На главную
Содержание

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ-ЭЛЕКТРОННАЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ РАЗВЕДКА, группа индуктивных методов электрической разведки. Начала разрабатываться с нач. 20 в. в Швеции и США, в СССР - в 1928-30. При Э. р. источником первичного магнитного поля является незаземлённый контур, расположенный на поверхности земли, через к-рый пропускается переменный электрич. ток. Токи, индуцированные первичным магнитным полем в хорошо проводящих участках земной коры (напр., рудных залежах), создают вторичное магнитное поле. Суммарное магнитное поле измеряют на поверхности земли многовитковыми рамками (магнитоиндукционными датчиками). По графикам измеренных вертикальных или горизонтальных составляющих напряжённости магнитного поля определяют положение хорошо проводящих или магнитных объектов в земной коре.

По зависимости применяемого поля от времени различают низкочастотные индуктивные методы (гармонич. колебания напряжённости поля) и методы переходных процессов, в к-рых первичное поле изменяется ступенчато и исследуется переходный процесс после исчезновения первичного поля.

По типу используемого источника поля выделяют неск. методов Э. р.: незаземлённой петли (НП), длинного кабеля (ДК) и дипольного индуктивного профилирования (ДИП). В методе НП источником поля является прямоугольная петля со сторонами от неск. сотен м до неск. км. Магнитное поле измеряется на профилях, расположенных в центре петли перпендикулярно к её длинной стороне. Метод применяется для поисков месторождений хорошо проводящих руд. В методе ДК в качестве источника первичного поля используется длинный (до неск. км) прямолинейный кабель, магнитное поле к-рого изучается вдоль профилей, перпендикулярных кабелю. Применяется для решения задач геол. картирования и прослеживания рудоконтролирующих структур. В ДИП источником поля является магнитный диполь - многовитковая рамка с диаметром ок. 1 м. Метод характеризуется меньшей глубиной исследования и используется при поисках, хорошо проводящих руд и геол. картировании .

Лит.: Электромагнитные методы разведки в рудной геофизике, М., 1966.

Ю. В. Якубовский.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ (ЭМС) радиоэлектронных средств, способность радиоэлектронных средств (РЭС) различного назначения работать одновременно (совместно) так, что помехи радиоприему (с учётом воздействия источников радиопомех индустриальных), возникающие при такой работе, приводят лишь к незначительному (допустимому) снижению качества выполнения РЭС своих функций (см. также Помехоустойчивость). При одновременной работе РЭС (а также электротехнич. устройств, излучающих электромагнитные волны) помехи радиоприёму неизбежны. Интенсивность помех определяется кол-вом действующих излучателей, их мощностью, расположением в пространстве, формой диаграммы направленности антенн, условиями распространения радиоволн и т. д. Обеспечение ЭМС сводится к созданию условий для нормальной совместной эксплуатации всего разнообразия РЭС.

Обеспечением ЭМС начали заниматься почти одновременно с практич. освоением радиоволн (напр., для радиосвязи). Постепенно эта задача усложнялась и, наконец, с 50-х гг. 20 в. переросла в сложную проблему гл. обр. из-за возросшей загрузки освоенных диапазонов радиочастот, непрерывного увеличения кол-ва и мощности излучающих средств, повышения чувствительности радиоприёмников, несовершенства РЭС (напр., наличия у радиопередатчиков внеполрсных и побочных излучений, а у радиоприёмников - внеполосных каналов и каналов побочного приёма), усложнения функций РЭС и режима их работы (частые включения и выключения, перестройка по частоте, перемещения в пространстве и т. п.) и мн. др. факторов.

Меры по обеспечению ЭМС подразделяются на организационные и технические. К организационным относятся: применение пространств, разделения (разноса) РЭС - одноврем. использования одних и тех же частотных диапазонов в различных зонах земного шара, если это не грозит взаимными радиопомехами; временного разноса - поочерёдной работы РЭС на одной несущей частоте по определённой программе во времени; частотного разноса - одноврем. работы на различных несущих частотах и др. К техническим относятся: создание радиопередающих и электротехнич. устройств, более совершенных с точки зрения уменьшения мешающих излучений; разработка радиоприёмных устройств, обладающих меньшей чувствительностью к таким излучениям, и др.

В СССР обеспечение ЭМС возложено на Гос. комиссию по радиочастотам СССР (ГКРЧ СССР; создана в 1958; до 1972 наз. Междуведомственной комиссией по радиочастотам). Эта комиссия, осуществляя единую технич. политику в вопросах, связанных с рациональным распределением и использованием ра-

диочастотного спектра, занимается нормированием параметров радиоизлучений и приёма РЭС и др. аспектами ЭМС. Среди норм, утверждённых ГКРЧ СССР, - общесоюзные нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные спектры излучений радиопередающих устройств, на допустимые отклонения частоты радиопередатчиков и уровни их побочных излучений, на допускаемый уровень индустриальных радиопомех и т. д. Эти нормы являются обязательными для всех мин-в и ведомств, разрабатывающих, изготавливающих, закупающих в других странах и эксплуатирующих РЭС всех назначений, а также электротехнич. устройства, создающие индустриальные радиопомехи. Разработку рекомендаций, направленных на обеспечение ЭМС, осуществляет Международный союз электросвязи.

Лит.: Калашников Н. И., Основы расчета электромагнитной совместимости систем связи через ИСЗ с другими радиослужбами, М., 1970; Князев А. Д., П ч е л-к и н В. Ф., Проблемы обеспечения совместной работы радиоэлектронной аппаратуры, М., 1971; Пчелкин В. Ф., Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств, М., 1971. В. Ф. Пчелкин.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ, особая форма материи, посредством к-рой осуществляется взаимодействие между электрически заряж. частицами (см. Поля физические). Э. п. в вакууме характеризуется вектором напряжённости электрического поля Е и магнитной индукцией В, к-рые определяют силы, действующие со стороны поля на неподвижные и движущиеся заряж. частицы. Наряду с векторами Е и В, измеряемыми непосредственно, Э. п. может характеризоваться скалярным ф и векторным А потенциалами, к-рые определяются неоднозначно, с точностью до градиентного преобразования (см. Потенциалы электромагнитного поля). В среде Э. п. характеризуется дополнительно двумя вспомогат. величинами: напряжённостью магнитного поля Н и электрич. индукцией D (см. Индукция электрическая и магнитна я).

Поведение Э. п. изучает классич. электродинамика, в произвольной среде оно описывается Максвелла уравнениями, позволяющими определить поля в зависимости от распределения зарядов и токов. Микроскопические Э. п., созданные отд. элементарными частицами, характеризуются напряжённостями микроско-пич. полей: электрич. поляе и магнитного Л. Их ср. значения связаны с макроскопич. характеристиками Э. п. след, образом: е = Е, Н - В. Микроскопич. поля удовлетворяют Лоренца - Максвелла уравнениям.

Э. п. неподвижных или равномерно движущихся заряж. частиц неразрывно связано с этими частицами; при ускоренном движении частиц Э. п. "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн.

Порождение Э. п. переменным магнитным полем и магнитного поля - переменным электрическим приводит к тому, что электрич. и магнитные поля не существуют обособленно, независимо друг от друга. Компоненты векторов, характеризующих Э. п., образуют, согласно относительности теории, единую физ. величину - тензор Э. п., компоненты к-рого преобразуются при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой в соответствии с Лоренца преобразованиями.

При больших частотах Э. п. становятся существенными его квантовые (дискретные) свойства. В этом случае классич. электродинамика неприменима и Э. п. описывается квантовой электродинамикой.

Лит.: Т а м м И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976; Калашников С. Г., Электричество, 4 изд., М., 1977 (Общий курс физики, т. 2); Ф е и н м а н Р., Лейтон Р., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике, в. 5 - 7, М., 1966 - 67; Л а н д а у Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Теория поля, 6 изд., М., 1973 (Теоретическая физика, т. 2); их же. Электродинамика сплошных сред, М., 1959. Г. Я. Мякишев.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ, тип фундаментальных взаимодействий (наряду с гравитационным, слабым и сильным), к-рый характеризуется участием электромагнитного поля в процессах взаимодействия. Электромагнитное поле (в квантовой физике - фотоны) либо излучается или поглощается при взаимодействии, либо переносит взаимодействие между телами. Так, притяжение между двумя неподвижными телами, обладающими разноимёнными электрич. зарядами, осуществляется посредством электрич. поля, создаваемого этими зарядами; сила притяжения пропорциональна произведению зарядоз н обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (закон Кулона). Такая зависимость от расстояния определяет дальнодействующий характер Э. в., его неограниченный (как и у гравитационного взаимодействия) радиус действия. Поэтому даже в атомах (на расстояниях ~ 10~8с.и) электромагнитные силы на много порядков превышают ядерные, радиус действия к-рых ~ 10~13сл. Э. в. ответственно за существование основных "кирпичиков" вещества: атомов и молекул и определяет взаимодействие ядер и электронов в этих микросистемах. Поэтому к Э. в. сводится большинство сил, наблюдающихся в макроскопич. явлениях: сила трения, сила упругости и др. Свойства различных агрегатных состояний вещества (кристаллов, аморфных тел, жидкостей, газов, плазмы), хим. превращения, процессы излучения, распространения и поглощения электромагнитных волн определяются Э. в. В детекторах частиц высокой энергии используется явление ионизации атомов вещества электрич. полем пролетающих частиц. Процессы расщепления ядер фотонами, реакции фоторождения мезонов, радиац. (с испусканием фотонов) распады элементарных частиц и возбуждённых состояний ядер, упругое и неупругое рассеяние электронов, позитронов и мюонов и т. п. обусловлены Э. в. Проявления Э. в. широко используются в электротехнике, радиотехнике, электронике, оптике, квантовой электронике.

Т. о., Э. в. ответственно за подавляющее большинство явлений окружающего нас мира. Явления, в к-рых участвуют слабые, медленно меняющиеся электромагнитные поля (hш<<E, где ш - характерная круговая частота изменения поля, h - постоянная Планка, Е - энергия поля), управляются законами классич. электродинамики, к-рая описывается Максвелла уравнениями. Для сильных или быстро меняющихся полей (hш = Е) существенны квантовые эффекты. Кванты поля электромагнитного излучения (фотоны, или у - кванты), характеризующие корпускулярные свойства электромагнитного поля, имеют энергию Е = hш,

импульс
30-05-1.jpg

(и - единичный вектор в направлении распространения электромагнитной волны, с - скорость света), спин J = 1 и отрицат. зарядовую чётность (чётность относительно операции зарядового сопряжения). Взаимодействия между фотонами у, электронами (е-), позитронами (е+) и мюонами (м + , м-) описываются ур-ниями квантовой электродинамики, к-рая является наиболее последоват. образцом квантовой теории поля. При Э. в. адронов (сильно взаимодействующих частиц) и атомных ядер существенную роль играет сильное взаимодействие, теория к-рого пока полностью не разработана.

Константой Э. в. в квантовых явлениях служит элементарный электрический заряд е=4,8*10-'° ед. заряда СГСЭ; интенсивность электромагнитных процессов в микромире пропорциональна безразмерному параметру а = е2/hc= 1/137, наз. постоянной тонкой структуры; более точное значение (на 1976): а-1 = = 137,035987(23).

Характерные черты Э. в. Среди др. типов взаимодействий Э. в. занимает промежуточное положение как по "силе" и характерным временам протекания процессов, так и по числу законов сохранения. Отношение безразмерных параметров, пропорциональных квадратам констант сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного взаимодействий и характеризующих "силу" взаимодействия протона с протоном при энергии ~ 1 Гэв в системе их центра масс, составляет по порядку величин 1:10-2:10-10:10-38. Характерные времена электромагнитных распадов элементарных частиц и возбуждённых состояний ядер (10-12- 10-21сех) значительно превосходят "ядерные" времена (10-22- 10-24 сек) и много меньше времён распадов, обусловленных слабым взаимодействием (103- 10-11сек). Помимо строгих законов сохранения, справедливых для всех типов взаимодействий (энергии, импульса, момента количества движения, электрич. заряда и др.), при Э. в., в отличие от слабых взаимодействий,сохраняется пространств. чётность, зарядовая чётность и странность. С хорошей степенью точности установлено, что Э. в. инвариантно по отношению к обращению времени. Э. в. адронов нарушает присущие сильному взаимодействию законы сохранения изотопического спина и G-чётности, при этом изотопич. спин адронов может измениться при испускании или поглощении фотона не более чем на 1 (см., напр., Пи-мезоны). Унитарная симметрия адронов (5и(3)-симметрия; см. Элементарные частицы) приводит к определённым соотношениям между электромагнитными характеристиками (напр., магнитными моментами) частиц, принадлежащих к одному и тому же унитарному мультиплету.

Законы сохранения и свойства фотонов в значит, степени определяют специфич. черты Э. в. Так, равенство нулю массы покоя фотона обусловливает дальнодействующий характер Э. в. между заряженными частицами, а его отрицат. зарядовая чётность - возможность радиац. распада абсолютно нейтральных частиц или связанных систем частиц [т. е. частиц (систем), тождественных своим античастицам}, обладающих положит, зарядовой чётностью,- л°-мезона, парапозитрония (см. Позитроний) лишь на чётное число фотонов. Возможность описания (в соответствующем пределе) Э. в. в рамках классической (а не только квантовой) физики и его макроскопич. проявления обусловлены дальнодейству-ющим характером Э. в. и тем, что фотоны подчиняются Базе - Эйнштейна статистике. Малая величина а определяет малость сечений электромагнитных процессов с участием адронов по сравнению с сечениями аналогичных процессов, протекающих за счёт сильных взаимодействий; напр., сечение рассеяния фотона с энергией 320 Мэв на протоне составляет ок. 2*10-30 см2, что примерно в 105 раз меньше сечения рассеяния п+-мезона на протоне при соответствующей полной энергии сталкивающихся частиц в системе их центра масс.

