизация, М., 1969; Ф ом е н к о В. С.. Эмиссионные свойства материалов, К., 1970. Э. Я. Зандберг.

ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (генератор) энергии, го же, что термоэмиссионный преобразователь энергии. Действие Т. п. как плазменного источника электрич. энергии основано на след, процессе: с катода (поверхность горячего металла с большой работой выхода) "испаряются" электроны, к-рые, пролетев межэлектродный промежуток, "конденсируются" на аноде (холодный металл с малой работой выхода); полезная работа во внеш. цепи совершается за счёт остатка потенциальной энергии электронов.

ТЕРМОЭЛЕМЕНТ, электрическая цепь (или часть цепи), составленная из разнородных проводников или полупроводников и позволяющая использовать в практич. целях одно из термоэлектрических явлений.

Если места контактов Т. поддерживать при различных темп-рах, то в цепи возникает эдс (термоэдс), а при замыкании цепи - электрич. ток. Это явление (Зеебека эффект) используется преим. для измерения темп-р (т. е. в термометрии) либо др. физ. величин, измерение к-рых может быть сведено к измерению темп-р: давления газа, скорости потока жидкости или газа, влажности, потока лучистой энергии (см. Приёмники излучения, Приёмники света), силы переменного тока пром. частоты (см. Термоэлектрический прибор), токов радиочастоты и др. (во всех этих случаях Т. служит тепловым измерительным преобразователем). Обычно Т., предназначенные для измерит, техники, наз. термопарами. Полупроводниковые Т., действующие на основе эффекта Зеебека, используются также для создания термоэлектрических генераторов, преобразующих тепловую энергию (сжигаемого топлива, радиоактивного распада или солнечной радиации) в электрическую.

Если через Т. пропускать ток от постороннего источника, то на одном из его контактов происходит поглощение, а на другом - выделение тепла. На этом явлении (Пелътье эффекте) основан принцип работы холодильников, кондиционеров и термостатов термоэлектрич. типа, к-рые находят применение в быту, радиоэлектронике, медицине, электротехнике и др. областях.

Лит.: Иоффе А. Ф., Полупроводниковые термоэлементы, М.- Л., 1956; Бурштейн А. И., Физические основы расчёта полупроводниковых термоэлектрических устройств, М., 1962; КоленкоЕ.А., Термоэлектрические охлаждающие приборы, 2 изд., Л., 1967; Иорданишвили Е. К., Термоэлектрические источники питания, М., 1968; Методы измерения характеристик термоэлектрических материалов и преобразователей, М., 1974. Л. С. Стилъбанс.

ТЕРМОЭМИССИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ (ТЭП), термоэлектронный преобразователь энергии, термоионный преобразователь энергии, устройство для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую на основе явления термоэлектронной эмиссии. Простейший ТЭП состоит из двух электродов (катода, или эмиттера, и анода, или коллектора, изготовляемых из тугоплавких металлов, обычно Mo, Re, W.), разделённых вакуумным промежутком (рис. 1). К эмиттеру от источника тепла подводится тепловая энергия, достаточная для возникновения заметной термоэлектронной эмиссии с поверхности металла. Электроны, преодолевая межэлектродное пространство (неск. десятых долей мм), попадают на поверхность коллектора, создавая на нём избыток отрицат. зарядов и увеличивая его отрицат. потенциал. Если непрерывно обеспечивать подвод тепла к эмиттеру и соответствующее охлаждение коллектора (к-рый получает тепло от достигающих его электронов), то во внеш. цепи будет поддерживаться электрич. ток и т. о. совершаться работа. Так как ТЭП представляет собой по существу тепловую машину, рабочим телом к-рой служит "электронный газ" (электроны "испаряются" с эмиттера - нагревателя и "конденсируются" на коллекторе - холодильнике), то кпд ТЭП не может превосходить кпд Карно цикла.

