АСФАЛЬТИРОВАНИЕ, устройство асфальтобетонных покрытий на автомобильных дорогах, улицах, аэродромах и т. п. путём укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси по предварительно подготовленному основанию. В зависимости от назначения покрытия асфальтобетонную смесь (асфальтобетон) укладывают в один или два слоя на основание из щебня, гравия (нежёсткое основание) или бетона (жёсткое основание). Нижний слой толщиной 4-5 см устраивают из крупно- или среднезерни-стой смеси с остаточной пористостью 5-10% ; верхний слой толщиной 3-4 см-из средне- или мелкозернистой смеси (остаточная пористость 3-5%). При тяжёлых нагрузках и интенсивном движении транспорта покрытия устраивают 3-4-слойными общей толщиной 12-15 см. АСФАЛЬТИРОВАНИЕ начинается с очистки основания от пыли и грязи механич. дорожными щётками и поливомоечными машинами, исправления неровностей основания, обработки его поверхности жидким битумом или битумной эмульсией. Асфальтобетонная смесь приготовляется в асфальтобетоно-смесителях на стационарных или полустационарных заводах (установках), доставляется на место автомобилями-самосвалами и загружается в приёмный бункер асфалътобетоноукладчика, к-рый укладывает, разравнивает и предварительно уплотняет смесь. Окончат. уплотнение осуществляется катками дорожными. .
КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, отрасль строительства, занятая сооружением объектов, связанных с обслуживанием жителей городов, посёлков городского типа, районных сельских центров и населённых пунктов сельской местности. В числе этих объектов: системы водоснабжения и канализации с очистными сооружениями и сетями; сооружения городского электрического транспорта с путевым, энергетическим хозяйством, депо и ремонтными предприятиями; сети газоснабжения и теплоснабжения с распределительными пунктами, районными и квартальными котельными; электрические сети и устройства напряжением ниже 35 кв; гостиницы; городские гидротехнические сооружения; объекты внешнего благоустройства населённых мест, озеленения, дороги, мосты, путепроводы, ливнестоки; предприятия санитарной очистки, мусороперерабатывающие и др. Планомерное развитие КОММУНАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА в СССР началось ещё в 1-й пятилетке и осуществлялось нарастающими темпами до начала Великой Отечеств, войны 1941-45. В годы 4-й пятилетки (1946-50) проводились работы по восстановлению объектов коммунального назначения, разрушенных во время нем.-фаш. оккупации. В последующие годы КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО велось высокими темпами в связи с бурным развитием промышленности, культуры, увеличением численности городов и посёлков городского типа .
ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО, теория и практика планировки и застройки городов (см. Город). ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО определяют социальный строй, уровень развития производственных сил, науки и культуры, природно-климатичие условия и национальные особенности страны. ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО охватывает сложный комплекс социально-экономических, строительно-технических, архитектурно-художественных, а также санитарно-гигиенических проблем. Общим для ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО досоциалистических формаций является большее или меньшее влияние на него частной собственности на землю и недвижимое имущество..
ЗЕЛЁНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, составная часть современного градостроительства. Городские парки, сады, скверы, бульвары, загородные парки (лесопарки, лугопарки, гидропарки, исторические, этнографические, мемориальные), национальные парки, народные парки, тесно связанные с планировочной структурой города, являются необходимым элементом общегородского ландшафта. Они способствуют образованию благоприятной в санитарно-гигиеническом отношении среды, частично определяют функциональную организацию городских территорий, служат местами массового отдыха трудящихся и содействуют художественной выразительности архитектурых ансамблей. При разработке проектов садов и парков учитывают динамику роста деревьев, состояние и расцветку их крон в зависимости от времени года.
| лирования, напр.:
[2-1.jpg]
К. легко присоединяет воду с образованием уксусной к-ты, а также кетоны; так, из К. и ацетона получается диметил-в-пропиолактон
[2-2.jpg]
К. устойчив при -80 °С, при О °С он легко димеризуется в дикетен (метилен-в-пропиолактон )
[2-3.jpg]
из к-рого пиролизом при 550-600 °С можно регенерировать К. По токсичности К. близок к фосгену.
В пром-сти К. получают пиролизом уксусной к-ты в присутствии триэтилфосфата или пиролизом ацетона над глинозёмом. Общий метод синтеза К. и др. кетенов состоит в отщеплении галогенов от галогенангидридов а-галогенкарбоновых к-т:
[2-4.jpg]
В лаборатории К. удобно получать пиролизом ацетона или уксусного ангидрида в специальном приборе - т. н. кетенной лампе.
К. применяют в пром-сти для превращения уксусной к-ты в ангидрид, для получения ацетилцеллюлозы, в синтезе пропиолактона и др.
Лит.: Л е и с и Р. Н., Кетен в органическом синтезе, в кн.: Успехи органической химии, пер. с англ., т. 2, М., 1964, с. 204. Я. Ф. Комиссаров.
КЁТЕН (Kothen), город в ГДР в округе Галле. 36,6 тыс. жит. (1970). Транспортный узел. Сах., текст, пром-сть, произ-во горного оборудования. НИИ сахара. Близ К.- добыча бурого угля. Центр р-на торгового садоводства.