Тот факт, что электрич. заряд определяет "силу" взаимодействия и в то же время является сохраняющейся величиной - уникальное свойство Э. в.; вследствие этого Э. в. зависят только от электрич. заряда частиц и не зависят от типа частиц или электромагнитных процессов. При описании электромагнитного поля 4-мерным вектором-потенциалом Aм(м = = 0,1,2,3) [А(ф, А), А - векторный, ф - скалярный потенциалы ] плотность лагранжиана L Э. в. поля с зарядом записывается в виде скалярного произведения:
30-05-2.jpg

где: jм - 4-мерный вектор плотности электрич. тока: j = (cp,j), j - плотность тока, р - плотность заряда. При градиентном преобразовании вектор-потенциала, к-рое наз. также калибровочным преобразованием (2-го рода):
30-05-3.jpg

где f(x, t) - произвольная функция координат х и времени t, наблюдаемые физ. величины (напряжённости полей, вероятности электромагнитных процессов и т. п.) остаются неизменными. Это свойство, специфич. для Э. в., получило назв. принципа калибровочной инвариантности - одного из принципов симметрии в природе (см. Симметрии в физике), выражающего в наиболее общей форме факт существования электромагнитного поля (фотона) и Э. в. Обобщение калибровочной инвариантности на слабые взаимодействия позволило сформулировать единую теорию слабых и электромагнитных взаимодействий лептонов (см. Слабые взаимодействия).

Эффекты квантовой электродинамики. К ним относятся рассеяние фотонов на электронах (Комптона эффект), тормозное излучение, фоторождение пар е+е-или м+м- на кулоновском поле ядер, сдвиг уровней энергии атомов из-за поляризации электрон-позитронного вакуума (см. Вакуум физический) и др. эффекты, в к-рых можно пренебречь структурой заряда (его отличием от точечнос-ти) при взаимодействии с ним электромагнитного поля. Развитая для описания атомных явлений квантовая электродинамика оказалась справедливой для значительно меньших, чем атомные, расстояний. Изучение рассеяния электронов друг на друге и аннигиляции е++ е- = м+м-при больших энергиях сталкивающихся частиц (до ~ 6 Гэв в системе центра масс), фоторождения пар е+ е-+м- с большими относит, импульсами, а также прецизионные измерения уровней энергии электронов в атомах и аномальных магнитных моментов электрона и мюона установили справедливость квантовой электродинамики вплоть до очень малых расстояний: ~ 10-15 см. Её предсказания с высокой степенью точности согласуются с эксперимент, данными. Так, не найдено расхождения между теоретич. и эксперимент, значениями магнитного момента мюона на уровне 10-7%.

Характерной чертой электродинамич. процессов при высоких энергиях Е(Е" >>mс2, где т - масса электрона или мюона) является острая направленность вперёд угловых распределений частиц (у, е± , м*) - продуктов процессов: большая их часть вылетает в пределах угла в ;V <= mc2/E относительно направления налетающих частиц.

Осн. вычислит, метод квантовой электродинамики - теория возмущений: благодаря слабости Э. в. матрицу рассеяния процессов с участием электромагнитного поля можно разложить в ряд по степеням малого параметра ее и при вычислениях ограничиться рассмотрением небольшого числа первых членов этого ряда (обычно не более четырёх).

В диаграммной технике теории возмущений (см. Фейнмана диаграммы) простейший процесс квантовой электродинамики - взаимодействие фотона с бесструктурной (точечной) заряж. частицей входит как составной элемент в любой электродинамич. процесс. Из-за малости а процессы с участием большого числа таких взаимодействий менее вероятны. Однако они доступны наблюдению и проявляются в т. н. радиационных поправках, в эффектах поляризации электрон-позитронного вакуума, в многофотонных процессах. В частности, поляризация вакуума приводит к рассеянию света на свете (рис. 1, а) - эффекту, к-рый отсутствует в классич. электродинамике; этот эффект наблюдается при рассеянии фотонов на кулоновском поле тяжёлого ядра (рис. 1, б).

В характере Э. в. для электронов (позитронов) и для мюонов не обнаружено отличия несмотря на значит, разницу в их массах; это легло в основу т. н. м-е-универсальности, пока не получившей теоретич. объяснения.

Э. в. адронов и атомных ядер. В электромагнитных процессах с участием адронов (фоторождении мезонов, рассеянии электронов и мюонов на протонах н ядрах, аннигиляции пары е+ е~ в адроны и др.) один из объектов взаимодействия - электромагнитное поле - хорошо изучен. Это делает Э. в. исключительно эффективным инструментом исследования строения адронов и природы сильных взаимодействий.

Сильные взаимодействия, как уже упоминалось, играют важную роль в электромагнитных процессах с участием адронов. Так, резонансные состояния адронов (резонансы) могут возбуждаться фотонами и ярко проявляются, напр., в полных сечениях поглощения фотонов протонами с образованием адронов (рис. 2). Электромагнитные свойства и электромагнитная структура адронов (магнитные моменты, поляризуемости, распределения зарядов и токов) обусловлены "облаком" виртуальных частиц (преим. я-мезонов), испускаемых адронами. Напр., среднеквадратичный радиус распределения заряда в протоне определяется размерами этого "облака" и составляет ~0,8* 10-i3(см. Формфактор). Вместе со слабыми взаимодействиями Э. в. ответственны за различие масс заряженных и нейтральных .частиц в изотопич. мультиплетах (напр., п и р, л° и п). Короткодействующий характер сильных взаимодействий определяет при энергиях E<hc/R(R - размер адронной системы) участие в реакциях лишь низших мультипольных моментов фотона и, как следствие этого, плавную зависимость дифференц. сечений от углов. При высоких энергиях (Е> 2 Гэв) угловые и энергетич. зависимости характеристик (сечений, поляризаций и др.) процессов Э. в. адронов и чисто адронных процессов схожи [на рис. 2 о(ур) при Е> 2 Гэв слабо зависит от энергии, что характерно для полных сечений взаимодействия адронов].

Это сходство легло в основу модели векторной доминантности, согласно к-рой фотон взаимодействует с адронами, предварительно перейдя в адронное состояние- векторные мезоны р°, ш, ф и др. Возможность такого перехода ярко иллюстрируется резонансной зависимостью от энергии сечения процесса е+ + е-= = К+ + К- ,обусловленной превращением виртуального фотона промежуточного состояния в векторный ф-мезон и его последующим распадом на пару К-мезонов (рис. 3, б). Виртуальный фотон характеризуется отличным от 0 значением квадрата 4-мерного импульса q2 = E222 <> <>0, где Я, р - энергия и трёхмерный импульс фотона (для реального фотона q2 = 0). Напр., для виртуального фотона, которым обмениваются электрон и протон при рассеянии, q2 = -(4ЕЕ'/с2)* * sin2 (v/2), где Е, Е' - энергии электрона до и после рассеяния (для случая Е, Е'>> >>mс2), в - угол рассеяния в лабораторной системе отсчёта. Эксперимент показал удовлетворит, применимость модели векторной доминантности для описания электромагнитных явлений с участием реальных фотонов и виртуальных фотонов с |q2|<.2(Гэв/с)2. В частности, в сечении аннигиляции е+ + е- = м+ - при энергии в системе центра масс 1019,5 Мэв наблюдаются отклонения от предсказаний квантовой электродинамики, к-рые вытекают из данной модели (обусловлены образованием ср-мезона в промежуточном состоянии; см. рис. 3, а). (Согласно квантовой электродинамике, этот процесс происходит посредством превращения пары е+е- в виртуальный фотон у, а у - в пару м+м-.)

Однако модель векторной доминантности не описывает Э. в. адронов при больших |q2| [|q2| > 2(Гэв/с)г]. Так, измеренное сечение упругого рассеяния электронов на протонах, к-рое зависит от пространств, распределения электрич. зарядов и токов внутри нуклона, спадает с ростом |q2| значительно быстрее, чем предсказывается моделью. Напротив, сечение глубоко неупругого рассеяния электронов (процесса е- + р = е-+ адроны при больших передачах энергии и импульса адронной системе) падает медленнее; при этом
с увеличением полной энергии W адронов в конечном состоянии характер рассеяния приближается к характеру рассеяния на точечной частице. Последнее обстоятельство привело к формулировке т. н. партонной модели адронов; согласно этой модели адроны состоят из частей (партонов), к-рые при взаимодействии с фотонами проявляют себя как бесструктурные точечные частицы. Отождествление пар-тонов с кварками оказалось плодотворным для понимания глубоко неупругого рассеяния.

Несмотря на то, что Э. в. - наиболее полно изученный тип фундаментального взаимодействия, его продолжают интенсивно исследовать во мн. науч. центрах. Это обусловлено как исключит, многообразием микроскопич. и макроскопич. проявлений Э. в., имеющих прикладное значение, так и уникальной ролью электромагнитного поля (как хорошо изученного объекта) в исследовании строения вещества на предельно малых расстояниях, в получении сведений о др. типах взаимодействий, в выявлении новых законов и принципов симметрии в природе. Эти фундаментальные исследования ведутся с использованием прецизионных методов атомной и ядерной спектроскопии, с помощью полученных на ускорителях интенсивных пучков фотонов, электронов, мюонов высокой энергии, в космических лучах.

Лит.: Электромагнитные взаимодействия и структура элементарных частиц, пер. с англ., М., 1969; Ахиезер А. И., Бересте ц-кий В. Б., Квантовая электродинамика, 3 изд., М., 1969; Ф е л ь д Б., Модели элементарных частиц, пер. с англ., М., 1971; Фейнман Р., Взаимодействие фотонов с адронами, пер. с англ., М., 1975; Ваинберг С., Свет как фундаментальная частица, пер. с англ., "Успехи физических наук", 1976, т. 120, в. 4. А. И. Лебедев.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ, электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью. Существование Э. в. было предсказано М. Фарадеем в 1832. Дж. Максвелл в 1865 теоретически показал, что электромагнитные колебания не остаются локализованными в пространстве, а распространяются в вакууме со скоростью света с во все стороны от источника. Из того обстоятельства, что скорость распространения Э. в. в вакууме равна скорости света, Максвелл сделал вывод, что свет представляет собой Э. в. В 1888 максвелловская теория Э. в. получила подтверждение в опытах Г. Герца, что сыграло решающую роль для её утверждения.

Теория Максвелла позволила единым образом подойти к описанию радиоволн, света, рентгеновских лучей и гамма-излучения. Оказалось, что это не излучения различной природы, а Э. в. с различной длиной волны. Частота со колебаний электрич. Е и магнитного Н полей связана с длиной волны Л соотношением: Л = 2лс/шо. Радиоволны, рентгеновские лучи и у-излучение находят своё место в единой шкале Э. в. (рис.), причём между соседними диапазонами шкалы Э. в. нет резкой границы.

Особенности Э. в., законы их возбуждения и распространения описываются Максвелла уравнениями. Если в какой-то области пространства существуют электрич. заряды е и токи /, то изменение их со временем t приводит к излучению Э. в. На скорость распространения Э. в. существенно влияет среда, в к-рой они распространяются. Э. в. могут испытывать преломление, в реальных средах имеет место дисперсия волн, вблизи неоднородностей наблюдаются дифракция волн, интерференция волн (прямой и отражённой), полное внутр. отражение и др. явления, свойственные волнам любой природы. Пространств, распределение электромагнитных полей, временные зависимости E(t) и H(t), определяющие тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации (см. Поляризация волн) и др. особенности Э. в. задаются, с одной стороны, характером источника излучения, и с другой - свойствами среды, в к-рой они распространяются. В случае однородной и изотропной среды, вдали от зарядов и токов, создающих электромагнитное поле, ур-ния Максвелла, приводят к волновым ур-ниям:
30-05-4.jpg

описывающим распространение плоских монохроматич. Э. в.:
30-05-5.jpg

Здесь е - диэлектрическая проницаемость, ц - магнитная проницаемость среды, Ео и Но - амплитуды колебаний электрич. и магнитных полей, со - частота этих колебаний, ф - произвольный сдвиг фазы, k - волновой вектор, r - радиус-вектор точки; V2 - Лапласа оператор.

Если среда неоднородна или содержит поверхности, на к-рых изменяются её электрич. либо магнитные свойства, или если в пространстве имеются проводники, то тип возбуждаемых и распространяющихся Э. в. может существенно отличаться от плоской линейно-поляризованной волны. Э. в. могут распространяться вдоль направляющих поверхностей (п о-верхностные волны), в передающих линиях и в полостях, образованных хорошо проводящими стенками (см. Радиоволновод, Световод, Квазиоптика).

Характер изменения во времени Е и Н определяется законом изменения тока / и зарядов е, возбуждающих Э. в. Однако форма волны в общем случае не следует l(t) или e(t). Она в точности повторяет форму тока только в случае, если и Э. в. распространяются в линейной среде (электрич. и магнитные свойства к-рой не зависят от Я и Н). Простейший случай - возбуждение и распространение Э. в. в однородном изотропном пространстве с помощью диполя Герца (отрезка провода длиной / <<Л, по к-рому протекает ток I - I0 sin шt). На расстоянии от диполя много большем \ образуется волновая зона (зона излучения), где распространяются сферич. Э. в. Они поперечные и линейно поляризованы. В случае анизотропии среды могут возникнуть изменения поляризации (см. Излучение и приём радиоволн).

В изотропном пространстве скорость распространения гармонич. Э. в., т. е. фазовая скорость
30-05-6.jpg

При наличии дисперсии скорость переноса энергии с (групповая скорость) может отличаться от v. Плотность потока энергии S, переносимой Э. в., определяется Пойн-тинга вектором: S = (с/4л) [ЕН]. Т. к. в изотропной среде векторы Е а Н ч волновой вектор образуют правовинтовую систему, то S совпадает с направлением распространения Э. в. В анизотропной среде (в т. ч. вблизи проводящих поверхностей) S может не совпадать с направлением распространения Э. в.