Напряжение, развиваемое ТЭП (0,5-1 в),- порядка контактной разности потенциалов, но меньше её на величину падения напряжения на межэлектродном зазоре и потерь напряжения на коммутац. проводах (рис. 2). Макс, плотность тока, генерируемого ТЭП, ограничена эмиссионной способностью эмиттера и может достигать неск. десятков а с 1 см2 поверхности. Для получения оптимальных величин работы выхода эмиттера (2,5-2,8 эв) и коллектора (1,0-1,7 эв) и для компенсации объёмного заряда электронов, образующегося вблизи электродов, в зазор между ними обычно вводят легко ионизируемые пары Cs. Положит, ионы цезия образуются при столкновении атомов Cs с быстрыми и тепловыми электронами как на горячем катоде (поверхностная ионизация), так и в межэлектродном объёме (вследствие либо однократного соударения атомов Cs с быстрыми и тепловыми электронами, либо ступенчатой ионизации, при к-рой в результате 1-го соударения с электроном атом Cs переходит в возбуждённое состояние, а при последующих - ионизируется). В последнем случае ТЭП работает в т. н. дуговом режиме - наиболее употребительном. При используемых в совр. ТЭП темп-рах электродов (1700-2000 К на катоде и 800-1100 К на аноде) их удельная мощность (в расчёте на 1 см2 поверхности катода) достигает десятков вт, а кпд может превышать 20%.

По роду источника тепла различают ядерные (реакторные и радиоизотопные), солнечные и газопламенные ТЭП. В ядерных ТЭП используется тепло, выделяющееся в результате реакции ядерного деления (в реакторных ТЭП) или распада радиоактивного изотопа

(в радиоизотопных). В 1970 в СССР создан первый в мире термоэмиссионный преобразователь-реактор "Топаз" электрич. мощностью ок. 10 кет. В солнечных ТЭП нагрев эмиттера осуществляется за счёт тепловой энергии солнечного излучения (с применением гелиоконцентраторов). Газопламенные ТЭП работают на тепле, выделяющемся при сжигании органич. топлива.

Рис. 1. Схема термоэмиссионного преобразователя: К - катод, или эмиттер; А - анод, или коллектор; R - внешняя нагрузка; Ок - тепло, подводимое к катоду; ОА - тепло, отводимое от анода; 1 - атомы цезия; 2 - ионы цезия; 3 -электроны.

Рис. 2, Распределение потенциальной энергии электронов в межэлектродном зазоре при недостаточной концентрации ионов цезия (1), в условиях компенсации объёмного заряда (2) и в дуговом режиме (3): УФК и УФА - уровни Ферми катода (эмиттера) и анода (коллектора); Е - энергия; Ек и ЕА - работа выхода катода и анода; AV3, АVПP и V - падение напряжения соответственно на межэлектродном зазоре, на коммутационных приводах и во внешней цепи; е - заряд электрона; d - межэлектродное расстояние.

Важные преимущества ТЭП по сравнению с традиц. электромашинными преобразователями - отсутствие в них движущихся частей, компактность, высокая надёжность, возможность эксплуатации без систематич. обслуживания. В наст, время (сер. 70-х гг) достигнут ресурс непрерывной работы одиночного ТЭП св. 40 000 ч. Перспективно использование ТЭП в качестве высокотемпературного звена многоступенчатых преобразователей энергии, напр., в сочетании с термоэлектрическими преобразователями, работающими при более низких темп-pax. В СССР, США, Франции и ряде др. стран ведутся интенсивные работы по созданию ТЭП, пригодных для массового пром. использования.

Лит.: Елисеев В. Б., Пятницкий А. П., Сергеев Д. И., Термоэмиссионные преобразователи энергии, М., 1970; Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма, М., 1973; Технология термоэмиссионных преобразователей. Справочник, под ред. С. В. Рябикова, М., 1974. H. С. Лидоренко.

ТЕРМОЭРОЗИЯ, сочетание теплового и механич. воздействия текущей воды на мёрзлые горные породы и лёд. Начальная стадия Т. мёрзлых горных пород обычно предопределяется вытаиванием содержащихся в них ледяных жил, вследствие чего на дневной поверхности возникает полигональная сеть эрозионных канав. Эти канавы при наличии естеств. уклона поверхности становятся путями стока талых вод и дождевых осадков, в свою очередь оказывающих дальнейшее тепловое и эродирующее воздействие на мёрзлые породы.

ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ, ядерные реакции между лёгкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких темп-pax (порядка 107К и выше). Высокие темп-ры, т. е. достаточно большие относительные энергии сталкивающихся ядер, необходимы для преодоления электростатич. барьера, обусловленного взаимным отталкиванием ядер (как одноимённо заряженных частиц). Без этого невозможно сближение ядер на расстояние порядка радиуса действия ядерных сил, а следовательно, и "перестройка" ядер, происходящая при Т. р. Поэтому Т. р. в природных условиях протекают лишь в недрах звёзд, а для их осуществления на Земле необходимо сильно разогреть вещество ядерным взрывом, мощным газовым разрядом, гигантским импульсом лазерного излучения или бомбардировкой интенсивным пучком частиц.

