БСЭ - Большая Советская энциклопедия (ВА)

  К величинам, которые не могут быть одновременно точно заданы, относятся, например, число фотонов и напряжённость электрического (или магнитного) поля: строгая фиксация числа фотонов приводит к разбросу (флуктуациям) в величине напряжённости электрического поля относительно некоторого среднего значения (и наоборот). Если число фотонов в системе в точности равно нулю (вакуумное состояние электромагнитного поля), то напряжённость электрического поля не имеет определённого значения: поле всё время будет испытывать флуктуации, хотя среднее (наблюдаемое) значение напряжённости будет равно нулю. Таким флуктуациям подвержены и все другие физические поля — электронно-позитронное, мезонное и т.д.

  В квантовой теории поля флуктуации интерпретируются как рождение и уничтожение виртуальных частиц (то есть частиц, которые непрерывно рождаются и сразу же уничтожаются), или виртуальных квантов данного поля. Наличие флуктуаций не сказывается на значениях полного электрического заряда, спина и др. характеристик системы, которые, как уже говорилось, равны нулю в состоянии В. Однако виртуальные частицы точно так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные. Например, виртуальный фотон способен породить виртуальную пару электрон-позитрон, аналогично рождению реальным фотоном реальной электрон-позитронной пары (см. Аннигиляция и рождение пар ). Благодаря флуктуациям В. приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах, и, следовательно, состояние В. обладает всеми правами «настоящих» физических состояний.

  Рассмотрим систему, состоящую только из одного реального электрона. Реальных фотонов в такой системе нет, но флуктуации фотонного В. (этот термин и означает отсутствие реальных фотонов) приводят к возникновению «облака» виртуальных фотонов возле этого электрона, а вслед за ними — виртуальных пар электрон-позитрон. Такие пары проявляют себя подобно связанным зарядам в диэлектрике: под действием кулоновского поля реального электрона они поляризуются и экранируют (то есть эффективно уменьшают) заряд электрона. По аналогии с диэлектриком, эффект экранирования заряда виртуальными частицами называется поляризацией вакуума.

  В результате поляризации В электрическое поле заряженной частицы на малых расстояниях от неё слегка отличается от кулоновского. Из-за этого, например, смещаются энергетические уровни ближайших к ядру электронов в атоме (см. Сдвиг уровней ). Поляризация В. влияет и на поведение заряженных частиц в магнитном поле. Характеризующий это поведение магнитный момент частицы в итоге отличается от своего «нормального» значения, определяемого массой и спином частицы (см. Магнетон ). Поправки как к уровням энергии, так и к магнитному моменту, составляют доли процента, и теоретически вычисленные значения с очень высокой точностью согласуются с измеренными на опыте.

  Лит. см. при ст. Квантовая теория поля .

  В. П. Павлов.

Вакуум-инфильтрация

Ва'куум-инфильтра'ция, метод изучения действия ферментов в живом растении, заключающийся во введении в листья растворов различных веществ. При В.-и. исследуемую часть растения погружают в раствор, над которым создают сильное разрежение воздуха. В результате из межклетников выходит воздух, а затем под давлением вновь впущенного воздуха раствор поступает в межклетники. Этим методом были установлены скорость и направление ферментативных реакций в живых тканях. Показано, что соотношение между реакциями синтеза и распада веществ в клетках — характерный признак вида и сорта растения.

  Лит.: Курсанов А. Л., Применение метода вакуум-инфильтрации для количественного определения синтезирующего и гидролизирующего действия инвертазы в живых растительных тканях, «Биохимия», 1936, т. 1, в. 3; его же, Обратимое действие ферментов в живой растительной клетке, М., 1940.

Вакуум-ковш

Ва'куум-ковш, литейный ковш для извлечения металлургических расплавов из ванн. В.-к. плотно закрывается крышкой, через которую пропущена труба; второй конец трубы погружен в расплавленный металл. В В.-к. насосом создаётся разрежение и металл по трубе засасывается внутрь ковша. В.-к. широко применяется при электролизе алюминия, магния (извлечение шлаков) и др.