Появление квантовых генераторов, в частности лазеров, позволило достичь напряжённости электрич. поля в Э. в., сравнимых с внутриатомными полями. Это привело к развитию нелинейной теории Э. в. При распространении Э. в. в нелинейной среде (е и ц зависят от Е и Н) её форма изменяется. Если дисперсия мала, то по мере распространения Э. в. они обогащаются т. н. высшими гармониками и их форма постепенно искажается. Напр., после прохождения синусоидальной Э. в. характерного пути (величина к-poro определяется степенью нелинейности среды) может сформироваться ударная волна, характеризующаяся резкими изменениями Е и Н (разрывы) с их последующим плавным возвращением к первоначальным величинам. Ударная Э. в. далее распространяется без существ, изменений формы; сглаживание резких изменений обусловлено гл. обр. затуханием. Большинство нелинейных сред, в к-рых Э. в. распространяются без сильнсго поглощения, обладает значит, дисперсией, препятствующей образованию ударных Э. в. Поэтому образование ударных волн возможно лишь в диапазоне Л от неск. см до длинных волн. При наличии дисперсии в нелинейной среде возникающие высшие гармоники распространяются с различной скоростью и существенного искажения формы исходной волны не происходит. Образование интенсивных гармоник и взаимодействие их с исходной волной может иметь место лишь при специально подобранных законах дисперсии (см. Нелинейная оптика, Параметрические генераторы света).

Э. в. различных диапазонов Л характеризуются различными способами возбуждения и регистрации, по-разному взаимодействуют с веществом и т. п. Процессы излучения и поглощения Э. в. от самых длинных волн до инфракрасного излучения достаточно полно описываются соотношениями электродинамики. На более высоких частотах доминируют процессы, имеющие существенно квантовую природу, а в оптич. диапазоне и тем более в диапазонах рентгеновских и у-лучей излучение и поглощение Э. в. могут быть описаны только на основе представлений о дискретности этих процессов.

Квантовая теория поля внесла существенные дополнения и в само представление об Э. в. Во многих случаях электромагнитное излучение ведёт себя не как набор монохроматич. Э. в. с частотой со и волновым вектором k, а как поток квазичастиц - фотонов с энергией & = и импульсом р = hш/c = hk (h - Планка постоянная). Волновые свойства проявляются, напр., в явлениях дифракции и интерференции, корпускулярные - в фотоэффекте и Комптона эффекте.

Лит.: Т а м м И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976; Л а н д а у Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Теория поля, 6 изд., М., 1973 (Теоретическая физика, т. 2); и х ж е, Электродинамика сплошных сред, М., 1959; Ландсберг Г. С., Оптика, 5 изд., М., 1976. В. В. Мшулин.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ, взаимосвязанные колебания электрического (Е) и магнитного (Н) полей, составляющих единое электромагнитное поле. Распространение Э. к. происходит в виде электромагнитных волн, скорость к-рых в вакууме равна скорости света с, а длина волны Л связана с периодом Т и частотой ш соотношением: Л = сТ = = 2лс/ш. По своей природе Э. к. представляют собой совокупность фотонов, и только при большом числе фотонов их можно рассматривать как непрерывный процесс.

Различают вынужденные Э. к., поддерживаемые внеш. источниками, и собственные Э. к., существующие и без них. В неограниченном пространстве или в системах с потерями энергии (диссипативных) возможны собственные Э. к. с непрерывным спектром частот. Пространственно огранич. консервативные (без потерь энергии) системы имеют дискретный спектр собственных частот, причём каждой частоте соответствует одно или неск. независимых колебаний (мод). Напр., между двумя отражающими плоскостями, отстоящими друг от друга на расстояние /, возможны только синусоидальные Э. к. с частотами шп = = плс/l, где п - целое число. Собств. моды имеют вид синусоидальных стоячих волн, в к-рых колебания векторов Е а Н сдвинуты во времени на Т/4, а пространств, распределения их амплитуд смещены на Я/4, так что максимумы (пучности) Е совпадают с нулями (узлами) Н и наоборот. В таких Э. к. энергия в среднем не переносится в пространстве, но внутри каждого четвертьволнового участка между узлами полей происходит независимая периодич. перекачка электрич. энергии в магнитную и обратно.

Представление Э. к. в виде суперпозиции мод с дискретным или непрерывным спектром допустимо для любой сложной системы проводников и диэлектриков (см. Радиоволновод, Объёмный резонатор, Открытый резонатор), если поля, токи, заряды в них связаны между собой линейными соотношениями. В квазистационарных системах, размеры к-рых значительно меньше длины волны, области, где преобладают электрические или магнитные поля, могут быть пространственно разделены и сосредоточены в отдельных элементах: Е - в ёмкостях С, Н - в индуктивностях L. Типичный пример такой системы с сосредоточенными параметрами - колебательный контур, где происходят колебания зарядов на обкладках конденсаторов и токов в катушках самоиндукции. Э. к. в системах с распределёнными параметрами L и С, имеющие дискретный спектр собственных частот, могут быть представлены как Э. к. в связанных колебат. контурах (электромагнитных осцилляторах), число к-рых равно числу мод.

В средах Э. к. взаимодействуют со свободными и связанными заряж. частицами (электронами, ионами), создавая индуцированные токи. Токи проводимости обусловливают потери энергии и затухание Э. к.; токи, обусловленные поляризацией и намагниченностью среды, определяют значения её диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости, а также скорость распространения в ней электромагнитных волн и спектр собственных частот Э. к. Если индуцированные токи зависят от Е и Н нелинейно, то период, форма и др. характеристики Э. к. зависят от их амплитуд (см. Нелинейные колебания); при этом принцип суперпозиции недействителен, и может происходить перекачка энергии Э. к. от одних частот к другим. На этом основаны принципы работы большинства генераторов, усилителей и преобразователей частоты Э. к. (см. Генерирование электрических колебаний, Автоколебания). Возбуждение Э. к. в устройствах с сосредоточенными параметрами, как правило, осуществляется путем прямого подключения к ним генераторов, в высокочастотных устройствах с распределёнными параметрами - путём возбуждения Э. к. при помощи различных элементов связи (вибраторов, петель связи, рамок, отверстий и др.), в оптич. устройствах - с применением линз, призм, отражающих полупрозрачных зеркал и т. д.

Лит.: Горелик Г. С.,Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Андронов А. А., В и т т А. А., X а и к и н С. Э., Теория колебаний, 2 изд., М., 1959; Парселл Э., Электричество и магнетизм, пер. с англ., 2 изд., М., 1975 (Берклеевский курс физики, т. 2); Крауфорд Ф., Волны, пер. с англ., 2 изд., М., 1976 (Берклеевский курс физики, т. 3).

М. А. Миллер, Л. А. Островский.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, выключатель электрический, служащий для отключения высоковольтных цепей под нагрузкой в нормальных и вынужденных режимах работы; принципиально отличается от выключателей др. систем тем, что гашение электрич. дуги, возникающей между расходящимися в процессе отключения цепи контактами выключателя, осуществляется непосредственно в возд. среде т. н. электромагнитным дутьём в дугогасителъном устройстве. Дуга затягивается в камеру дугогасит. устройства мощным магнитным полем, создаваемым электромагнитами, в обмотках к-рых протекает отключаемый ток. Обмотки электромагнитов имеют такую полярность, при к-рой создаваемое магнитное поле затягивает дугу в дугогасит. камеру (камеры), где дуга растягивается и охлаждается, её сопротивление резко увеличивается и она гаснет. Дугогасит. камеры выполняются из жаростойких материалов, обладающих высокой диэлектрич. прочностью, теплопроводностью и теплоёмкостью. В Э. в. перем. тока для повышения надёжности работы обычно предусматривается возд. поддув, к-рый ускоряет перемещение дуги в камеру. Э. в. применяют обычно в сетях на напряжение 6-10 кв.

Лит.: Б а б и к о в М. А., Электрические аппараты, ч. 3, М.- Л., 1963; Б р о н-ш т е и н А. М., К у р и ц ы н В. П., У л и с-сова И. Н., Электромагнитные выключатели и опыт их эксплуатации, "Электричество", 1971, № 4; Б ы к о в Е. И., К о л у з а е в А. М., Электромагнитные выключатели ВЭМ-6 и ВЭМ-10, М., 1973.

Р. Р. Мамашин.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ НАСОС, 1) насос поршневого типа или диафрагмовый насос, у к-рого поступательно-возвратное движение рабочего органа осуществляется стальным сердечником, вставленным в соленоид, подключённый к источнику электроэнергии. 2) То же, что магнитогидродинамический насос.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИБОР, измерительный прибор, принцип действия к-рого основан на взаимодействии магнитного поля, пропорционального измеряемой величине, с сердечником, выполненным из ферромагнитного материала. Осн. элементы Э. п.: измерит, схема, преобразующая измеряемую величину в постоянный или переменный ток, и измерит, механизм электромагнитной системы (рис.). Электрич. ток в катушке электромагнитной системы создаёт электромагнитное поле, втягивающее сердечник в катушку, что приводит к возникновению на оси вращающего момента, пропорционального квадрату силы тока, протекающего по катушке. В результате действия на ось пружины создаётся момент, противодействующий вращающему моменту н пропорциональный углу поворота оси. При взаимодействии моментов ось и связанная с ней стрелка поворачиваются на угол, пропорциональный квадрату измеряемой величины. При равенстве моментов стрелка останавливается. Выпускаются электромагнитные амперметры и вольтметры для измерений гл. обр. в цепях переменного тока частотой 50 гц. В электромагнитном амперметре катушка измерит, механизма включается последовательно в цепь измеряемого тока, в вольтметре параллельно. Электромагнитные измерит, механизмы применяют также в логометрах. Наиболее распространены щитовые приборы классов точности 1,5 и 2,5, хотя существуют приборы классов 0,5 и даже 0,1 с рабочей частотой до 800 гц.

Лит.: Электрические измерения, под ред. Е. Г. Шрамкова, М., 1972; Электрические измерения, под ред. А. В. Фремке, 14 изд., Л., 1973. Н. Н. Вострокнутов.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, см. Электрический ракетный двигатель.

ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ДИНАМОМЕТР, устройство для измерения вращающих моментов электродвигателей. Э. д. используют при стендовых испытаниях двигателей для снятия механич. или электромеханич. характеристик. Э. д. представляет собой электрическую машину, работающую в генераторном режиме и механически связанную с испытуемым двигателем. Наиболее часто в качестве Э. д. используют генератор постоянного тока. Момент, развиваемый электродвигателем, находят по формуле:
30-05-7.jpg

где U - напряжение на зажимах гене ратора в в; I - ток в обмотке возбужде ния в а; п - частота вращения в об/мин т) - кпд генератора. Изменение момент: достигается регулированием нагрузочноп сопротивления и тока в обмотке возбуж дения генератора. Э. д. применяют npи испытании мощных тяговых машин. Мо менты электродвигателей малой мощ ности иногда определяют на более npocTON Э. д., представляющем собой диск из ферромагнитного материала, к-рый насаживают на вал электродвигателя и электромагнит постоянного тока с противовесом. При вращении диска создаётся тормозной момент в результате взаимодействия вихревых токов в диске < магнитным полем электромагнита. Угол поворота электромагнита с противовесом пропорционален измеряемому моменту

М. И. Озеров

ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (ЭМУ), электрическая машина, предназначенная для усиления мощности подаваемого на обмотку возбуждения сигнале за счёт энергии первичного двигателя (обычно электрического). ЭМУ примениют в системах автоматич. управления и ре гулирования; выпускаются на мощности от долей вт до десятков квт с коэфф усиления (отношение мощности на выходе к мощности на входе) 104_ 105. Небольшое изменение мощности подводимой в цепь возбуждения, вызывает во много раз большее изменение мощности, отдаваемой ЭМУ. Различают ЭМУ продольного поля (с одной ступенью усиления) и ЭМУ поперечногс поля (с двумя ступенями). Наиболее распространены ЭМУ поперечного поля (рис.). Такой ЭМУ представляет собой генератор пост, тока, обычно двухполюсный с двумя парами щёток на коллекторе. На полюсах статора расположены одна или неск. обмоток возбуждения, чаще наз. обмотками управления (ОУ). При подаче в ОУ сигнала, подлежащего усилению, она создаёт магнитный поток Ф1, направленный вдоль оси d-d, В обмотке якоря наводится эдс, к-рая достигает наибольшего значения на щётках а - а и равна нулю на щётках b - b. Т. к. якорь замкнут накоротко щётками а-а, то даже при незначнт. эдс в цепи (обмотке) якоря возникает достаточнс большой ток /а, обусловливающий увеличение мощности сигнала (первая ступень усиления). Этот ток создаёт сильное поперечное магнитное поле (магнитный поток Фаq). При вращении якоря в поперечном поле на щётках b-b, связанных с внеш. цепью, появляется напряжение U2. В результате этого во внеш. цепи возникает большой ток I2, обусловливающий большую выходную мощность (вторая ступень усиления). Дополнит. обмотка, наз. компенсационной, создаёт намагничивающую силу FKO, равную Fad, устраняя искажение сигнала.

Лит.: Горяинов Ф. А., Электромашинные усилители, М.- Л., 1962.

М. Д. Находкин.

ЭЛЕКТРОМЕГАФОН, электрич. мегафон; переносное устройство для звукоусиления. Содержит малочувствительный к акустическим шумам микрофон, усилитель электрических колебаний (в большинстве случаев транзисторный) и рупорный громкоговоритель с рукояткой, позволяющей держать его в руке. Микрофон (обычно укрепляемый на кожухе Э.) располагают так, чтобы со стороны громкоговорителя (в направлении излучения звука) он обладал наименьшей чувствительностью. С помощью удлинит, кабеля микрофон может быть отнесён от громкоговорителя на нек-рое расстояние (напр., когда громкоговоритель устанавливают на крыше автомобиля). Усилитель выполнен по схеме с отрицат. обратной связью и содержит мощный двухтактны; сконечный каскад. Питание усилителя производится от электрич. аккумуляторов или от малогабаритных элементов. В нек-рых Э. предусмотрена возможность перевода усилителя в режим генерации колебаний звуковой частоты, на основе к-рых вырабатываются тональные (звуковые) сигналы вызова. Масса Э. (включая устройство питания) ок. 1,5 кг; дальность действия 250 м и более. М. А. Сапожков.

ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, область металлургии, охватывающая пром. способы получения металлов и сплавов с помощью электрич. тока. В Э. применяются электротермич. и электрохимич. процессы. Электротермич. процессы используются для извлечения металлов из руд и концентратов, производства и рафинирования чёрных и цветных металлов и сплавов на их основе (см. Электротермия). В этих процессах электрич. энергия является источником технологич. тепла. Электрохимич. процессы распространены в произ-ве чёрных и цветных металлов на основе электролиза водных растворов и расплавл. сред (см. Электрохимия). Здесь за счёт электрич. энергии осуществляются окислительно-восстановит, реакции на границах раздела фаз при прохождении тока через электролиты. Особое место в этих процессах занимает гальванотехника, в основе к-рой лежат электрохимич. процессы осаждения металлов на поверхность металлич. и неметаллич. изделий.

Электротермич. процессы охватывают плавку стали в дуговых и индукционных печах (см. Электросталеплавилъное производство), спецэлектрометаллургию, рудовосстановит. плавку, включающую произ-во ферросплавов и штейнов, выплавку чугуна в шахтных электропечах, получение никеля, олова и др. металлов.

Электродуговая плавка. Электросталь, предназначенная для дальнейшего передела, выплавляется гл. обр. в дуговых печах с основной футеровкой. Важные

преимущества этих печей перед др. сталеплавильными агрегатами (возможность нагрева металла до высоких темп-р за счёт электрич. дуги, восстановит, атмосфера в печи, меньший угар легирующих элементов, высокоосновные шлаки, обеспечивающие существ, снижение содержания серы) предопределили их использование для произ-ва легированных высококачеств. сталей - коррозионностойких, инструментальных (в т. ч. быстрорежущих), конструкционных, электротехнич., жаропрочных и др., а также сплавов на никелевой основе. Мировая тенденция развития электродуговой плавки - увеличение ёмкости единичного агрегата до 200-400 т, удельной мощности трансформатора до 500-600 и более ква/т, специализация агрегатов (в одних - только расплавление, в других - рафинирование и легирование), высокий уровень автоматизации и применение ЭВМ для программного управления плаысой. В печах повышенной мощности экономически целесообразно плавить не только легированную, но и рядовую углеродистую сталь. В развитых капиталистич. странах доля углеродистой стали от общего объёма электростали, выплавляемой в электропечах, составляет 50% и более. В СССР в электропечах выплавляется ~ 80% легированного металла.

Для выплавки спец. сталей и сплавов получают распространение плазменно-дуговые печи с основным керамич. тиглем (ёмкостью до 30 т), оборудованные плазмотронами постоянного и переменного тока (см. Плазменная металлургия). Дуговые электропечи с кислой футеровкой используют для плавки металла, предназначенного для стального литья. Кислый процесс в целом более высокопроизводителен, чем основной, из-за кратковременности плавки благодаря меньшей продолжительности окислительного и восстановит, периодов. Кислая сталь дешевле основной вследствие меньшего расхода электроэнергии, электродов, лучшей стойкости футеровки, меньшего расхода раскислителей и возможности осуществления кремневосстановит. процесса. Дуговые печи ёмкостью до 100 т широко применяются также для плавки чугуна в чугунолитейных цехах.

Индукционная плавка. Плавка стали в индукционной печи, осуществляемая в основном методом переплава, сводится, как правило, к расплавлению шихты, раскислению металла и выпуску. Это обусловливает высокие требования к шихтовым материалам по содержанию вредных примесей (P,S). Выбор тигля (основной или кислый) определяется свойствами металла. Чтобы кремнезём футеровки не восстанавливался в процессе плавки, стали и сплавы с повышенным содержанием Mn, Ti, Al выплавляют в основном тигле. Существ, недостаток индукционной плавки - холодные шлаки, к-рые нагреваются только от металла. В ряде конструкций этот недостаток устраняется путём плазменного нагрева поверхности металл-шлак, что позволяет также значительно ускорить расплавление шихты. В вакуумных индукционных печах выплавляют чистые металлы, стали и сплавы ответств. назначения (см. Вакуумная плавка). Ёмкость существующих печей от неск. кг до десятков т. Вакуумную индукционную плавку интенсифицируют продувкой инертными (Аг, Не) и активными (СО, СН4) газами, электромагнитным перемешиванием металла в тигле, продувкой металле, шлакообразующими порошками.

Спецэлектрометаллургия охватывает новые процессы плавки и рафинирования металлов и сплавов, получившие развитие в 50-60-х гг. 20 в. для удовлетворения потребностей совр. техники (космической, реактивной, атомной, химич. машиностроения и др.) в конструкц. материалах с высокими механич. свойствами, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и т. д. Спецэлектрометаллургия включает вакуумную дуговую плавку (см. Дуговая вакуумная печь), электроннолучевую плавку, электрошлаковый переплав и плазменно-дуговую плавку. Этими методами переплавляют стали и сплавы ответств. назначения, тугоплавкие металлы - вольфрам, молибден, ниобий и их сплавы, высокореакционные металлы - титан, ванадий, цирконий, сплавы на их основе и др. Вакуумная дуговая плавка была предложена в 1905 В. фон Больтоном (Германия); в пром. масштабах этот метод впервые использован для плавки титана В. Кроллом (США) в 1940. Метод электрошлакового переплава разработан в 1952-53 в Ин-те электросварки им. Е. О. Патона АН УССР. Для получения сталей и сплавов на никелевой основе особо ответств. назначения применяют различные варианты дуплекс-процессов, важнейший из К-рых - сочетание вакуумной индукционной плавки и вакуумно-дугового переплава. Особое место в спецэлектрометаллургии занимает вакуумная гарнисажная плавка (см. Гарнисаж), в к-рой источниками тепла служат электрич. дуга, электронный луч, плазма. В этих печах, применяемых для высокоактивных и тугоплавких металлов (W, Мо и др. и сплавы на их основе), порция жидкого металла в водоохлаждаемом тигле с гарнисажем используется для получения слитков и фасонных отливок.

Рудовосстановительная плавка включает произ-во ферросплавов, продуктов цветной металлургии - медных и никелевых штейнов, свинца, цинка, титанистых шлаков и др. Процесс заключается в восстановлении природных руд и концентратов углеродом, кремнием и др. восстановителями при высоких темп-рах, создаваемых гл. обр. за счёт мощной электрич. дуги (см. Руднотермическая печь). Восстановит, процессы обычно являются непрерывными. По мере проплав-ления подготовленную шихту загружают в ванну, а получаемые продукты периодически выпускают из электропечи. Мощность таких печей достигает 100 Мва. В нек-рых странах (Швеция, Норвегия, Япония, Италия и др.) на основе рудовосстановит. плавки производится чугун в электродоменных печах или электродуговых бесшахтных печах.

Электрохимические процессы получения металлов. Г. Дэви в 1807 впервые применил электролиз для получения натрия и калия.

В кон. 70-х гг. 20 в. методом электролиза получают более 50 металлов, в т. ч. медь, никель, алюминий, магний, калий, кальций и др. Различают 2 типа электролитич. процессов. Первый связан с катодным осаждением металлов из растворов, полученных методами гидрометаллургии - выщелачиванием руд и концентратов; в этом случае восстановлению (отложению) на катоде металла из раствора отвечает реакция электрохимич. окисления аниона на нерастворимом аноде.

Второй тип процессов связан с электролитическим рафинированием металла из его сплава, из к-рого изготовляется растворимый анод. На первой стадии в результате электролитич. растворения анода металл переводится в раствор, на второй - он осаждается на катоде. Последовательность растворения металлов на аноде и осаждения на катоде определяется рядом напряжений. Однако в реальных условиях потенциалы выделения металлов существенно зависят от величины перенапряжения водорода на соответствующем металле. В пром. масштабах рафинируют цинк, марганец, никель, железо и др. металлы; алюминий, магний, калий и др. получают электролизом расплавл. солей при 700-1000 °С. Последний способ связан с большим расходом электроэнергии (15-20 тыс. квт*ч/т) по сравнению с электролизом водных растворов (до 10 тыс. квт*ч/т).

Лит.: Беляев А. И., Металлургия легких металлов, 6 изд., М., 1970; Зеликман А. Н., М е е р с о н Г. А., Металлургия редких металлов, М., 1973; Е д н е р а л Ф. П., Электрометаллургия стали и ферросплавов, 4 изд., М., 1977.

В. А. Григорян.

ЭЛЕКТРОМЕТР (от электро... и ...метр), прибор, предназначенный для измерения разностей электрич. потенциалов, небольших электрич. зарядов, очень малых токов (вплоть до 10-15а) и др. электрич. величин, когда необходимо обеспечить пренебрежимо малое потребление энергии измерительным прибором. Э. представляет собой электростатический прибор с тремя электродами, находящимися в общем случае под разными потенциалами. Наиболее распространены струнные и квадрантные Э., применяемые для измерения напряжения.

В наиболее простом струнном Э. измеряемое напряжение подаётся на платиновую нить (струну) и неподвижные электроды (рис. а,6). Под действием сил электрич. поля нить прогибается; перемещение нити, служащее мерой измеряемой величины, наблюдают в микроскоп, что обеспечивает достаточно высокую чувствительность прибора. Для повышения чувствительности струнного Э. на его неподвижные электроды накладывают дополнит, напряжение (50-100 в относительно земли) такого же рода (постоянное или переменное) и той же частоты, что и измеряемое (рис. в). Чувствительность струнного Э. достигает 300-500 мм на 1 в/л. Квадрантные Э. состоят из подвижной части в виде тонкой и лёгкой металлич. пластинки - бисектора, наз. обычно "бисквитом", и связанного с ним зеркала, подвешенных па кварцевой нити, и неподвижной части - цилиндрич. металлич. коробки, разрезанной на четыре равные части - квадранты. При наличии разности потенциалов на квадрантах между ними и бисектором возникают электростатич. силы взаимодействия, отклоняющие подвижную часть Э. в ту или др. сторону. По углу отклонения бисектора при известном его потенциале судят о величине разности потенциалов квадрантов; если же известна последняя, то можно определить потенциал бисектора. Чувствительность квадрантного Э. - до 5000 мм на 1 в/л. Разновидность квадрантного Э. - бинантный Э. (неподвижная часть такого Э. разрезана на две части - бинанты).

Лит.: Курс электрических измерений, под ред. В. Т. Прыткова и А. В. Талицкого, ч. 1, М.- Л., 1960; В е к с л е р М. С., Электростатические приборы, М.- Л., 1964; Основы электроизмерительной техники, под ред. М. И. Левина, М., 1972.

ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКАЯ ЛАМПА, приёмно-усилителъная лампа, используемая в радио- и электроизмерит. приборах для усиления и измерения малых токов (до 10-14 а) в цепях с очень высоким электрич. сопротивлением. Конструктивно Э. л. выполняется в виде триода (одинарного или двойного), тетрода, или пентода. Катод Э. л. обычно оксидный, прямого либо косвенного накала. Гл. особенность Э. л.- высокое входное сопротивление, определяемое требованием получения малых токов управляющей сетки при её отрицат. потенциале. Появление сеточного тока в Э. л. связано с конечным значением сопротивления электрич. изоляции сетки (сопротивлением утечки сетки); ионизацией остаточных газов в баллоне лампы; термоэлектронной эмиссией сетки; фотоэлектронной эмиссией с поверхности сетки, обусловленной внеш. освещением, тепловым излучением нагретого катода, мягкими рентгеновскими лучами, возникающими при торможении электронов на аноде. Используя различные конструктивно-технологич. меры (важнейшие из к-рых - снижение темп-ры катода до 750-800 К; уменьшение анодного напряжения до значений, меньших потенциала ионизации остаточных газов, обычно до 10- 12 в; уменьшение размеров управляющей сетки и обеспечение её высокой электрич. изоляции), сеточный ток Э. л., обусловленный указанными факторами (кроме последнего), можно снизить до 10-15 а и меньше. Однако получение малых сеточных токов при удовлетворит, значениях таких осн. параметров Э. л., как крутизна её сеточной характеристики и коэфф. усиления, затруднено гл. обр. из-за фотоэлектронной эмиссии, вызванной мягким рентгеновским излучением. Так, при сеточном токе 10-15а крутизна сеточной характеристики обычно не превышает 100-120мка/в, а коэфф. усиления- 1,5; у т. н. полуэлектрометрич. ламп, работающих при сеточном токе ок. 5-10-11а, эти параметры составляют соответственно 1 ма/в и 25-30. Диапазон измеряемых значений тока (отношение его предельных значений) у Э. л. обычно ок. 100; у разновидности полуэлектрометрич. лампы - т. н. логарифмич. Э. л. (с характеристикой, обеспечивающей получение на выходе сигнала, пропорционального логарифму входного тока) он может достигать 108.

Лит.: 3 а р у ц к и и Ю. Ф., Современные электрометрические лампы, их возможности и пути развития, "Электровакуумная техника", 1968, в. 45; Кауфман М. С., П а л а т о в К. И., Электронные приборы, 3 изд., М.. 1970. М. С. Кауфман.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, разновидность электрофизич. методов обработки. Основана на механич. ударном импульсном воздействии (ультразвуковая обработка) или на непосредственном преобразовании предварительно накопленной электрич. энергии в механич. работу деформации (магнитоимпульсная обработка). См. Электрофизические и электрохимические методы обработки.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, устройство для преобразования механич. перемещений (колебаний) в изменение электрич. тока или напряжения (электрич. сигнал) и наоборот. Применяются гл. обр. как исполнит, устройства систем автоматич. регулирования (управления) и в качестве датчиков механич. перемещений в автоматике и измерит, технике. По принципу преобразования различают резистивные, электромагнитные, магнитоэлектрич., электростатич. Э. п.; по типу выходного сигнала - аналоговые и цифровые (с непрерывными и дискретными выходными сигналами). Для оценки Э. п. учитывают его статич. и динамич. характеристики, чувствительность (или коэфф. передачи) преобразования Е = &y/&x: (где &y - изменение выходной величины у при изменении входной величины х на &x), рабочий диапазон частот выходного сигнала, статич. ошибку (погрешность) сигнала, статич. ошибку (погрешность) преобразования. Примером Э. п. могут служить измерит, механизм магнитоэлектрического прибора, громкоговоритель, микрофон, пьезоэлектрический датчик.