Т. р., как правило, представляют собой процессы образования сильно связанных ядер из более рыхлых и потому сопровождаются выделением энергии (точнее, выделением в продуктах реакции избыточной кинетич. энергии, равной увеличению энергии связи). При этом сам механизм этого "экзоэнергетического" сдвига к средней части периодич. системы элементов Менделеева здесь противоположен тому, к-рый имеет место при делении тяжёлых ядер: почти все практически интересные Т. р.- это реакции слияния (синтеза) лёгких ядер в более тяжёлые. Имеются, однако, исключения: благодаря особой прочности ядра 4Не (а-частица) возможны экзоэнергетич. реакции деления лёгких ядер (одна из них, "чистая" реакция 11В + р->34Не + + 8,6 Мэв, привлекла к себе интерес в самое последнее время).

Большое энерговыделение в ряде Т. р. обусловливает важность их изучения для астрофизики, а также для прикладной ядерной физики и ядерной энергетики. Кроме того, чрезвычайно интересна роль Т. р. в дозвёздных и звёздных процессах синтеза атомных ядер химич. элементов (ну клеогенеза ).

Скорости Т. р. В табл. 1 для ряда Т. р. приведены значения энерговыделения, основной величины, характеризующей вероятность Т. р. - её макс. эффективного поперечного сечения омакс, и соответствующей энергии налетающей (в формуле реакции - первой слева) частицы.

Таблица 1
 
Реакция
Энерговыделение, Мэв
омакс, барн (в области энергий <1 Мэв)
Энергия налетающей частицы, соответствующая Смаке, Мэв
1
Р + р-> D + е+ + v
2,2
10-23
_
2
p + D->3He + Y
5,5
10-6
___
3
р + Т -> 4Не + Y
19,7
10-6
___
4
D+D->T+p
4,0
0,16 (при 2 Мэв)
2,0
5
D + D->3He + n
3,3
0,09
1,0
6
D + D->4He+ у
24,0
-
 
7
D + Т -> 4He + п
17,6
5,0
0,13
8
Т + D->4He + п
17,6
5,0
0,195
9
Т + Т ->4Не + 2n
11,3
0,10
1,0
10
D + 3Не -> 4Не + р
18,4
0,71
0,47
11
3Не + 3Не->4Не + 2р
12,8
-
--
12
n + 6Li ->4Не + Т
4,8
2,6
0,26
13
р + 6Li ->4Не + 3Не
4,0
10-4
0,3
14
р + 7Li ->24Не + y
17,3
6X10-3
0,44
15
D +7Li ->7Li + р
5,0
0,01
1,0
16
D + 6Li -> 24He
22,4
0,026
0,60
17
D + 7Li - 24He + п
15,0
10-3
0,2
18
p + 9Be - 24He + D
0,56
0,46
0,33
19
p + 9Be - 6Li + 4He
2,1
0,35
0,33
20
p + 11В - 34He
8,6
0,6
0,675
21
p + 15N - 12C + 4He
5,0
0,69 (при 1,2 Мэв)
1,2
р - протон, D - дейтрон (ядро дейтерия 2Н), Т - тритон (ядро трития 3Н), n - нейтрон, e+ - позитрон, v - нейтрино, Y - фотон.

Табл. 2. - Водородный цикл
Реакция
Энерговыделение, Мэв
Среднее время реакции
p + p->D + e+ + v
2-0,164+(2-0,257)
1,4-1010 лет
е+ + е- -> 2Y
2-1,02
-
р + D -> 3Не + Y
2-5,49
5 , 7 сек
3Не + 3Не->4Не+2р
12,85
106 лет
Итого 4р->Не+2е +
26,21 + +(0,514)
 
Табл. 3. - Углеродный цикл
Реакция
Энерговыделение, Мэв
Среднее время реакции
р + 12С - 13N + Y
1,95
1,3-107  

лет

13N -> 13C +e++v
1,50(0,72)
7 , 0 мин
р + 13С -> 14N + y
7,54
2,7-106 лет
р + 14N - 15О + y
7,35
3,3-103  