КЕТЛЕ (Quetelet) Ламбер Адольф Жак (22.2.1796, Гент,- 17.2.1874, Брюссель), бельгийский математик, астроном, метеоролог, социолог; один из создателей науч. статистики. Проф. математики и астрономии в Брюсселе (1819). С 1820 член, с 1834 секретарь Белы. АН. С 1832 директор основанной им астрономич. и метеорологич. обсерватории в Брюсселе. В 1841-74 председатель Центр, белы, статистич. комиссии, учреждённой по его инициативе; организатор Первого междунар. статистич. конгресса (Брюссель, 1853); председатель первого междунар. метеорологич. совещания - Конференции по морской метеорологии (1855). Произвёл обширные исследования климата Бельгии и земного шара. Автор "Элементарной астрономии", выдержавшей 5 изданий (1826-48).
С позиций позитивизма К. утверждал, что социальная жизнь и физ. явления подчиняются законам одного порядка и должны изучаться точными методами матем. статистики. Выдвинул понятие "среднего человека" (homme moyen), обладающего средними физ., интеллектуальными и моральными характеристиками; отд. индивиды, по К., лишь искажённые выражения среднего типа. К. стремился открыть законы его сохранения. Он доказал, что некоторые массовые общественные явления (рождаемость, смертность, преступность и др.) подчиняются определённым закономерностям. К. Маркс оценивал кн. К. "О человеке и развитии его способностей, или Опыт социальной физики" (т. 1-2, 1835) как "... превосходный научный труд..." (см. К. Маркс и Ф. Энгельс, Соч., 2 изд., т. 8, с. 531), но отмечал, что К. не смог объяснить установленных им закономерностей (см. там же, т. 32, с. 495-96).
К. оказал значит, влияние на развитие количеств, методов в социальных исследованиях.
Соч.: Astronomie elementaire, Brux., 1826; Le climat de Belgique, v. .1 - 2, Brux., 1849 - 57; Meteorologie de Belgique, comparee a celle du globe, Brux., 1867, в рус. пер.Социальная система и законы, ею управляющие, СП Б, 1866.
Лит.: Райхесберг Н. М., А. Кетле. Его жизнь и научная деятельность, СПБ, 1894; Halbwachs М., La theorie de 1'homme moyen. Essai sur Quetelet et la statistique morale, P., 1912. Ш. А. Гумеров, А. Х. Хргиан.
КЕТЛИНСКАЯ Вера Казимировна [p. 28.4(11.5).1906, Севастополь], русская советская писательница. Чл. КПСС с 1927. Род. в семье морского офицера. В молодости работала на з-де. Была на комсомольской и парт, работе. Начала печататься в 1928. Произв. К. поев, в основном рабочему классу, рабочей молодёжи: повесть "Натка Мичурина" (1929), романы "Рост" (1934), "Дни нашей жизни" (1952). Центр, место в её творчестве занимают романы "Мужество" (1938) - о трудовом героизме строителей города на Амуре, и "Иначе жить не стоит" (1960) - о молодых учёных-новаторах. Участница героич. обороны Ленинграда, К. создала роман "В осаде" (1947; Гос. премия СССР, 1948). В 1964 опубл. сб. рассказов "День, прожитый дважды", в к-рый вошла и повесть "Плато выше туч"; в 1972 - кн. воспоминаний "Вечер. Окна. Люди". Произв. К. остроконфликтны, поев, актуальным темам современности; писательница любит и умеет изображать труд и человека в процессе его труда. Награждена орденом Трудового Красного Знамени и медалями.
В. К, Кетлинская.
Лит.: Рапопорт Э., Вера Кетлинская, Л., 1958; Козлов И., Как жить, каким быть, "Литературная газета", 1965, 26 июня; Русские советские писатели-прозаики. Биобиблиографический указатель, т. 2, Л., 1964. В. А. Калашников.
КЕТМАНСХОП, Китмансхуп (Keetmanshoop), город в Намибии, центр окр. Кетмансхоп. Ок. 17 тыс. жителей (1970). Трансп. узел. Торг, центр по каракульской шерсти.
КЕТМЕНЬ (тюрк.), старинное ручное орудие типа мотыги, употребляемое в Средней Азии для мотыжения и окучивания посевов. К. применяют также для рытья и очистки арыков и каналов. Состоит из стальной пластины треугольной формы (с острой режущей кромкой), насаженной на деревянную рукоятку.
КЕТМЕНЬ, горный хребет в Тянь-Шане. Западная часть - в СССР, восточная - в Китае. Дл. ок. 300 км, выс. до 3638 м (г. Небесная). Сложен эффузивами и известняками, местами гранитами. Вершины плоские, склоны крутые, расчленены глубокими ущельями. Нижняя часть покрыта степной растительностью; выше на северных склонах - еловые леса и луга.
КЕТОГЕННЫЕ БАКТЕРИИ, уксусно кислые бактерии, окисляющие вторичную спиртовую группу до кетогруппы. Исследуемую культуру бактерий выращивают на питат. среде с 2% глицерина; окисление вторичной спиртовой группы К. б. происходит с образованием диоксиацегона:
[2-5.jpg]
К. б. могут окислять глюкозу до глюконовой к-ты, а последнюю - до 5-кетоглюконовой к-ты, что не свойственно др. уксуснокислым бактериям. К К. б. относятся Acetobacter suboxydans, Ac. melanogenum и др. При промышленном получении витамина С с участием Ас. suboxydans спирт сорбит окисляется в сорбозу (один из этапов синтеза витамина С).