Вакуумметр

Вакуумме'тр (от вакуум и ...метр ), вакуумный манометр, прибор для измерения давления разреженных газов. Принцип действия, описание устройства и назначения различных В. см. в ст. Вакуумметрия .

Вакуумметрия

Вакуумме'трия (от вакуум и ...метрия ), совокупность методов измерения давления разреженных газов. Универсального метода измерений вакуума не существует. При измерении давления основываются на различных физических закономерностях, прямо или косвенно связанных с давлением или плотностью газа. Единица давления в Международной системе единиц (СИ) — ньютон на квадратный метр (н /м 2 ). В вакуумной технике применяется также внесистемная единица мм рт. ст. 1 мм рт. cт. = 133,322 н /м 2 . Измеряют вакуум вакуумметрами, каждый из которых имеет свой диапазон измерения давлений (рис. 1 ). По устройству вакуумметры разделяются на жидкостные, механические (деформационные, мембранные и др.), компрессионные (например, вакуумметр Мак-Леода), тепловые (термопарный и теплоэлектрический), ионизационные, магнитные, электроразрядные, вязкостные, радиометрические. Этими вакуумметрами измеряют полное давление.

  При оценке вакуума, помимо полного давления, часто необходимо измерять парциальные давления компонентов газа. Для этого пользуются некоторыми типами масс-спектрометров и специальными измерителями. В отличие от аналитических масс-спектрометров, измерители парциальных давлений не имеют собственной вакуумной системы и устанавливаются непосредственно на откачиваемых объёмах. Диапазон измерений парциальных давлений 103 —10-10 н /м 2 (10— 10-12 мм рт. ст. ).

В жидкостном (гидростатическом) вакуумметре (рис. 2 ) газ давит на жидкость, находящуюся в U-oбразной трубке. В одном из колен находится газ при измеряемом давлении р в , а в другом — при известном (опорном) давлении р к . Если плотность жидкости r, то разность давления в коленах уравновесится столбом жидкости высотой h :

  р в — p k = g rh ,

  где g — ускорение свободного падения; обычно p k « р в . Применяемые жидкости (ртуть или вакуумные масла ) имеют малое парциальное давление пара при рабочей температуре и химически нейтральны по отношению к газам и материалу трубки. Жидкостные вакуумметры бывают с закрытым и открытым коленом, колокольные и др. Недостатки жидкостных вакуумметров: проникновение паров жидкости в вакуумную систему, небольшой диапазон измерения давлений с нижним пределом до 10-1 н /м 2 (10-3 мм рт. ст .).

  В механическом вакуумметре газ давит на чувствительный элемент (спиральную трубку, сильфон, мембрану). Например, в мембранном вакуумметре (рис. 3 ) мембрана герметически отделяет вакуумную систему от объёма, в котором поддерживается постоянное опорное давление, обычно в 100—1000 раз меньше измеряемого. Деформация мембраны передаётся стрелке, передвигающейся по шкале. При измерении малых давлений для повышения чувствительности мембрану соединяют с электрическим датчиком. Механический вакуумметр обычно позволяет измерять давления до 102 н /м 2 (1 мм рт. ст. ).

Компрессионным вакуумметром (рис. 4 ) можно измерять более низкие давления 10-3 н /м 2 (10-5 мм рт. ст. ). Действие такого вакуумметра основано на Бойля — Мариотта законе . Основные части прибора: баллон объёмом V, два капилляра одинакового диаметра d , один из которых запаян, и трубка, соединяющая прибор с системой, в которой измеряется давление; снизу вводится жидкость (в большинстве случаев ртуть), которая отсекает в объёме V газ при измеряемом давлении р и затем сжимает его до давления p 1 ³ р в малом объёме запаянного капилляра

  где h — высота части капилляра, не заполненная жидкостью. Давление p 1 определяется по разности уровней столбиков жидкости в запаянном и открытом капиллярах. По закону Бойля — Мариотта p = p 1 V 1 /V , таким образом измеряемое давление можно определить, если известны d и V .