лет

15O ->15N + е+ + v
1,73+ +(0,98)
82 сек
р + 15N -> 12C + 4Не
4,96
1,1-105  

лет

Итого 4р->4Не+2е+
25,03+ +(1,70)
 
Главная причина очень большого разброса сечений Т. р.- резкое различие вероятностей собственно ядерных ("послебарьерных") превращений. Так, для большинства реакций, сопровождающихся образованием наиболее сильно связанного ядра 4Не, сечение велико, тогда как для реакций, обусловленных слабым взаимодействием (например, р + р -> D + е+ + v), оно весьма мало.

Т. р. происходят в результате парных столкновений между ядрами, поэтому число их в единице объёма в ед. времени равно nin2 < va(v)>, где n1,n2 - концентрации ядер 1-го и 2-го сортов (если ядра одного сорта, то n1n2 следует заменить на Vzn ), v - относит, скорость сталкивающихся ядер, угловые скобки означают усреднение по скоростям ядер v [распределение к-рых в дальнейшем принимается максвелловским (см. Максвелла распределение)}.

Температурная зависимость скорости Т. р. определяется множителем < vo(v)>. В практически важном случае "не очень высоких" темп-р Т<(107 -т- 108)К она может быть приближённо выражена в виде, одинаковом для всех Т. р. В этом

случае относит, энергии Е сталкивающихся ядер, как правило, значительно ниже высоты кулоновского барьера (последняя даже для комбинации ядер с наименьшим зарядом z = 1 составляет ~200 Кэв, что соответствует, по соотношению Е = КГ, Т~1 -109К) и, следовательно, вид а(и) определяется в основном вероятностью "туннельного" прохождения сквозь барьер (см. Туннельный эффект), а не собственно ядерным взаимодействием, в ряде случаев обусловливающим "резонансный" характер зависимости a(v) (именно такая зависимость проявляется в наибольших из значений а„акс в табл. 1). Результат имеет вид
25J-81.jpg

где const - постоянная, характерная для данной реакции, Z1, Z2 - заряды сталкивающихся ядер, - их приведённая масса, е - заряд электрона, h - Планка постоянная, k -Болъцмана постоянная.

25J-82.jpg
 
 

Т. р. во Вселенной играют двоякую роль - как основной источник энергии звёзд и как механизм нуклеогенеза. Для

нормальных гомогенных звезд, в т. ч. Солнца, гл. процессом экзоэнергетич. ядерного синтеза является сгорание H в Не, точнее, превращение 4 протонов в ядро 4Не и 2 позитрона. Этот результат можно получить двумя путями (X. Бете и др., 1938-39): 1) в протонпротонной (рр) цепочке, или водородном цикле; 2) в углеродно-азотном (CN), или углеродном, цикле (табл. 2 и 3).

Первые 3 реакции входят в полный цикл дважды. Времена реакций рассчитаны для условий в центре Солнца: Т = 13 млн К (по другим данным -16 млн К), плотность H - 100 гм3. В скобках указана часть энерговыделения, безвозвратно уходящая с v.

В CN-цикле ядро 12С играет роль катализатора. Для Солнца и менее ярких звёзд в полном энерговыделении преобладает рр-цикл, а для более ярких звёзд -CN-цикл. Водородный цикл разветвляется на 3 варианта. При достаточно больших концентрациях 4Не и Т>(10 -:- 15) млн К, в полном энерговыделении начинает преобладать др. ветвь рр-цикла, отличающаяся от приведённой в табл. 2 заменой реакции 3Не + 3Не на цепочку:
25J-83.jpg

а при ещё более высоких Т - третья ветвь:
25J-84.jpg

Для звёзд-гигантов с плотными выгоревшими (по содержанию H) ядрами существенны гелиевый и неоновый циклы T. р.; они протекают при значительно более высоких темп-pax и плотностях, чем рр-и CN-циклы. Осн. реакцией гелиевого цикла, идущей, начиная с Г" 200 млн К, является т. н. процесс Солпитера: 34Не -> 12С + y1+ y2 + 7,3 Мэв (процесс не строго тройной, а двухступенчатый, идущий через промежуточное ядро 8Ве). Далее могут следовать реакции 12С +4Не -> 16О + у, 16О + 4He->20Ne + + "у; в этом состоит один из механизмов нуклеогенеза. Возможность процесса Солпитера, а тем самым и нуклеогенеза большинства элементов (предпосылка возникновения всех форм жизни!) связана с таким случайным обстоятельством, как большая "острота" резонанса в ядерной реакции 34Не->12С, обеспечиваемая наличием подходящего дискретного уровня энергии у ядра 8Ве.