КЕТОГЛУТАРОВАЯ КИСЛОТА, НООС(СН2)2С(О)СООН, дикарбоновая а-кетокислота; Тпл. 115-116 °С, хорошо растворима в воде. Промежуточный продукт обмена углеводов, жиров и белков у животных, растений и микроорганизмов. Важная роль К. к. в обмене веществ определяется её участием в трикарбоновых кислот цикле. К. к. образуется при окислении изолимонной кислоты и при переаминировании (переносе аминогруппы) и дезаминировании (потере аминогруппы) глутаминовой кислоты. Участвуя одновременно в белковом и углеводном обмене, К. к. связывает азотистый обмен с превращениями жиров и углеводов.
КЕТО-ЕНОЛЬНАЯ ТАУТОМЕРИЯ, один из видов таутомерии.
КЕТОЗ, ацетонемия, болезнь коров и овец, характеризующаяся нарушением обмена веществ (углеводно-жирового, белкового). Болеют высокопродуктивные коровы на 2-6-й неделе лактации и многоплодные овцы за 1 - 2 недели до окота. Осн. причина К.недостаточность углеводов при несбалансированном рационе по углеводам и протеину. Предрасполагают к К. высокая молочность, многоплодие и отсутствие моциона.
У овец К. развивается преим. при скудном кормлении, когда организм покрывает свою потребность в питательных веществах за счёт депонированного жира.
У больных животных наблюдаются расстройство пищеварения (снижение или извращения аппетита, ослабление перистальтики и секреторной деятельности пищеварит. желез), увеличение кетоновых тел в крови, моче и молоке, снижение молочной продуктивности, исхудание, нервные расстройства (возбуждение, угнетение), нарушение функций печени. Заболевание, если не оказана лечебная помощь, оканчивается обычно гибелью животного. Лечение: диета, внутривенное введение глюкозы, гормональные препараты. Профилактика: соблюдение правил кормления и содержания. А. М. Колесов.
КЕТОЗЫ, моносахариды, содержащие кетонную группу; см. Сахара.
КЕТОКИСЛОТЫ, органические соединения, содержащие карбоксильную группу -СООН и кетонную группу =СО; см. Алъдегидокислоты и кетокислоты.
КЕТОНОВЫЕ ТЕЛА, группа органич. соединений ((3-оксимасляная к-та, ацетоуксусная к-та, ацетон), образующихся в печени, накапливающихся в крови (кетонемия) и выделяющихся с мочой (кетонурия) при неполном окислении жирных к-т в результате нарушения обмена веществ при голодании и некоторых патологич. состояниях, напр, при сахарном диабете; то же, что ацетонавые тела.
КЕТОНОКИСЛОТЫ, то же, что кетокислоты; см. Алъдегидокислоты и кетокислоты.
КЕТОНЫ, класс органических соединений, содержащих карбонильную группу >С = О, связанную с двумя органич. радикалами, RCOR'. В зависимости от природы R и R' различают К. алифатического (жирного), алициклич., ароматич. или гетероциклич. ряда. Так, простейший К. жирного ряда - ацетон (диметилкетон) СН3СОСН3, ароматич. ряда - бензофенон С6Н5СОС6Н5. В отличие от приведённых симметричных, существуют и несимметричные (смешанные) К., содержащие разные радикалы R и R', напр, жирноароматич. К.ацетофенон С6Н5СОСН3. Известны также многочисленные циклич. К., у к-рых группа СО входит в цикл, напр, циклогексанон
[2-6.jpg]
Наименования К. жирного ряда по Женевской номенклатуре производят от названия соответствующих углеводородов, прибавляя окончание "он" и указывая место карбонильной группы; так, диэтилкетон СН3СН2СОСН2СН3 называют пентанон-3.
Низшие алифатич. К.-бесцветные жидкости с приятным запахом, смешивающиеся с водой; высшие - твёрдые вещества. Все К. растворимы в органич. растворителях.
По способам получения и свойствам К. аналогичны альдегидам; однако К. менее реакционноспособны, значительно более устойчивы к окислению. Для К. характерны два вида реакций, обусловленных наличием карбонильной группы,- присоединение к карбонильной группе и замещение её атома кислорода.
Так, к К. легко присоединяется синильная к-та HCN с образованием оксинитрилов RC(OH)R'CN; аналогично с К. реагируют бисульфит натрия NaHSO3, хлороформ СНСI3 и др. При гидрировании К. образуются вторичные спирты:
RCOR'+H2 -> RCH(OH)R', при взаимодействии К. с металлоорганич. соединениями и последующем гидролизе - третичные спирты:
RCOR'+R"MgX -> -> RR'C(R")OMgX -> RR'R'COH.
При взаимодействии с РСI5 атом кислорода в К. замещается на два атома хлора. С гидроксиламином К. дают кетоксимы:
RCOR'+NH2OH -> RC(=NOH)R'; эту реакцию, а также образование др. кристаллич. продуктов замещения кислорода (напр., гидразонов, 2,4-динитрофенилгидразонов) применяют для идентификации К. Гидролиз этих продуктов используется для получения чистых К. Большое значение имеет восстановление группы -СО до >СН2 (Кижнера -Вольфа реакция).
В пром-сти К. получают дегидрированием вторичных спиртов:
RCH(OH)R' -> RCOR'+H2, термич. разложением кальциевых солей карбоновых к-т:
(RCOO)2Ca -R2СО+СаСO3
или пропусканием паров карбоновых к-т над катализаторами типа окисей тория, бария, а также карбоната кальция. Ароматич. и жирноароматич. К. получают при действии на ароматич. углеводороды хлорангидридов к-т в присутствии хлористого алюминия, напр.:
С6Н6,+СН3СОСl -> С6Н5СОСН3+НС1.