Лит.: Электрические измерения неэлектрических величин, под ред. П. В. Новицкого, 5 изд.. Л., 1975.

ЭЛЕКТРОМИОГРАФИЯ {от электро..., мио... и ...графия), метод исследования биоэлектрич. потенциалов, возникающих в скелетных мышцах животных и человека при возбуждении мышечных волокон. У человека осуществлена впервые в 1907 нем. учёным Г. Пипером. Амплитуда колебаний потенциала мышцы обычно не превышает неск. милливольт, а их длительность - 20-25 мсек, поэтому Э. проводят с помощью усилителя и малоинерционного регистратора; кривая, записанная на фотобумаге, фотоплёнке и т. п., наз. электромиограммой (ЭМГ). В Э. могут быть выделены 3 осн. направления исследования. Первое из них - Э. с помощью введённых в мышцу игольчатых электродов, к-рые вследствие небольшой отводящей поверхности улавливают колебания потенциала, возникающие в отд. мышечных волог.чах или в группе мышечных волокон, пннер-вируемых одним мотонейроном. Это позволяет исследовать структуру и функцчго двигательных единиц. Второе направление - Э. с помощью накожных электродов, к-рые отводят т. н. суммарную ЭМГ, образующуюся в результате интерференции колебаний потенциала мн. двигательных единиц, находящихся в области отведения. Такая ЭМГ отражает процесс возбуждения мышцы как целого. Т. н. стимуляционная Э.- регистрация колебаний потенцала, возникающих в мышце при искусств, стимуляции нерва или органов чувств. Таким образом исследуется нервно-мышечная передача, рефлекторная деятельность двигат. аппарата, определяется скорость проведения возбуждения по нерву. Э. даёт возможность судить о состоянии и деятельности не только мышц, но и нервных центров, участвующих в осуществлении движений. Э. применяют в физиологии при изучении двигат. функции животных и особенно человека, а также в прикладных науках - физиологии труда и спорта, в инж. психологии (напр., при исследовании утомления, выработки двигательного навыка). Р. С. Персон. Э. как эффективный метод диагностики ряда нервно-мышечных заболеваний широко применяется в невропатологии и некоторых других областях медицины. Э. используется также для оценки функционального состояния двигат. аппарата при восстановлении нарушенной двигательной функции в ортопедии и протезировании.

Лит.: ПерсонР.С., Электромиография в исследованиях человека, М., 1969; Юсевич Ю. С., Очерки по клинической электромиографии, М., 1972; Байку ш е в Ст., М а н о в и ч 3. X., Новикова В. П., Стимуляционная электроннография и электронейрография в клинике нервных болезней, М., 1974; К о у э н X., Брумлик Дж., Руководство по электромиографии и электродиагностике, пер. с англ., М., 1975.

ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ, автомобиль с тяговым электродвигателем, получающим питание от батареи аккумуляторов (БА), чаще всего свинцово-кислотных или железо-никелевых щелочных. В нач. 20 в. Э. использовались в Зап. Европе и США в качестве такси, почтовых фургонов, коммунальных машин, а также как легковые автомобили. Первый в России самодвижущийся экипаж был аккумуляторным (И. Романов, 1899). На Э. впервые была достигнута скорость 100 км/ч (К. Женатци, Франция, 1898). Достоинства Э.: бездымность, бесшумность, простота управления. Однако ограниченные скорость и запас хода из-за низкой энергоёмкости (около 20 вт*ч/кг) и большой массы БА сдерживали развитие Э. Начиная с 60-х гг. в связи с загрязнением воздуха и усилением шума от автомобилей с двигателями внутр. сгорания (ДВС) Э. вновь получают распространение на гор. транспорте, чему способствуют небольшой ср. суточный пробег автомобилей в городе (до 100 км), ограничение скорости до 60 км/ч и возможность организации сети зарядных станций для БА. К тому же энергоёмкость аккумуляторов возросла до 50 вт*ч/кг, а у подготовляемых к массовому производству никель-цинковых и др. аккумуляторов даже до 100 вт*ч/кг. Согласно прогнозам, к кон. 20 в. Э. займут ведущее место в гор. автотранспорте.

Совр. Э. - спец. рассчитанная на гор. эксплуатацию конструкция с облегчёнными (для компенсации массы БА) ходовой частью и кузовом, особой трансмиссией и удобным для смены БА её расположением. Ток от БА, находящейся, как правило, в 1-2 контейнерах под кузовом Э., идёт к двигателю через систему тиристорных блоков управления. При использовании двигателя переменного тока в систему включают его преобразователь. Двигатель ставят либо в блоке с ведущим мостом спереди или сзади, либо спереди- с карданным приводом от него к заднему мосту (рис. 1), либо (2-4 двигателя) в колёсах. Восстановление запаса энергии производят на большинстве Э. заменой БА с помощью особых тележек. В СССР созданы образцы грузовых Э., предназ-нач. для перевозки продуктов и почты в крупных городах. Такой Э. грузоподъёмностью 500 кг со свинцово-кислотными аккумуляторами имеет запас хода без подзарядки 80 км и развивает скорость до 70 км/ч. В Э. конструкции ВНИИ электромеханики и нек-рых зарубежных Э. имеются устройства для рекуперации электроэнергии (напр., при рекуперативном торможении, езде накатом и на спусках) и для подзарядки Б А (без съёма её с Э.) от городской трёхфазной электросети. Для устранения сложной пускорегулирующей аппаратуры в Э. иногда сочетают электродвигатель с автомоб. гидротрансмиссией, которая регулирует тяговое усилие и скорость движения. Существуют также т. н. "гибридные" Э. с ДВС, работающим на постоянном малотоксичном режиме, генератором, приводимым от него тяговым электродвигателем и небольшой Б А (рис. 2). ДВС служит для движения с установившейся скоростью и подзарядки БА, а последняя - в качестве дополнит, источника энергии для разгона Э., преодоления подъёмов, обгона. Сложность " гибридных" Э. и наличие в них, хоть и малотоксичного, ДВС ограничивают их распространение. Наряду с предотвращением загрязнения воздуха и уменьшением шума в городах внедрение Э. обеспечивает экономию жидкого топлива. Лит.: Ставров О. А., Электромобили, М., 1968; Долматовский Ю. А., Электромобиль, "Моделист-конструктор", 1977, № 11. Ю. А. Долматовский.

ЭЛЕКТРОМОНТАЖНЫЕ РАБОТЫ, специальные строит, работы, выполняемые при возведении и реконструкции зданий и сооружений различного назначения и связанные с монтажом электрич. сетей (воздушных и кабельных линий электропередачи, токопроводов, электропроводов и др.) и электрооборудования (электрич. машин, распределит, пунктов, пультов управления и др.). Э. р. обычно проводятся в 2 этапа. Первый этап, осуществляемый одновременно с общестроит. работами, включает установку крепёжных (закладных) деталей в строит, элементах для последующего крепления к ним электрооборудования и электромонтажных конструкций, укладку в фундаментах и перекрытиях зданий (сооружений) труб для электропроводок, устройство в стенах гнёзд для розеток и выключателей и т. п. При этом укрупнит, сборка электрооборудования и кабельных конструкций, изготовление трубных блоков, стендовая заготовка проводов и кабелей для осветит, сетей и др. производятся вне монтажной зоны в спец. оборудованных мастерских электромонтажных заготовок (МЭЗ). На втором этапе Э. р. осуществляются транспортировка, установка в проектное положение, сборка электрооборудования и электромонтажных конструкций, прокладка кабелей и проводов и присоединение их к смонтированному электрооборудованию. Э. р. завершаются пусконаладочными работами, из к-рых наиболее сложной является наладка устройств релейной защиты и систем автоматич. управления электроприводами.

Механизация Э. р. обеспечивается применением строит, машин и механизмов общего назначения (напр., автопогрузчиков, подъёмников, автокранов и т. п.), а также специализиров. электромонтажных механизмов, приспособлений и инструментов.

Сокращение сроков и повышение производительности труда при Э. р. обеспечиваются, в первую очередь, применением индустриальных методов монтажа электрооборудования, доставкой к месту Э. р. электромонтажных конструкций и элементов электрич. сетей укрупнёнными узлами и блоками, изготовленными и собранными в МЭЗ. Уровень индустриализации Э. р. в значит, мере обусловлен объёмом пром. произ-ва комплектного электрооборудования и электрич. сетей, имеющих высокую степень монтажной и наладочной готовности. Одно из осн. направлений дальнейшей индустриализации Э. р.- применение объёмных электротехнич. устройств (напр., помещений станций управления электроприводами, гор. трансформаторных подстанций), поставляемых пром-стью с полностью смонтированным и налаженным электрооборудованием; при этом Э. р. сводятся к установке таких устройств и присоединению их к внеш. электрическим сетям.

Лит.: Справочник по монтажу электроустановок промышленных предприятий, 2 изд., кн. 1 - 2, М., 1976; Строительные нормы и правила, ч. 3, гл. 33 - Электротехнические устройства. Правила производства и приемки работ, М., 1977.

Е. М. Феськов, Я. М. Боязный.

ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ, музыкальные инструменты, в к-рых создаются управляемые исполнителем электрич. колебания, возбуждающие громкоговоритель. Источником таких колебаний служит генератор того или иного вида. К Э. и. относят также обычные инструменты, механич. колебания вибраторов к-рых (напр., струн электрогитары) с помощью адаптера преобразуются в электрические. Преимущественная область применения Э. и.- эстрадные ансамбли.

В одних Э. и. применяются электронные генераторы с плавно меняющейся частотой (т. н. инструменты со свободной интонацией). Выбор точной высоты каждого звука зависит от исполнителя, к-рый может плавно её менять, скользя пальцем по особой линейке - грифу, или, как в первом инструменте этого вида - терменвоксе, перемещая руку в воздухе перед спец. антенной. Это инструменты одноголосные, редко двухголосные. Достоинство таких инструментов - возможность очень выразительного исполнения мелодии; недостаток - невысокая стабильность строя.

В др. Э. и., обычно клавишных многоголосных, имеется набор генераторов, настроенных каждый на особую частоту (это т. н. инструменты с фиксированным строем). Наряду с электронными генераторами применяются электромеханические с зубчатыми колесиками, вращающимися в поле электромагнитов, фотоэлектрические с периодическим затенением светового луча, действующего на фотоэлемент, и т. п. Громкость звука управляется чаще всего педалью. Э. и. снабжают специальными устройствами для придания звукам муз. качеств, таких, как тембр, вибрато, мягкая атака и затухание (нерезкое включение и выключение звуков), легато (плавный переход от одного звука к другому).

Определённость тембров звуков обеспечивается двумя путями. Первый - соблюдение фиксированных отношений между амплитудами гармонич. обертонов разных номеров. Для этого, напр., выбирают нек-рую форму кривой колебаний, различающуюся для звуков разной высоты только масштабом времени, а для звуков разной силы - масштабом амплитуд. Пользуются также синтезированием тембров, подмешивая к колебаниям основной частоты колебания от др. генераторов того же инструмента, соответствующие набору гармонич. обертонов. Другой путь создания тембров - введение резонансных контуров (фильтров), усиливающих обертоны генерируемых колебаний в определённых областях частот (т. н. формантные области). Конструкции инструментов позволяют создавать в каждом из них разнообразные тембры и переключать их по ходу исполнения. Для имитации вибрации голоса и исполнения "вибрато" на смычковых инструментах применяется модуляция высоты звука с частотой 5-6 гц. Щелчки, возникающие при резких включениях и выключениях звуков, смягчаются либо использованием регулятора громкости (педали), либо с помощью особых устройств, регулирующих переходные процессы в генераторах.

Лит.: Корсунский С. Г., Симонов И. Д., Электромузыкальные инструменты, М.- Л., 1957; Володин А. А., Электронные музыкальные инструменты, М., 1970; С г о w h u r s t N. Н., Electronic musical instruments, [s. 1.], 1971. Г.А.Гольдберг.

ЭЛЕКТРОН (символ е~, е), первая элементарная частица, открытая в физике; материальный носитель наименьшей массы и наименьшего электрич. заряда в природе. Э.- составная часть атомов; их число в нейтральном атоме равно атомному номеру, т. е. числу протонов в ядре.

Совр. значения заряда (е) и массы (те) Э. равны:

е = - 4,803242(14)*10-10 ед. СГСЭ = - 1,6021892(46)*10-19 кулон, т, = 0,9109534(47)*10-27 г = 0,5110034(14) Мэв/с2 где с - скорость света в вакууме (в скобках после числовых значений величин указаны ср. квадратичные ошибки в последних значащих цифрах). Спин Э. равен 1/2 (в единицах Планка постоянной h), и, следовательно, Э. подчиняются Ферми - Дирака статистике. Магнитный момент Э. - ме = = l,0011596567(35)мo, где м0 - магнетон Бора. Э.- стабильная частица и относится к классу лептонов.

Установление существования Э. было подготовлено трудами многих выдающихся исследователей; в 1897 Э. был открыт Дж. Дж. Томсоном. Назв. "Э". [первоначально предложенное англ, учёным Дж. Стони (1891) для заряда одновалентного иона] происходит от греч. слова elektron, что означает янтарь. Электрич. заряд Э. условились считать отрицательным в соответствии с более ранним соглашением называть отрицательным заряд наэлектризованного янтаря (см. Электрический заряд). Античастица Э. - позитрон (е+) открыта в 1932.