Если продукты реакций гелиевого цикла вступят в контакт с H, то осуществляется неоновый (Ne-Na) цикл, в к-ром ядро 20Ne играет роль катализатора для процесса сгорания H в Не. Последовательность реакций здесь вполне аналогична CN-цнклу (табл. 3), только ядра 12С, 13N, 13C, 14N, I5O, 13N заменяются соответственно ядрами 20Ne, 21Na, 21Ne, "Na, 23Na, 23Mg. Мощность этого цикла как источника энергии невелика. Однако он, по-видимому, имеет большое значение для нуклеогенеза, т. к. одно из промежуточных ядер цикла (21Ne) может служить источником нейтронов: 21Ne + + 4He->2'iMg + n (аналогичную роль может играть и ядро С, участвующее в CN-цикле). Последующий "цепной" захват нейтронов, чередующийся с процессами Р~-распада, является механизмом синтеза всё более тяжёлых ядер.

Средняя интенсивность энерговыделения е в типичных звёздных Т. р. по земным масштабам ничтожна. Так, для Солнца ( в среднем на 1 г солнечной массы) е = 2 эрг/сек г Это гораздо меньше, сек • г напр., скорости энерговыделения в живом организме в процессе обмена веществ. Однако вследствие огромной массы Солнца (2'1033 г) полная излучаемая им мощность (4 -10м вm) чрезвычайно велика (она соответствует ежесекундному уменьшению массы Солнца на ~ 4 млн.т) и даже ничтожной её доли достаточно, чтобы оказывать решающее влияние на энергетический баланс земной поверхности, жизни и т. д.

Из-за колоссальных размеров и масс Солнца и звёзд в них идеально решается проблема удержания (в данном случае - гравитационного) и термоизоляции плазмы: Т. р. протекают в горячем ядре звезды, а теплоотдача происходит с удалённой и гораздо более холодной поверхности. Только поэтому звёзды могут эффективно генерировать энергию в таких медленных процессах, как рр- и CN-циклы (табл. 2 и 3). В земных условиях эти процессы практически неосуществимы; напр., фундаментальная реакция р + p-^D + е+ + v непосредственно вообще не наблюдалась.

Т. р. в земных условиях. На Земле имеет смысл использовать лишь наиболее эффективные из Т. р., связанные с участием изотопов водорода D и Т. Подобные Т. р. в сравнительно крупных масштабах осуществлены пока только в испытат. взрывах термоядерных, или водородных бомб (см. Ядерное оружие). Энергия, высвобождающаяся при взрыве такой бомбы (1023- 1024эрг), превышает недельную выработку электроэнергии на всём земном шаре и сравнима с энергией землетрясений и ураганов. Вероятная схема реакций в термоядерной бомбе включает Т. р. 12, 7, 4 и 5 (табл. 1). В связи с термоядерными взрывами обсуждались и др. Т. р., напр. 16, 14, 3.

Путём использования Т. р. в мирных целях может явиться управляемый термоядерный синтез (УТС), с к-рым связывают надежды на решение энергетич. проблем человечества, поскольку дейтерий, содержащийся в воде океанов, представляет собой практически неисчерпаемый источник дешёвого горючего для управляемых Т. р. Наибольший прогресс в исследованиях по УТС достигнут в рамках сов. программы "Токамак". Аналогичные программы к сер. 70-х гг. 20 в. стали энергично развиваться и в ряде др. стран. Для УТС наиболее важны Т. р. 7, 5 и 4 [а также 12 для регенерации дорогостоящего Т]. Независимо от энергетич. целей термоядерный реактор может быть использован в качестве мощного источника быстрых нейтронов. Однако значит, внимание привлекли к себе и "чистые" Т. р., не дающие нейтронов, напр. 10, 20 (табл. 1).