Многие К. можно получать окислением углеводородов кислородом воздуха в присутствии катализаторов: напр., из этилбензола С6Н5СН2СН3 получают ацетофенон, из циклогексана - циклогексанон.
К. находят разнообразное применение. Так, циклогексанон служит исходным продуктом для получения синтетич. волокна капрона. Михлера кетон применяют в произ-ве триарилметановых красителей. Некоторые К. используют в парфюмерии (см. Иононы).
Лит.: Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А., Начала органической химии, кн. 1-2, М., 1969 - 70.
4.htm
КИЖНЕРА РЕАКЦИЯ, получение замещённых циклопропанов термич. разложением пиразолинов. Последние образуются при действии гидразина на а,в-ненасыщенные альдегиды или кетоны. Общая схема реакции в случае кетонов:
[3-1.jpg]
Реакция открыта Н. М. Кижнером в 1912. Лит.: Гетероциклические соединения, под ред. Р. Эльдерфильда, пер. с англ., т. 5, М., 1961, с. 83.
КИЖНЕРА - ВОЛЬФА РЕАКЦИЯ, восстановление карбонильной группы (>С = О) в метиленовую (>СН2). Для этого альдегид или кетон переводят в гидразон, к-рый разлагают путём нагревания под давлением в присутствии оснований:
[3-2.jpg]
Впоследствии стали часто пользоваться др. вариантом К.- В. р.: альдегид или кетон, избыток гидразина и едкое кали нагревают в высококипящем растворителе (ди- или триэтиленгликоле) при 180200 °С. К.- В. р. можно применять для восстановления карбонильных соединений, чувствительных к кислотам (ср. Клемменсена реакция). Метод разработали Н. М. Кижнер в 1911 и немецкий учёный Л. Вольф в 1912 (L. Wolff, 1857-1919).
Лит.: Родионов В. М., Ярцева Н. Г., Реакция Кижнера, в кн.: Реакции и методы исследования органических соединений, кн. 1, М.- Л., 1951, с. 7.
4.htm
КИНЕМАТИКА (от греч. kinema, род. падеж kinematos - движение), раздел механики, посвящённый изучению геом. свойств движений тел без учёта их масс и действующих на них сил. Излагаемое ниже относится к К. движений, рассматриваемых в классич. механике (движения макроскопич. тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света). О К. движений со скоростями, близкими к скоростям света, см. Относительности теория, а о движениях микрочастиц - Квантовая механика.
Устанавливаемые в К. методы и зависимости используются при кинематич. исследованиях движений, в частности при расчётах передач движений в различных механизмах, машинах и др., а также при решении задач динамики. В зависимости от свойств изучаемого объекта К. разделяют на К. точки, К. твёрдого тела и К. непрерывной изменяемой среды (деформируемого тела, жидкости, газа).
Движение любого объекта в К. изучают по отношению к нек-рому телу (тело отсчёта); с ним связывают т. н. систему отсчёта (оси х, у, z на рис. 1), с помощью к-рой определяют положение движущегося объекта относительно тела отсчёта в разные моменты времени. Выбор системы отсчёта в К. произволен и зависит от целей исследования. Напр., при изучении движения колеса вагона по отношению к рельсу систему отсчёта связывают с землёй, а при изучении движения того же колеса по отношению к кузову вагона - с кузовом и т. д. Движение рассматриваемого объекта считается заданным (известным), если известны ур-ния, наз. ур-ниями движения (или графики, таблицы), позволяющие определить положение этого объекта по отношению к системе отсчёта в любой момент времени.
Рис. 1.
Осн. задача К. заключается в установлении (при помощи тех или иных матем. методов) способов задания движения точек или тел и в определении по уравнениям их движений соответствующих кинематич. характеристик движения таких, как траектории, скорости и ускорения движущихся точек, угловые скороди и угловые ускорения вращающихся тел и др. Для задания движения точки пользуются одним из 3 способов: естественным, координатным или векторным:
а) естественный (или траекторный), применяемый, когда известна траектория точки по отношению к выбранной системе отсчёта. Положение точки опре-1еляется расстоянием s = O1M от выбранного на траектории начала отсчёга O1, измеренным вдоль дуги траектоэии и взятым с соответствующим знаком (рис. 1), а закон движения даётся уравгением S = f(t), выражающим зависимость s от времени t. Напр., если задано, что s - 3t2 - 1, то в начальный момент времени to = О, s0 = -1м (точка нахоцится слева от начала О на расстоянии 1 м), в момент t1= 1 сек, S1 = 2 м (точка справа от O1на расстоянии 2 м) и т. д. Зависимость s от t может быть также задана графиком движения, нa к-ром в выбранном масштабе отлокены вдоль оси t время, а вдоль оси s - эасстояние (рис. 2), или таблицей, где в одном столбце даотся значения f, а в другом соотвст:твующие им знаиния s (подобный способ применяет;я, напр., в ж.-д. расписании движе-1ия поезда).
б) Координатный, при к-ром положеше точки относительно системы отсчёта определяется к.-н. тремя координатами, напр. прямоугольными декартовыми x, y, z, а закон движения задаётся 3 ур-ниями х = ft(t), у = f2(0, z = f3(t) Исключив из этих ур-ний время t, можно найти траекторию точки.