Э. участвует в электромагнитных, слабых и гравитационных взаимодействиях и проявляет многообразие свойств в зависимости от типа взаимодействий. В классич. электродинамике Э. ведёт себя как частица, движение к-рой подчиняется Лоренца - Максвелла уравнениям. Понятие "размер Э." не удаётся сформулировать непротиворечиво, хотя величину r0 = е2/mec2~ 10-13 см принято называть классич. радиусом Э. Причину этих затруднений удалось понять в рамках квантовой механики. Согласно гипотезе де Бройля (1924), Э. (как и все др. материальные микрообъекты) обладает не только корпускулярными, но и волновыми свойствами (см. Корпускулярно-волновой дуализм, Волны де

Бройля). Де-бройлевская длина волны Э. равна X = 2лh/mеv, где v - скорость движения Э. В соответствии с этим Э., подобно свету, могут испытывать интерференцию и дифракцию. Волновые свойства Э. были экспериментально обнаружены в 1927 амер. физиками К. Дэвиссоном и Л. Джермером и независимо англ, физиком Дж. П. Томсоном (см. Дифракция частиц).

Движение Э. подчиняется уравнениям квантовой механики: Шрёдингера уравнению для нерелятивистских явлений и Дирака уравнению - для релятивистских. Опираясь на эти уравнения, можно показать, что все оптич., электрич., магнитные, химич. и механич. свойства веществ объясняются особенностями движения Э. в атомах. Наличие спина существенным образом влияет на характер движения Э. в атоме. В частности, только учёт спина Э. в рамках квантовой механики позволил объяснить периодическую систему элементов Д. И. Менделеева, а также природу химической связи атомов в молекулах.

Э. - член единого обширного семейства элементарных частиц, и ему в полной мере присуще одно из осн. свойств элементарных частиц - их взаимопревращаемость. Э. может рождаться в различных реакциях, самыми известными из к-рых являются распад отрицательно заряженного мюона -) на электрон, электронное антинейтрино (vе) и мюонное нейтрино (vм):

м- = е- + ve + vм ,

а также бета-распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино:

n = р + е- + ve.

Последняя реакция является источником b-лучей при радиоактивном распаде ядер. Оба процесса - частные случаи слабых взаимодействий. Примером электромагнитных процессов, в к-рых происходят превращения Э., может служить аннигиляция электрона и позитрона на два у-кванта

е- + е+ = 2 у.

С 60-х гг. интенсивно изучаются процессы рождения сильно взаимодействующих частиц (адронов) при столкновении электронов с позитронами, напр. рождение цары пи-мезонов:

е- + е+ = л- + л+.

В конце 1974 в аналогичной реакции открыта новая элементарная частица, т. н. J/Ф-частица (см. Резонансы, Элементарные частицы).

Релятивистская квантовая теория Э. (квантовая электродинамика) - самая разработанная область квантовой теории поля, в к-рой достигнуто удивительное согласие с экспериментом. Так, вычисленное значение магнитного момента Э.
30-05-8.jpg

(где а = 1/137,036 - тонкой структуры постоянная) с огромной точностью совпадает с его экспериментальным значением. Однако теорию Э. нельзя считать законченной, поскольку ей присущи внутренние логич. противоречия (см. Квантовая теория поля).

Лит.: М и л л и к е н Р., Электроны (+ и -), протоны, фотоны, нейтроны и космические лучи, пер. с англ., М.- Л., 1939; Андерсон Д., Открытие электрона, пер.

с англ., М., 1968; Т о м с о н Г. П., Семидесятилетний электрон, пер. с англ., "Успехи физических наук", 1968, т. 94, в. 2.

Л. И. Пономарёв.

ЭЛЕКТРОН, редко употребляемое название магниевых сплавов. Под таким назв. в 20-х гг. 20 в. появились первые пром. магниевые сплавы на основе систем Mg - А1 - Zn и Mg - Mn, содержащие до 10% А1, до 3% Zn и до 2,5% Мn.

"ЭЛЕКТРОН", наименование серии сов. искусственных спутников Земли (ИСЗ) для исследования радиац. пояса Земли, космич. лучей, химич. состава околоземного космич. пространства, коротковолнового излучения Солнца и радиоизлучения галактики, микрометеоритов и др. ч Э.-1" и "Э.-З" имели массу 350 кг, диам. 0,75 м, дл. 1,3 м; "Э.-2" и "Э.-4" - массу 445 кг, диам. 1,8 м, дл. 24 м. Измерения, проведённые с помощью ИСЗ "Э.", позволили изучить временные вариации характеристик околоземного космич. пространства при различных уровнях солнечной активности. "Э." запускались попарно одной ракетой-носителем.

Полёты искусственных спутников Земли "Электрон"
 
 Наименование Начальные параметры орбиты
Дата
выпуска
Высота в перигее, 
км
Высота в апогее,
км
Наклонение,
 . . .
Период обращения, мин.
"Электрон - 1"... 30. 1. 64 406 7100 61 169
"Электрон - 2"... - 460 68200 61 1360
"Электрон - 3"... 11. 7. 64 405 7040 60,86 168
"Электрон - 4"... - 459 66235 60,87 1314

ЭЛЕКТРОН ПРОВОДИМОСТИ, электрон металлов и полупроводников, энергия к-рого находится в частично заполненной энергетич. зоне (зоне проводимости, см. Твёрдое тело). В полупроводниках при абс. нуле темп-ры электроны в зоне проводимости отсутствуют. Они появляются при повышении темп-ры, освещении, внедрении примесей и др. внеш. воздействиях. В металлах всегда есть Э. п., и их концентрация велика. При Т=0 К в металле Э. п. занимают все состояния с энерггей, меньшей энергии Ферми. Свойства Э. п. удобно описывать в терминах кинетич. теории газов, пользуясь понятиями длины свободного пробега, частоты столкновений и т. п. В полупроводниках, где число Э. п. относительно мало, газ Э. п. хорошо описывается классической Болъцмана статистикой. В металлах Э. п. образуют вырожденную Ферми-жидкость.

ЭЛЕКТРОНАРКОЗ (от электро... и наркоз), электроанестезия, способ общего обезболивания путём воздействия электрическим током на головной мозг. Наркотизирующее действие электрич. тока, подаваемого импульсами, впервые испытал на себе франц. учёный С. Ледюк в 1902. При совр. Э. применяют импульсный (с частотой от 100 Гц до 6 кгц), синусоидальный и т. н. интерференционный токи; сила тока - от 10 до 200 ма. При любой методике Э. электроды наклг бывают на лобную и затылочную области головы. Наркотизирующий эффект обусловлен снижением активности воспринимающих боль корковых и подкорковых структур головного мозга. Побочные эффекты электрич. воздействия (мышечный спазм, нарушения кровообращения и дыхания) затрудняли практич. применение метода. Развитие анестезиологии обусловило возможность использования Э. (его преимущество - быстрота достижения обезболивания и выхода из состояния наркоза, отсутствие токсич. действия, портативность аппаратуры) в качестве компонента совр. комбинированного наркоза. Специалисты, изучающие проблемы Э., с 1966 объединены в Междунар. об-во электросна и электроанестезии.

Лит.: Электронаркоз в хирургии, Таш., 1966. В. В. Сшаев.

ЭЛЕКТРОНВОЛЬТ, внесистемная единица энергии, равная энергии, приобретаемой частицей, несущей один элементарный заряд (заряд электрона) при перемещении в ускоряющем электрич. поле между двумя точками с разностью потенциалов 1 в. Обозначения: рус. - эв, междунар.- eV.

1 эв = 1,60219- 10-19дж. Применяются кратные единицы килоэлектронвольт (кэв, keV), равный 103 эв, мегаэлектронвольт (Мэв, MeV), равный 106эв. Часто в эв выражают массу элементарных частиц, что основано на уравнении Эйнштейна Е = mс2, связывающем массу частицы m с её полной энергией Е; с - скорость света. Энергия, соответствующая одной атомной единице массы, равна (931,5016+0,0026) Мэв.

ЭЛЕКТРОНИКА, наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и устройств, в к-рых это взаимодействие используется для преобразования электромагнитной энергии, в основном для передачи, обработки и хранения информации. Наиболее характерные виды таких преобразований - генерирование, усиление и приём электромагнитных колебаний с частотой до 1012 гц, а также инфракрасного, видимого, ультрафиолетового и рентгеновского излучений (1012-1020 гц). Преобразование до столь высоких частот возможно благодаря исключительно малой инерционности электрона - наименьшей из ныне известных заряженных частиц. В Э. исследуются взаимодействия электронов как с макрополями в рабочем пространстве электронного прибора, так и с микрополями внутри атома, молекулы или кристаллич. решётки.

Э. опирается на мн. разделы физики - электродинамику, классич. и квантовую механику, физику твёрдого тела, оптику, термодинамику, а также на химию, металлургию, кристаллографию и др. науки. Используя результаты этих и ряда др. областей знаний, Э., с одной стороны, ставит перед др. науками новые задачи, чем стимулирует их дальнейшее развитие, с другой - создаёт новые электронные приборы и устройства и тем самым вооружает науки качественно новыми средствами и методами исследования. Практические задачи Э.: разработка электронных приборов и устройств, выполняющих различные функции в системах преобразования и передачи информации, в системах управления, в вычислит, технике, а также в энергетич. устройствах; разработка науч. основ технологии производства электронных приборов и технологии, использующей электронные и ионные процессы и приборы для различных областей науки и техники.

Э. играет ведущую роль в научно-технич. революции. Внедрение электронных приборов в различные сферы человеческой деятельности в значит, мере (зачастую решающей) способствует успешной разработке сложнейших научно-технич. проблем, повышению производительности физ. и умственного труда, улучшению экономич. показателей производства. На основе достижений Э. развивается пром-сть, выпускающая электронную аппаратуру для различных видов связи, автоматики, телевидения, радиолокации, вычислит, техники, систем управления технологич. процессами, приборостроения, а также аппаратуру светотехники, инфракрасной техники, рентгенотехники и др.

Историческая справка. Э. зародилась в нач. 20 в. после создания основ электродинамики (1856-73), исследования свойств термоэлектронной эмиссии (1882-1901), фотоэлектронной эмиссии (1887-1905), рентгеновских лучей (1895-97), открытия электрона (Дж. Дж. Томсон, 1897), создания электронной теории (1892-1909). Развитие Э. началось с изобретения лампового диода (Дж. А. Флеминг, 1904), трёхэлектродной лампы - триода (Л. де Форест, 1906); использования триода для генерирования электрич. колебаний (нем. инж. А. Мей-снер, 1913); разработки мощных генераторных ламп с водяным охлаждением (М. А. Бонч-Бруевич, 1919-25) для радиопередатчиков, используемых в системах дальней радиосвязи и радиовещания. Вакуумные фотоэлементы (экспериментальный образец создал А. Г. Столетов, 1888; пром. образцы - нем. учёные Ю. Эльстер и Г. Хейтель, 1910); фотоэлектронные умножители - однокаскадные (П. В. Тимофеев, 1928) и многокаскадные (Л. А. Кубецкий, 1930)- позволили создать звуковое кино, послужили основой для разработки передающих телевизионных трубок: видикона (идея предложена в 1925 А. А. Чернышёвым), иконоскопа (С. И. Катаев и независимо от него В. К. Зворыкин, 1931-32), супериконоскопа (П. В. Тимофеев, П. В. Шмаков, 1933), суперортикона (двухсторонняя мишень для такой трубки была предложена сов. учёным Г. В. Брауде в 1939; впервые суперортикон описан амер. учёными А. Розе, П. Веймером и X. Лоу в 1946) и др. Создание многорезонаторного магнетрона (Н. Ф. Алексеев и Д. Е. Маляров, под рук. М. А. Бонч-Бруевича, 1936-37), отражательного клистрона (Н. Д. Девятков и др. и независимо от них сов. инж. В. Ф. Коваленко, 1940) послужило основой для развития радиолокации в сантиметровом диапазоне волн; пролётные клистроны (идея предложена в 1932 Д. А. Рожанским, развита в 1935 сов. физиком А. Н. Арсеньевой и нем. физиком О. Хайлем, реализована в 1938 амер. физиками Р. и 3. Варианами и др.) и лампы бегущей волны (амер. учёный Р. Компфнер, 1943) обеспечили дальнейшее развитие систем радиорелейной связи, ускорителей элементарных частиц и способствовали созданию систем космич. связи. Одновременно с разработкой вакуумных электронных приборов создавались и совершенствовались газоразрядные приборы (ионные приборы), напр, ртутные вентили, используемые гл. обр. для преобразования переменного тока в постоянный в мощных пром. установках; тиратроны для формирования мощных импульсов электрич. тока в устройствах импульсной техники; газоразрядные источники света.

Использование кристаллич. полупроводников в качестве детекторов для радиоприёмных устройств (1900-05), создание купроксных и селеновых выпрямителей тока и фотоэлементов(1920- 1926), изобретение кристадина (О. В. Лосев, 1922), изобретение транзистора (У. Шокли, У. Браттейн, Дж. Бардин, 1948) определили становление и развитие полупроводниковой электроники. Разработка планарной технологии полупроводниковых структур (кон. 50 - нач. 60-х гг.) и методов интеграции мн. элементарных приборов (транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов) на одной монокристаллич. полупроводниковой пластине привело к созданию нового направления в Э. - микроэлектроники (см. также Интегральная электроника). Осн. разработки в области интегральной Э. направлены на создание интегральных схем - микроминиатюрных электронных устройств (усилителей, преобразователей, процессоров ЭВМ, электронных запоминающих устройств и т. п.), состоящих из сотен и тысяч электронных приборов, размещаемых на одном полупроводниковом кристалле площадью в неск. мм2. Микроэлектроника открыла новые возможности для решения таких проблем, как автоматизация управления технологич. процессами, переработка информации, совершенствование вычислит, техники и др., выдвигаемых развитием совр. общественного производства. Создание квантовых генераторов (Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и независимо от них Ч. Тайне, 1955) - приборов квантовой электроники - определило качественно новые возможности Э., связанные с использованием источников мощного когерентного излучения оптич. диапазона (лазеров) и построением сверхточных квантовых стандартов частоты.