Лит.: Арцимови ч Л. А., Управляемые термоядерные реакции, 2 изд., М., 1963; Франк-Каменецкий Д. А., Физические процессы внутри звезд, М., 1959; Термоядерные реакции, в кн.: Проблемы современной физики, М., 1954, в. 1; F о w1 е r W. А., С a u g h 1 а п G. R., Z i rain е r m а п В. A., "Annual Review of Astronomy and Astrophysics", 1967, v. 5, p. 525. В. И. Коган.

ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, гипотетический ядерный ракетный двигатель, в к-ром для создания тяги предполагается использовать истечение продуктов управляемой термоядерной реакции или рабочего тела (напр., водорода), нагретого за счёт энергии, высвобождающейся в результате этой реакции. Скорость реактивной струи Т. р. д. составит предположительно неск. тыс. км/сек. Потенциальное применение Т. р. д.- околоземные и межпланетные космич. полёты.

ТЕРМЫ (лат. thermae, от греч. thermos -тёплый, горячий), в Древнем Риме обществ, бани; являлись также общественными, увеселительными и спортивными учреждениями. Как тип здания Т. в основных чертах сложились в период республики ко 2 в. до н. э., получив наиболее полное развитие в период империи. Т. часто являлись сложным комплексом различных построек с многочисл. помещениями. Осн. здание обычно имело симметричный план с расположением по гл. оси фригидария, тепидария и кальдария (холодной, тёплой и горячей бань) и двух групп одинаковых помещений (вестибюль, раздевальня, залы для омовения, массажа и сухого потения) по сторонам от них; здесь же помещался зал для спортивных упражнений. В отличие от Рима, нек-рые из провинциальных Т. не имели симметричного плана. Огромные внутр. помещения Т. были перекрыты мощными цилиндрическими и крестовыми сводами и куполами [размеры главного здания Т. Каракаллы в Риме (нач. 3 в.) 216 X 112 м, диаметр купола 35 м] и пышно украшены мозаикой, росписями, скульптурой и пр. Т. отапливались горячим воздухом по каналам, проложенным обычно под полами и в стенах; часто использовались термальные воды. Существовали и частные Т.

Лит.: Камерон Ч., Термы римлян... пер. с англ., М., 1939.

Рим. Термы Диоклетиана. 306 г. Реконструкция (разрез).

ТЕРМЫ спектральные (англ, term, от лат. terminus - граница, предел), применяемые в спектроскопии величины, пропорциональные энергиям стационарных состояний атомов и молекул. Впервые были введены эмпирически при анализе закономерностей расположения линий в спектрах.

ТЕРМЬЕ (Termier) Пьер Мари (3.7. 1859, Лион,- 23.10.1930, Гренобль), французский геолог, чл. Франц. АН (1909). Окончил Политехнич. (1880) и Горную (1883) школы в Париже. Проф. горных школ в Сент-Этьенне (с 1885) и в Париже (с 1894). Сотрудник (1886), затем директор (с 1911) управления геологич. картирования Франции. Осн. труды посвящены вопросам тектоники. Составил общую схему структуры Альп, установил их покровное строение и дал общую характеристику шарьяжей. Описал также явления диапиризма; занимался изучением регионального метаморфизма и гранитообразования в связи со складчатостью. Открыл и описал неск. новых минералов ((3-цоизит и др.). Иностр. чл.-корр. АН СССР (1925).

ТЁРН, терновник (Prunus spinosa), вид растений рода слива сем. розоцветных. Небольшой кустарник, редко небольшое дерево вые. 4-8 м. Ветки с колючками. Листья эллиптич. или обратнояйцевидные. Цветки мелкие, белые. Цветёт в апреле-мае. Плоды - однокостянки, чаще округлые, мелкие, черно-синие, с восковым налётом. Дикий Т. растёт в М. Азии, Зап. Европе и Средиземноморье, в СССР - в Европ. части, на Кавказе и в Зап. Сибири. Плоды содержат 5,5-8,8% Сахаров (глюкоза и фруктоза), 0,8-2,8% кислот, терпко-кислые, созревают поздно. Используются для сушки, изготовления вина, варенья и др. Т. зимостоек и засухоустойчив. В Поволжье распространены в культуре крупноплодные Т., полученные от скрещивания со сливой домашней (P. domestica).

Тёрн: 1 - цветущая ветвь; 2 - цветок в разрезе (увеличено); 3 - ветвь с плодами.
 
 

2005-2009 © ShareIdeas.biz

Rambler's Top100