в) Векторный, при к-ром положение точки по отношению к системе отсчёта определяется её радиусом-вектором г, проведённым от начала отсчёта до двикущейся точки, а закон движения дается векторным ур-нием r = r(t). Траектория точки - годограф вектора r.
Осн. кинематич. характеристиками движущейся точки являются её скорость и ускорение, значения к-рых опредешются по ур-ниям движения через первые и вторые производные по времеш от s или от х, у, z, или от г (см. Скоюсть, Ускорение).
Способы задания движения твёрдого тела зависят от вида его движения, и число ур-ний движения - от числа степеней свободы тела (см. Стегеней свободы число). простейшими являются поступательное движеiue и вращательное движение твёрдого тела. При поступательном двикении все точки тела движутся одинаково, и его движение задаётся и изучается так же, как движение одной точен. При вращательном движении вокруг неподвижной оси г (рис. 3) тело имеет одну степень свободы; его положение определяется углом повоюта ф, а закон движения задаётся ур-нием ф =f(t). Осн. кинематич. характеристиками являются угловая скорость и угловое ускорение тела.
[3-3.jpg]
[3-4.jpg]
Величины со и е изображаются в виде векторов, направленных вдоль оси вращения. Зная со и е, можно определить скорость и ускорение любой точки тела.
Более сложным является движение тела, имеющего одну неподвижную точку и обладающего 3 степенями свободы (напр., гироскоп, или волчок). Положение тела относительно системы отсчёта определяется в этом случае к.-н. 3 углами (напр., Эйлера углами: углами прецессии, нутации и собственного вращения), а закон движения - ур-ниями, выражающими зависимость этих углов от времени. Осн. кинематич. характеристиками являются мгновенная угловая скорость со и мгновенное угловое ускорение е тела. Движение тела слагается из серии элементарных поворотов вокруг непрерывно меняющих своё направление мгновенных осей вращения ОР, проходящих через неподвижную точку О (рис. 4).
Самым общим случаем является движение свободного твёрдого тела, имеющего 6 степеней свободы. Положение тела определяется 3 координатами одной из его точек, наз. полюсом (в задачах динамики за полюс принимается центр тяжести тела), и 3 углами, выбираемыми так же, как для тела с неподвижной точкой; закон движения тела задаётся 6 ур-ниями, выражающими зависимости названных координат и углов от времени. Движение тела слагается из поступательного вместе с полюсом и вращательного вокруг этого полюса, как вокруг неподвижной точки. Таким, напр., является движение в воздухе артиллерийского снаряда или самолёта, совершающего фигуры высшего пилотажа, движение небесных тел и др. Осн. кинематич. характеристиками являются скорость и ускорение поступательной части движения, равные скорости и ускорению полюса, и угловая скорость и угловое ускорение вращения тела вокруг полюса. Все эти характеристики (как и кинематич. характеристики для тела с неподвижной точкой) вычисляются по ур-ниям движения; зная эти характеристики, можно определить скорость и ускорение любой точки тела. Частным случаем рассмотренного движения является плосконаправленное (или плоское) движение твёрдого тела, при к-ром все его точки движутся параллельно нек-рой плоскости. Подобное движение совершают звенья мн. механизмов и машин.
В К. изучают также сложное движение точек или тел, т. е. движение, рассматриваемое одновременно по отношению к двум (и более) взаимно перемещающимся системам отсчёта. При этом одну из систем отсчёта рассматривают как основную (её еще наз. условно неподвижной), а перемещающуюся по отношению к ней систему отсчёта наз. подвижной; в общем случае подвижных систем отсчёта может быть несколько.
При изучении сложного движения точки её движение, а также скорость и ускорение по отношению к основной системе отсчёта наз. условно абсолютными, а по отношению к подвижной системе - относительными. Движение самой подвижной системы отсчёта и всех неизменно связанных с ней точек пространства по отношению к основной системе наз. переносным движением, а скорость и ускорение той точки подвижной системы отсчёта, с к-рой в данный момент совпадает движущаяся точка, наз. переносной скоростью и переносным ускорением. Напр., если осн. систему отсчёта связать с берегом, а подвижную с пароходом, идущим по реке, и рассмотреть качение шарика по палубе парохода (считая шарик точкой), то скорость и ускорение шарика по отношению к палубе будут относительными, а по отношению к берегу - абсолютными; скорость же и ускорение той точки палубы, к-рой в данный момент касается шарик, будут для него переносными. Аналогичная терминология используется и при изучении сложного движения твёрдого тела.
Осн. задачи К. сложного движения заключаются в установлении зависимостей между кинематич. характеристиками абс. и относит, движений точки (или тела) и характеристиками движения подвижной системы отсчёта, т. е. переносного движения. Для точки эти зависимости являются следующими: абс. скорость точки равна геом. сумме относительной и переносной скоростей, т. е.
va = vотн+vпер
а абс. ускорение точки равно геом. сумме трёх ускорений - относительного, переносного и поворотного, или кориолисова (см. Кориолиса ускорение), т. е.
wа = wотн + wпер+wкор.