Сов. учёные внесли крупный вклад в развитие Э. Фундаментальные исследования в области физики и технологии электронных приборов выполнили М. А. Бонч-Бруевич, Л. И. Мандельштам, Н. Д. Папалекси, С. А. Векшинский, А. А. Чернышёв, М. М. Богословский и мн. др.; по проблемам возбуждения и преобразования электрич. колебаний, излучения, распространения и приёма радиоволн, их взаимодействия с носителями тока в вакууме, газах и твёрдых телах - Б. А. Введенский, В. Д. Калмыков, А. Л. Минц, А. А. Расплетин, М. В. Шулейкин и др.; в области физики полупроводников - А. Ф. Иоффе; люминесценции и по др. разделам физ. оптики - С. И. Вавилов; квантовой теории рассеяния света излучения, фотоэффекта в металлах - И. Е. Тамм и мн. др.

Области, основные разделы и направления электроники. Э. включает в себя 3 области исследований: вакуумную Э., твердотельную Э., квантовую Э. Каждая область подразделяется на ряд разделов и ряд направлений. Раздел объединяет комплексы однородных физико-химических явлений и процессов, к-рые имеют фундаментальное значение для разработки мн. классов электронных приборов данной области. Направление охватывает методы конструирования и расчётов электронных приборов, родственных по принципам действия или по выполняемым ими функциям, а также способы изготовления этих приборов.

Вакуумная Э. содержит следующие разделы: 1) эмиссионная Э., охватывающая вопросы термо-, фотоэмиссии, вторичной электронной эмиссии, туннельной эмиссии, исследования катодов и антиэмиссионных покрытий; 2) формирование потоков электронов и потоков ионов, управление этими потоками; 3) формирование электромагнитных полей с помощью резонаторов, систем резонаторов, замедляющих систем, устройств ввода и вывода энергии; 4) электронная люминесценция (катодолюминесценция); 5) физика и техника высокого вакуума (его получение, сохранение и контроль); 6) теплофиз. процессы (испарение в вакууме, формоизменение деталей при циклич. нагреве, разрушение поверхности металлов при импульсном нагреве, отвод тепла от элементов приборов); 7) поверхностные явления (образование плёнок на электродах и изоляторах, неоднородностей на поверхностях электрода); 8) технология обработки поверхностей, в т. ч. электронная, ионная и лазерная обработка; 9) газовые среды - раздел, включающий вопросы получения и поддержания оптимального состава и давления газа в газоразрядных приборах. Осн. направления вакуумной Э. охватывают вопросы создания электровакуумных приборов (ЭВП) след, видов: электронных ламп (триодов, тетродов, пентодов и т. д.); ЭВП СВЧ (магнетронов, клистронов и т. д.), электроннолучевых приборов (кинескопов, осциллографич. трубок и т. д.); фотоэлектронных приборов (фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей), рентгеновских трубок; газоразрядных приборов (мощных преобразователей тока, источников света, индикаторов).

Разделы и направления твердотельной Э. в основном связаны с полупроводниковой Э. Фундаментальные разделы последней охватывают след, вопросы: 1) изучение свойств полупроводниковых материалов, влияние примесей на эти свойства; 2) создание в кристалле областей с различной проводимостью методами эпитаксиального выращивания (см. Эпитаксия), диффузии, ионного внедрения (имплантации), воздействием радиации на полупроводниковые структуры; 3) нанесение диэлектрич. и металлич. плёнок на полупроводниковые материалы, разработка технологии создания плёнок с необходимыми свойствами и конфигурацией; 4) исследование физ. и хим. процессов на поверхности полупроводников; 5) разработку способов и средств получения и измерения элементов приборов микронных и субмикронных размеров. Осн. направления полупроводниковой Э. связаны с разработкой и изготовлением различных видов полупроводниковых приборов: полупроводниковых диодов (выпрямительных, смесительных, параметрических, стабилитронов), усилительных и генераторных диодов (туннельных, лавинно-пролётных, диодов Ганна), транзисторов (биполярных и униполярных), тиристоров, оптоэлектронных приборов (светоизлу-чающих диодов, фотодиодов, фототранзисторов, оптронов, светодиодных и фотодиодных матриц), интегральных схем. К направлениям твердотельной Э. относятся также диэлектрич. электроника, изучающая электронные процессы в диэлектриках (в частности, в тонких диэлектрич. плёнках) и их использование, напр, для создания диэлектрич. диодов, конденсаторов; магнитоэлектроника, использующая магнитные свойства вещества для управления потоками электромагнитной энергии с помощью ферритовых вентилей, циркуляторов, фазовращателей и т. д. и для создания запоминающих устройств, в т. ч. на магнитных доменах; акустоэлектроника и пьезоэлектроника, рассматривающие вопросы распространения поверхностных и объёмных акустич. волн и создаваемых ими переменных электрич. полей в кристаллич. материалах и взаимодействия этих полей с электронами в приборах с полупроводниково-пьезоэлектрич. структурой (кварцевых стабилизаторах частоты, пьезоэлектрич. фильтрах, ультразвуковых линиях задержки, акустоэлектронных усилителях и т. д.); криоэлектроника, исследующая изменения свойств твёрдого тела при глубоком охлаждении для построения малошумящих усилителей и генераторов СВЧ, сверхбыстродействующих вычислительных и запоминающих устройств; разработка и изготовление резисторов.

Наиболее важные направления квантовой Э. - создание лазеров и мазеров. На основе приборов квантовой Э. строятся устройства для точного измерения расстояний (дальномеры), квантовые стандарты частоты, квантовые гироскопы, системы оптич. многоканальной связи, дальней космич. связи, радиоастрономии. Энергетич. воздействие лазерного концентрированного излучения на вещество используется в пром. технологии. Лазеры находят различное применение в биологии и медицине.

Э. находится в стадии интенсивного развития; для неё характерно появление новых областей и создание новых направлений в уже существующих областях.

Технология электронных приборов. Конструирование и изготовление электронных приборов базируются на использовании сочетания разнообразных свойств материалов и физико-химич. процессов. Поэтому необходимо глубоко понимать используемые процессы и их влияние на свойства приборов, уметь точно управлять этими процессами. Исключительная важность физико-химич. исследований и разработка науч. основ технологии в Э. обусловлены, во-первых, зависимостью свойств электронных приборов от наличия примесей в материалах и веществ, сорбированных на поверхностях рабочих элементов приборов, а также от состава газа и степени разряжения среды, окружающей эти элементы; во-вторых,- зависимостью надёжности и долговечности электронных приборов от степени стабильности применяемых исходных материалов и управляемости технологии. Достижения технологии нередко дают толчок развитию новых направлений в Э. Общие для всех направлений Э. особенности технологии состоят в исключительно высоких (по сравнению с др. отраслями техники) требованиях, предъявляемых в электронной пром-сти к свойствам используемых исходных материалов; степени защиты изделии от загрязнения в процессе произ-ва; геом. точности изготовления электронных приборов. С выполнением первого из этих требований связано создание мн. материалов, обладающих сверхвысокими чистотой и совершенством структуры, с заранее заданными физико-химич. свойствами - спец. сплавов монокристаллов, керамики, стёкол и др. Создание таких материалов и исследование их свойств составляют предмет спец. научно-технич. дисциплины - электронного материаловедения. Одной из самых острых проблем технологии, связанных с выполнением второго требования, является борьба за уменьшение запылённости газовой среды, в к-рой проходят наиболее важные, технологич. процессы. В ряде случаев допустимая запылённость - не св. трёх пылинок размером менее 1 мкм в 1 м3. О жёсткости требований к геом. точности изготовления электронных приборов свидетельствуют, напр., след, цифры: в ряде случаев относит, погрешность размеров не должна превышать 0,001%; абс. точность размеров и взаимного расположения элементов интегральных схем достигает сотых долей мкм. Это требует создания новых, более совершенных методов обработки материалов, новых средств и методов контроля. Характерным для технологии в Э. является необходимость широкого использования новейших методов и средств: электроннолучевой, ультразвуковой и лазерной обработки и сварки, фотолитографии, электронной и рентгеновской литографии, электроискровой обработки, ионной имплантации, плазмо-химии, молекулярной эпитаксии, электронной микроскопии, вакуумных установок, обеспечивающих давление остаточных газов до 10-13 мм рт. ст. Сложность мн. технологич. процессов требует исключения субъективного влияния человека на процесс, что обусловливает актуальность проблемы автоматизации произ-ва электронных приборов с применением ЭВМ наряду с общими задачами повышения производительности труда. Эти и другие специфические особенности технологии в Э. привели к необходимости создания нового направления в машиностроении - электронного машиностроения.

Перспективы развития Э. Одна из осн. проблем, стоящих перед Э., связана с требованием увеличения количества обрабатываемой информации вычислит, и управляющими электронными системами с одноврем. уменьшением их габаритов и потребляемой энергии. Эта проблема решается путём создания полупроводниковых интегральных схем, обеспечивающих время переключения до 10-11 сек; увеличения степени интеграции на одном кристалле до миллиона транзисторов размером 1-2 мкм; использования в интегральных схемах устройств оптич. связи и оптоэлектронных преобразователей (см. Оптоэлектроника), сверхпроводников; разработки запоминающих устройств ёмкостью неск. мегабит на одном кристалле; применения лазерной и электроннолучевой коммутации; расширения функциональных возможностей интегральных схем (напр., переход от микропроцессора к микроЭВМ на одном кристалле); перехода от двумерной (пленарной) технологии интегральных схем к трёхмерной (объёмной) и использования сочетания различных свойств твёрдого тела в одном устройстве; разработки и реализации принципов и средств стереоскопического телевидения, обладающего большей информативностью по сравнению с обычным; создания электронных приборов, работающих в диапазоне миллиметровых и субмилллметровых волн, для широкополосных (более эффективных) систем передачи информации, а также приборов для линий оптич. связи; разработки мощных, с высоким кпд, приборов СВЧ и лазеров для энергетич. воздействия на вещество и направленной передачи энергии (напр., из космоса). Одна из тенденций развития Э.- проникновение её методов и средств в биологию (для изучения клеток и структуры живого организма и воздействия на него) и медицину (для диагностики, терапии, хирургии). По мере развития Э. и совершенствования технологии произ-ва электронных приборов расширяются области использования достижения Э. во всех сферах жизни и деятельности людей, возрастает роль Э. в ускорении научно-технич. прогресса. А. И. Шокин.

ЭЛЕКТРОННАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ ТЕЛЕФОННАЯ СТАНЦИЯ (ЭАТС), телефонная станция, в к-рой коммутация линий и каналов, а также управление процессами коммутации осуществляются устройствами на электронных элементах (полупроводниковых приборах, интегральных схемах, ферритах и т. д.). Принципы построения коммутац. устройств ЭАТС определяются гл. обр. методами разделения каналов - пространств., частотного, временного разделения (коммутации); при этом методы частотного и временного разделения аналогичны методам уплотнения линий связи (см. Линии связи уплотнение). Распространение (1978) получили ЭАТС, в которых используются пространственная или (и) временная коммутация линий и каналов (см. Электросвязь). К ЭАТС с пространственной коммутацией относятся станции, выполненные на основе т. н. пространственных полупроводниковых соединителей. Пространственная коммутация используется в основном в ЭАТС малой и средней ёмкости. В ЭАТС с временной коммутацией линия связи или групповой тракт связи посредством электронных коммутаторов в определённые моменты предоставляется для передачи импульсных сигналов каждого канала. В таких ЭАТС для разделения сообщений применяют импульсную модуляцию колебаний: в оконечных ЭАТС малой и средней ёмкости - амплитудно-импульсную и широтно-импульсную; в транзитных ЭАТС большой и средней ёмкости - импульсно-кодовую (ИКМ). Наиболее перспективны системы с ИКМ, при использовании к-рых открывается возможность объединения (интеграции) процессов передачи и коммутации и создания на этой основе интегральных цифровых систем связи. В англоязычной научно-технической литературе к ЭАТС с пространств, коммутацией относят также механоэлектронные автоматич. телеф. станции (построенные на миниатюрных многократных координатных соединителях) и квазиэлектронные автоматические телефонные станции.

Лит.: Л у т о в М. Ф., Электронные АТС, о кн.: Радиотехника и электросвязь, М., 1966 (ВИНИТИ." Итоги науки и техники); П р а г е р Э., Т р н к а Я., Электронные телефонные станции, пер. с чешек., М., 1976.

М. Ф. Лутов.

ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА (ЭВМ), вычислительная машина, основные функциональные элементы к-рой (логические, запоминающие, индикационные и т. д.) выполнены на электронных лампах или полупроводниковых приборах, либо на интегральных микросхемах и т. д. Первые ЭВМ, как аналоговые (см. Аналоговая вычислительная машина), так и цифровые (см. Цифровая вычислительная машина), появились в сер. 40-х гг. 20 в. Благодаря преимуществам ЭВМ по сравнению с вычислительными машинами др. типов (высокое быстродействие, компактность, надёжность, автоматизация вычислит, процесса и др.) они получили преим. использование при научно-технич. расчётах, обработке информации (в т. ч. планировании, учёте, прогнозировании и др.), автоматич. управлении. См. также Вычислительная техника, Кибернетика техническая, Сеть вычислительных центров, Управления автоматизированная система. Управление в технике.

ЭЛЕКТРОННАЯ И ИОННАЯ ОПТИКА, наука о поведении пучков электронов и гонов в вакууме под воздействием электрич. и магнитных полей. Т. к. изучение электронных пучков началось ранее, чем ионных, и первые используют гораздо шире, чем вторые, весьма распространён термин "электронная оптика". Э. и и. о. занимается гл. обр. вопросами формирования, фокусировки и отклонения пучков зпряж. частиц, а также получения с их помощью изображений, к-рые можно визуализировать на люминесцирующих экранах или фотография, плёнках. Такие изображения принято наз. электроннооптич. и ионнооптич. изображениями. Развитие Э. и и. о. в значит, степени обусловлено потребностями электронной техники.