Для твёрдого тела, когда все составные (т. е. относительные и переносные) движения являются поступательными, абс. движение также является поступательным со скоростью, равной геом. сумме скоростей составных движений. Если составные движения тела являются вращательными вокруг осей, пересекающихся в одной точке (как, напр., у гироскопа), то результирующее движение также является вращательным вокруг этой точки с мгновенной угловой скоростью, равной геом. сумме угловых скоростей составных движений. Если же составными движениями тела являются и поступательные, и вращательные, то результирующее движение в общем случае будет слагаться из серии мгновенных винтовых движений (см. Винтовое движение).
В К. непрерывной среды устанавливаются способы задания движения этой среды, рассматривается общая теория деформаций и определяются т. н. ур-ния неразрывности, отражающие условия непрерывности среды.
Лит. см. при ст. Механика. С. М. Торг.
КИНЕМАТИКА ЗВЁЗДНЫХ СИСТЕМ, раздел звёздной астрономии; то же, что звёздная кинематика.
КИНЕМАТИКА МЕХАНИЗМОВ, раздел теории машин и механизмов, в к-ром изучают геом. сторону движения частей (звеньев) механизма, пренебрегая вызывающими его причинами. Исследования К. м. основываются на положении о том, что любой механизм состоит из подвижно соединённых твёрдых тел - звеньев, движения к-рых определяются движением одного или неск. звеньев, наз. ведущими.
К. м. решает задачи кинематич. анализа и кинематич. синтеза (см. Синтез механизмов). Осн. задачи кинематич. анализа: определение положений звеньев, траекторий отд. точек механизма, угловых скоростей и ускорений звеньев, лилейных скоростей и ускорений отд. точек механизма. Для решения каждой из этих задач должны быть заданы постоянные геом. параметры механизма, определяющие его кинематич. свойства и законы движения ведущих звеньев. Напр., для плоского шарнирного механизма (рис. 1) должны быть известны расстояния между центрами шарниров и закон движения ведущего звена АВ. Для кулачкового механизма (рис. 2) должны быть заданы профиль кулачка 1 и закон его движения, радиус ролика 3, расстояния между центрами шарниров С и D, А и D. Положения звеньев определяют графич. и аналитич. методами.
Рис. 1. Плоский шарнирный механизм.
Рис. 2. Кулачковый механизм.
Более простые графич. методы заключаются в следующем. Если для механизма (рис. 1) известно положение звена АВ и расстояния между центрами шарниров, можно положения всех остальных звеньев определить засечками циркуля. Т. о., задача для плоских механизмов всегда может быть сведена к определению точек пересечения плоских кривых. Графич. построения для пространств, механизмов усложняются, т. к. они связаны с определением линий и точек пересечения пространств. фигур. Однако в пределах точности графич. построений всегда можно построить положения всех звеньев плоских и пространств, механизмов любой сложности.
Аналитич. методы позволяют определять положения звеньев с заранее заданной точностью. Задача сводится к решению системы нелинейных ур-ний. Для типовых механизмов разработаны программы вычислений на ЭВМ.
Траектории отдельных точек механизма определяют обычно совместно с определением положений звеньев, причём выполняется графич. построение или аналитич. исследование только тех траекторий, от вида к-рых зависит движение рабочих органов механизма. Траектории, описываемые точками механизма, весьма разнообразны и в нек-рых случаях представляют собой сложные плоские или пространств, кривыс. Напр., траектория, описываемая точкой М (рис. 1), является алгебраич. кривой 6-го порядка. Траектории точек, лежащих на звене ME, представляют уже кривые 14-го порядка.
Определение скоростей звеньев и отдельных точек механизмов - наиболее разработанный раздел К. м., располагающий графич. методами кинематич. диаграмм и планов скоростей и аналитич. методом. Для определения скоростей к.-л. точки строят диаграмму изменения пути этой точки по времени, используя данные, полученные при определении положений звеньев, а затем, применяя графич. дифференцирование, строят диаграмму изменения скорости по времени (см. Графические вычисления). Это метод наиболее простой, однако характеризуется небольшой точностью. Метод планов скоростей применим для плоских и пространств, механизмов. При построении планов скоростей используют соотношения между векторами скоростей различных точек механизма. Точность метода планов скоростей, как и всякого графич. метода, ограничена, поэтому при исследовании механизмов, для к-рых требуется повышенная точность кинематич. расчёта, предпочтительно применение аналитич. методов, к-рые всегда можно свести к системе линейных ур-ний.
Ускорения точек механизма определяют по планам ускорений и аналитич. методом (решение систем линейных ур-ний). Метод кинематич. диаграмм для определения ускорений, как правило, не применяется, т. к. его точность зависит от точности графич. дифференцирования предварительно построенной диаграммы изменения скорости по времени, т. е. при решении возможно накопление ошибок. Для нек-рых быстроходных механизмов определяют не только ускорения 1-го порядка, но и ускорения 2-го порядка, к-рые иногда наз. р ы вк а м и. Если точка совершает прямолинейное движение, то ускорение 2-го порядка равно первой производной от ускорения 1-го порядка по времени или третьей производной от пути по времени. Ускорение 2-го порядка находят по плану рывков или аналитическим методом (решение системы линейных уравнений).
Задачи кинематич. синтеза механизмов являются обратными рассмотренным задачам кинематич. анализа. Искомыми величинами в них являются постоянные параметры механизма, к-рые определяются по заданным кинематич. условиям, т. е. по траекториям нек-рых точек звеньев механизма, скорости и ускорению звеньев и отдельных точек. Задачи синтеза механизмов отличаются большей сложностью, чем задачи кинематич. анализа.