Зарождение Э. и и. о. связано с созданием в кон. 19 в. электроннолучевой трубки (ЭЛТ). В первой осциллография. ЭЛТ, изготовленной в 1897 К. Ф. Брауном, электронный пучок отклонялся магнитным полем. Отклонение с помощью электростатич. поля осуществил в своих опытах по определению отношения заряда электрона к его массе Дж. Дж. Томсон, пропуская пучок через плоский конденсатор, помещённый внутри ЭЛТ. В 1899 нем. физик И. Э. Вихерт применил для фокусировки электронного пучка в ЭЛТ катушку из изолированной проволоки, по к-рой протекал электрич. ток. Однако лишь в 1926 нем. учёный X. Буш теоретически рассмотрел движение заряж. частиц в магнитном поле такой катушки и показал, что она пригодна для получения правильных электроннооптич. изображений и, следовательно, является электронной линзой (ЭЛ). Последующая разработка электронных линз (магнитных и электростатических) открыла путь к созданию электронного микроскопа, электроннооптического преобразователя и ряда др. приборов, в к-рых формируются правильные электроннооптич. изображения объектов - либо испускающих электроны, либо тем или иным образом воздействующих на электронные пучки. Конструирование специализированных ЭЛТ для телевиз. и радиолокац. аппаратуры, для записи, хранения и воспроизведения информации и т. п. привело к
дальнейшему развитию разделов Э. и и. о., связанных с управлением пучками заряж. частиц. Значит, влияние на развитие Э. и и. о. оказала разработка аппаратуры для анализа потоков электронов И ионов (бета-спектрометров, массспектрометров и др. аналитич. приборов). В Э. и и. о., как правило, не рассматриваются вопросы, возникающие в сверхвысоких частот технике, лишь изредка рассматриваются процессы в электронных лампах, ускорителях заряженных частиц и др. приборах и устройствах, специфика к-рых отделяет их от осн. направлений Э. и и. о.

Для решения большинства задач Э. и и. о. достаточно рассматривать движение заряж. частиц в рамках классич. механики, т. к. волновая природа частиц (см. Корпускулярно-волновой дуализм) в этих задачах практически не проявляется. В таком приближении Э. и и. о. носит назв. геометрической Э. ии. о., что обусловлено наличием глубокой аналогии между геом. Э. и и. о. и геометрической оптикой световых лучей, к-рая выражается в том, что поведение пучков заряж. частиц в электрич. и магнитных полях во многом подобно поведению пучков лучей света в неоднородных оптич. средах. Качественно это подобие обнаруживается уже при сравнении рис. 1 и 2. В основе указанной аналогии лежит более общая аналогия между классич. механикой и световой геом. оптикой, установленная У. Р. Гамильтоном, доказавшим в 1834, что общее уравнение механики (уравнение Гамильтона - Якоби) по форме подобно оптич. уравнению эйконале. Как и в световой геом. оптике, в геом. Э. и и. о. вводится понятие преломления показателя, при вычислении погрешностей изображения - аберраций, 6. ч. к-рых аналогична аберрациям оптических систем,- зачастую используется метод эйконала. Когда приближение геом. Э. и и. о. недостаточно, напр, при исследовании разрешающей способности электронного микроскопа, привлекаются методы квантовой механики.

В электроннооптич. устройствах широко применяются электрич. и магнитные поля, обладающие симметрией вращения относительно оптич. оси системы. ЭЛ и электронные зеркала с такими полями наз. осесимметричным и. Электрич. поля с симметрией вращения создаются электродами в виде цилиндров, чашечек, диафрагм с круглыми отверстиями и т. п. (рис. 3). Для получения осеснмметричных магнитных полей используют электромагниты (иногда постоянные магниты) с полюсами в форме тел вращения или тороидальные катушки с намоткой из изолированной проволоки, по к-рой пропускается электрич. ток (рис. 4). Осесимметричные линзы и зеркала создают правильные электроннооптич. изображения, если заряж. частицы движутся достаточно близко к оси симметрии поля, а их нач. скорости мало отличаются друг от друга. Если эти условия не выполняются, погрешности изображения становятся весьма значительными. Когда предмет и изображение лежат за пределами поля, осесимметричные ЭЛ - всегда собирающие. В электростатич. осесимметричных ЭЛ, как и в светооптич. линзах со сферич. поверхностями, изображение может быть только прямым или перевёрнутым, в магнитных ЭЛ - оно дополнительно повёрнуто на нек-рый угол. Электроннооптич. свойства поля с симметрией вращения определяются положением его кардинальных точек, аналогичных кардинальным точкам осесимметричных светооптич. изображающих систем: двух фокусов, двух главных точек и двух узловых точек. Построение изображения производится по правилам световой геом. оптики. Электростатич. осесимметричным полям свойственны те же пять видов геом. аберраций третьего порядка, что и светооптическим центрированным системам сферич. поверхностей: сферическая аберрация, астигматизм, кривизна поля изображения, дисторсия и кома. В магнитных полях к ним добавляются ещё три: т. н. анизотропные дисторсия, астигматизм и кома. Кроме того, существуют три вида хроматич. аберраций (в электростатич. полях - два), обусловленных нек-рым неизбежным разбросом энергий поступающих в поле частиц. Вообще говоря, аберрации полей с симметрией вращения в сопоставимых условиях значительно превышают по величине аберрации светооптич. центрированных систем, т. е. ЭЛ и электронные зеркала по качеству существенно уступают светооптическим. Вопрос о компенсации аберраций или их уменьшений является одним из основных в теоретич. Э. и и. о.

Существуют и др. типы ЭЛ и зеркал, поля к-рых обладают различными видами симметрии. Они формируют изображения точечных объектов в виде отрезков линий, однако иногда способны осуществлять и стигматическую фокусировку (точка в точку). Т. н. цилиндрич. электростатич. и магнитные линзы и зеркала создают линейные изображения точечных предметов. Поля в таких ЭЛ "двумерны" (их напряжённости описываются функциями только двух декартовых координат) и симметричны относительно нек-рой средней плоскости, вблизи к-рой движутся заряж. частицы. В ряде аналитич. электровакуумных приборов высококачеств. фокусировка необходима только в одном направлении. В этих случаях целесообразно применять т. н. трансаксиальные электростатич. ЭЛ или трансаксиальные электронные зеркала, аберрации к-рых в средней плоскости очень малы (сравнимы с аберрациями светооптич. линз). Для воздействия на пучки заряж. частиц с большими энергиями используют квадрупольные ЭЛ (электрич. и магнитные). Для отклонения пучков заряж. частиц используют электроннооптич. устройства с электрич. или магнитными полями, направленными поперёк пучка. Простейшим электрич. отклоняющим элементом является плоский конденсатор (рис. 5). В ЭЛТ с целью уменьшения отклоняющего напряжения применяют системы с электродами более сложной формы. Магнитные поля, предназначенные для отклонения пучков, создаются электромагнитами (рис. 6) или проводниками, по к-рым течёт ток.

Очень разнообразны формы отклоняющих электрич. и магнитных полей, применяемых в аналитич. приборах, в к-рых используется свойство этих полей разделять (разрешать) заряж. частицы по энергии и массе. Широко используется также их свойство фокусировать пучки.

Электрич. поля обычно формируются различными конденсаторами: плоским, цилиндрич. (рис. 7), сферическим (рис. 8). Из магнитных полей часто применяются однородное поле (рис. 9) и секторное поле (рис. 10). Для улучшения качества фокусировки искривляют границы секторных магнитных полей, а также применяют неоднородные магнитные поля, напряжённость к-рых меняется по определ. закону.

Перечисленные отклоняющие электрич. и магнитные устройства, иногда наз. электронными (ионными) призмами, отличаются от светооптич. призм тем, что они не только отклоняют, но и фокусируют пучки заряж. частиц. Фокусировка приводит к тому, что попадающие в поля таких устройств параллельные пучки после отклонения перестают быть параллельными. Между тем для создания высококачеств. аналитич. электронных и ионных приборов по точной аналогии со светооптич. призменным спектрометром необходимы электронные (ионные) призмы, к-рые подобно световым призмам сохраняют параллельность пучков. В качестве таких электронных призм применяют телескопич. системы электронных линз. Добавив к электронной призме две ЭЛ, одну т. н. коллиматорную на входе, другую - фокусирующую на выходе, можно получить аналитич. прибор, в котором сочетаются высокая разрешающая способность и большая электроннооптич. светосила.

Лит.: Арцимович Л. А., Лукьянов С. Ю., Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях, М., 1972; Бонштедт Б. Э., Маркович М. Г., Фокусировка и отклонение пучков в электроннолучевых приборах, М., 1967; Брюхе Е., Шерцер О., Геометрическая электронная оптика, пер. с нем., Л., 1943; Г л а з е р В., Основы электронной оптики, пер. с нем., М., 1957; Гринберг Г. А., Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений, М.- Л., 1948; Зинченко Н. С., Курс лекций по электронной оптике, 2 изд., Хар., 1961; Ке л ь м а н В.М., Я в о р С. Я., Электронная оптика, 3 изд., Л., 1968; Страшкевич А. М., Электронная оптика электростатических систем, М.- Л., 1966; Явор С. Я., Фокусировка заряженных частиц квадрупольными линзами, М., 1968. В. М. Келъман, И. В. Родникова.

ЭЛЕКТРОННАЯ КАМЕРА, электронно-оптич. прибор для воспроизведения изображений объектов на фотоэмульсии (т. н. электронографич. пластинка), чувствительной к воздействию потока электронов. В астрономии Э. к. применяются в сочетании со светосильными телескопами, с помощью к-рых оптлч. изображение объекта проецируется на фотокатод камеры. Возникающий при этом поток фотоэлектронов проецируется с помощью той или иной электроннооптич. системы (электростатич., магнитной, электромагнитной или комбинированной; см. Электронная и ионная оптика) на электронографич. пластинку, где и фиксируется электронное изображение объекта, соответствующее его оптич. изображению на фотокатоде. Благодаря более эффективному, в сравнении с обычной фотографией, использованию светового потока, особенно в инфракрасной области спектра, Э. к. позволяют значительно сокращать выдержки, а в ряде случаев повышать проницающую силу телескопов.

Поскольку плотность изображения на эмульсии пропорциональна плотности падающего потока электронов, а последняя таким же образом зависит от освещённости фотокатода, то в характеристич. кривой Э. к. нет области недодержек, свойственной обычным фотографич. эмульсиям. Это обстоятельство, а также значит, способность электронографич. эмульсии к накоплению суммарного по времени воздействия электронов и её высокая разрешающая способность позволяют применять Э. к. для выявления слабых деталей спектров н структуры протяжённых небесных объектов.

Первая Э. к. для астрономич. целей была создана А. Лаллеманом (Франция) в 50-х гг. 20 в.

Лит.: Курс астрофизики и звездной астрономии, под ред. А. А. Михайлова, 3 изд., т. 1, М., 1973. Н. П. Ерпылёе.

ЭЛЕКТРОННАЯ КОНФИГУРАЦИЯ, см. в ст. Атом.

ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА, электровакуумный прибор, действие к-рого осн. на изменении потока электронов (отбираемых от катода и движущихся в вакууме) электрич. полем, формируемым с помощью электродов. В зависимости от значения выходной мощности Э. л. подразделяются на приёмно-усилителъные лампы (выходная мощность не св. 10 вm) и генераторные лампы (св. 10 вm).

Первые Э. л. (нач. 20 в.) - электровакуумные диоды и триоды - разрабатывались на основе техники производства ламп накаливания и по внешнему виду весьма Походили на последние: стеклянная колба, в центре к-рой размещалась вольфрамовая нить накала, служащая катодом (слово "лампа" в названии "Э. л." подчёркивало это сходство, "электронная" указывало на принципиальные различия). Уже в 30-е гг. внеш. вид Э. л. существенно изменился, однако слово "лампа" в её назв. сохранилось до сих пор. В 1-й пол. 20 в. Э, л. оказали решающее влияние на характер развития радиотехники. На их основе возникли радиосвязь, звуковое радиовещание, телевидение, радиолокация, вычислительная техника (ЭВМ 1-го поколения). За период 1921-41 ежегодный мировой выпуск Э. л. возрос с одного до сотен млн. штук. Однако успехи полупроводниковой электроники обусловили бесперспективность дальнейшей разработки радиоаппаратуры на приёмно-усилительных лампах. В 60-70-х гг. разработка такой аппаратуры была прекращена; в результате ежегоднвш мировой выпуск приёмно-усилит. ламп за 1960-75 уменьшился примерно в 3 раза. Успехи полупроводниковой электроники не повлияли на развитие генераторных ламп (поскольку выходная мощность полупроводниковых приборов на радиочастотах не превышает 10-100 em). Выпускаемые генераторные лампы (триоды и тетроды) характеризуются мощностью от 50 вт до 3 Мет в непрерывном режиме и до 10 Мвт в импульсном. При разработке новых типов генераторных ламп гл. внимание уделяется линейности сеточной характеристики (зависимости анодного тока Э. л. от напряжения на первой - управляющей - сетке; у совр. ламп искажения 3-го порядка снижены до - 45 дб); увеличению коэфф. усиления по мощности (до 25- 30 дб); повышению кпд (напр., у триодов с магнитной фокусировкой электронов, используемых для высокочастотного нагрева, он доведён до 90% ); уменьшению сеточного тока и т. д.

Лит.: Власов В. Ф., Электронные и ионные приборы, 3 изд., М., 1960; И и н г с т Т. [и др.], Лампы большой мощности с сеточным управлением - 1972 г., пер. с англ., "Труды Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике", 1973, т. 61, № 3, с. 121-52; К л е й н е р Э. Ю., Основы теории электронных ламп, М., 1974. В. Ф. Коваленко.