Лит.: Артоболевский И. И., Теория механизмов, 2 изд., М., 1967; Добровольский В. В., Теория механизмов, 2 изд., М., 195З. И. И. Артоболевский, Н. И. Левитский.
КИНЕМАТИКА РЕЛЬЕФА, раздел геоморфологии, изучающий изменение взаимного положения точек земной поверхности во времени. В отличие от морфографии и морфометрии, наблюдающих рельеф в статике, К. р. изучает земную поверхность в движении, но вне зависимости от вызывающих движение сил и агентов. Это последнее ограничение отличает К. р. от динамики рельефа. Понятие "К. р." предложено сов. геоморфологом А. С. Девдариани.
Лит.: Девдариани А. С., Измерение перемещений земной поверхности, М., 1964.
КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ВЯЗКОСТЬ,кинематический коэффициент вязкости, отношение обычного коэффициента вязкости л (называемого также динамическим) к плотности вещества р; обозначается v (см. Вязкость). Единицей К. в. в Международной системе единиц служит м2/сек. Дольная единица К. в. см2/сек наз. стоке. 1 мг/сек = 104 ст.
КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ПАРА, подвижное сопряжение двух твёрдых звеньев, налагающее ограничения на их относительное движение условиями связи. Каждое из условий связи устраняет одну степень свободы, т. е. возможность одного из 6 независимых относительных движений в пространстве. В прямоугольной системе координат возможно 3 постулат, движения (в направлении 3 осей координат) и 3 вращательных (вокруг этих осей). По числу условий связи S К. п. делятся на 5 классов. Число степеней свободы К. п. W = 6 - S. Внутри каждого класса К. п. делятся на виды по оставшимся возможным относительным движениям звеньев. По характеру соприкосновения звеньев выделяют низшие К. п.- с контактом по поверхностям, и высшие - с контактом по линиям или в точках. Высшие К. п. возможны всех 5 классов и мн. видов; низшие - только 3 классов и 6 видов (рис. 1). Различают также геометрически замкнутые и незамкнутые К. п. В первых постоянное соприкосновение поверхностей обеспечивается формой их элементов (напр., все К. п. на рис. 1), во вторых - для замыкания требуется прижимающая сила, т. н. силовое замыкание (напр., в кулачковом механизме). Условно к К. п. относят нек-рые подвижные сопряжения с неск. промежуточными телами качения (напр., шарико- и роликоподшипники) и с промежуточными деформируемыми элементами (напр., т. н. безлюфтовые шарниры приборов с плоскими пружинами; рис. 2).
Рис. 1. Кинематические пары: а - высшие, б - низшие.
Рис. 2. Схема безлюфтового шарнира: 1 -неподвижная деталь; 2 - деформируемые элементы (плоские пружины); 3 - рычаг.
Лит. см. при ст. Машин и механизмов теория. Н. Я. Ниберг.
КИНЕМАТОГРАФИИ ИНСТИТУТ Всесоюзный государственный (ВГИК), готовит для кинематографии и телевидения сценаристов, режиссёров, актёров, операторов, киноведов-редакторов, художников по оформлению фильмов, экономистов. Осн. в 1919 как Гос. школа кинематографии, с 1925 - кинотехникум, с 1930 - Гос. ин-т кинематографии, с 1934 - ВГИК. В составе ин-та (1972): ф-ты - постановочный (с отделениями режиссёрским и актёрским), операторский, сценарнокиноведческий, художеств, и экономический; заочное отделение, аспирантура; 17 кафедр, н.-и. сектор, 10 уч. лабораторий, уч. киностудия, фильмотека (ок. 3,5 тыс. копий фильмов), в библиотеке св. 200 тыс. тт.
В 1972/73 уч. г. во ВГИКе обучалось ок. 1,5 тыс. студентов (в т. ч. студенты из 35 зарубежных гос-в); работало ок. 200 преподавателей, из них 26 профессоров, докторов наук и 130 доцентов, кандидатов наук. ВГИКу предоставлено право принимать к защите докторские п кандидатские диссертации. В работе ВГИКа принимали участие крупнейшие мастера и теоретики кино - С. М. Эйзенштейн, В. И. Пудовкин, А. П. Довженко, М. И. Ромм, Л. В. Кулешов и др. В ин-те преподают ведущие деятели сов. кинематографии - С. А. Герасимов, А. Д. Головня, Е. Л. Дзитан, А. Б. Столпер, И. П. Копалин, А. М. Згуриди, Л. В. Косматов, Б. И. Волчек, Л. А. Кулиджанов, Б. А. Бабочкин, Т. Ф. Макарова, С. Ф. Бондарчук, художники И. П. Иванов-Вано, М. А. Богданов, С. М. Каманин, киноведы Н. А. Лебедев, В. Н. Ждан, Р. Н. Юренев и др. Среди выпускников ВГИКа известные режиссёры Г. Н. Чухрай, С. И. Ростоцкий, Т. Е. Абуладзе, Р. Д. Чхеидзе, В. Г. Жалакявичюс, В. М. Шукшин, актёры Р. Д. Нифонтова, Т. П. Сёмина, В. В. Тихонов, Н. Н. Рыбников, В. С. Ивашов и др. За годы существования ВГИК подготовил ок. 5 тыс. специалистов. Ин-т издаёт (с 1965) сб. "Вопросы истории и теории кино", ежегодник "Кинематограф сегодня" (с 1967). А.Н.Грошев.
КИНЕМАТОГРАФИЯ (от греч. kinema, род. падеж kinematos - движение и ...графия), отрасль культуры и хозяйства, осуществляющая произ-во кинофильмов и показ их зрителю. Как наиболее массовый вид иск-ва (см. Киноискусство) является важным средством политич. и науч. пропаганды. К. располагает средствами кинотехники. Произ-во фильмов сосредоточено на киностудиях. Изготовлением киноплёнки и аппаратуры занимается кинопромышленность. Фильмы демонстрируются в кинотеатрах, на кинопередвижках, по телевидению.
КИНЕСКОП (от греч. kinesis - движение и skopeo - смотрю), приёмная телевизионная трубка, электроннолучевая трубка для воспроизведения телевизионных изображений. К. применяется для наблюдений чёрнобелых и цветных изображений непосредственно или посредством проецирования изображений на большой экран, для съёмки изображений на фото- или киноплёнку, в качестве источника света и устройства разложения изображения на элементы при передаче по методу бегущего луча (см. Камера с бегущим лучом). В К. (рис. 1 и 2) сила тока электронного луча, выходящего из электронного прожектора, изменяется (модулируется) в соответствии с изменениями амплитуды сигналов, поступающих на управляющий электрод (модулятор). Под действием ускоряющего напряжения на аноде и отклоняющей системы промодулированный луч высвечивает с переменной яркостью на электролюминесцентном экране строку за строкой, воспроизводя кадр за кадром передаваемое изображение (см. Телевизионная развёртка). Экран изготовляется из порошкообразного люминофора определённого состава или смеси люминофоров, к-рые наносятся на внутр. поверхность дна колбы К. В местах падения электронного луча на экране появляется свечение, цвет к-рого зависит от состава люминофора. Во избежание размазывания изображения движущихся объектов выбираются люминофоры с малым временем послесвечения (менее 0,1 сек). У большинства К. обращённую внутрь колбы поверхность экрана покрывают тонкой (ок. 0,5-1,0 мкм), прозрачной для электронов, алюминиевой плёнкой. Отражая свет, возникающий при бомбардировке экрана электронами луча, плёнка увеличивает его светоотдачу на 30-50%. Она служит также защитой люминофора в центральной части экрана от разрушения потоком отрицат. ионов, т. е. от образования т. н. "ионного пятна". В отсутствие алюминиевого слоя для защиты люминофора применяется т. н. ионная ловушка. Осн. типы изготавливаемых в СССР К. для непосредств. наблюдения чёрно-белых изображений (рис. 1) имеют прямоугольную форму экрана с размерами по диагонали 6, 11, 16 и 23 см (для переносных транзисторных телевизоров), 35,43,47,59, 61, 65 и 67 см. Чаще всего фокусировка луча производится посредством электростатич. систем, отклонение - магнитных. Углы отклонения луча (полный "раствор") равны 70, 90 или 110°. Близкое к белому свечение экрана достигается применением порошкообразной смеси двух люминофоров, дающих (при свечении) дополнительные цвета. Обычно используют активированный серебром сульфид цинка (синее свечение) н активиров. серебром или медью шшко-кадмиевый сульфид (жёлтое свечение). Напряжение на аноде К. равно 12-20 кв, сила тока луча - 300-500 ма. У К. с диагональю экрана до 23 см яркость свечения равна 30-40 нт, от 35 до 67 см - 50 - 150 нт.
Рис. 1. Схематическое устройство кинескопа для чёрно-белого телевидения: 1 - нить подогревателя катода; 2 - катод; 3 - управляющий электрод; 4 - ускоряющий электрод; 5 - первый анод; 6 - второй анод; 7 - проводящее покрытие (акводаг); 8 - катушки вертикального отклонения луча; 9 - катушки горизонтального отклонения луча; 10 - электронный луч; 11 - экран; 12 - вывод второго анода.
Рис. 2. Схематическое устройство цветного кинескопа с теневой маской типа 59ЛКЗЦ: 1 - экран; 2- люминофорные точки (триады); 3 - мелкоструктурная цветоделительная маска; 4 - электронный прожектор; 5 - отклоняющая система; 6 - система радиального свечения; 7 - магнит чистоты цвета; 8 - магнит смещения луча.
Действие К. для непосредств. наблюдения цветных изображений основано на свойстве глаз человека воспринимать цвета как результат смешения в определённых количеств, соотношениях трёх осн. цветов: красного, зелёного и синего. В наиболее распространённом в СССР и зарубежных странах цветном К. с теневой маской (рис. 2) экран выполнен в виде мозаики (рис. 3). Она состоит из множества (ок. 1,5 млн.) люминофорных "точек", светящихся под действием трёх электронных лучей: красным (напр., из активиров. марганцем фосфата цинка), зелёным (напр., из активиров. серебром селенида цинка) и синим (напр., из активиров. серебром сульфида цинка) цветами. "Точки" люминофоров 3 видов образуют группы, систематически повторяющиеся вдоль строк мозаики. Каждая такая группа по размерам соответствует одному элементу телевиз. изображения (см. Телевизионный сигнал). Между прожектором и экраном, на нек-ром расстоянииот последнего, размещена тонкая металлич. пластина - теневая маска, имеющая ок. 500 000 отверстий диаметром, составляющим доли мм. 3 электронных луча из 3 прожекторов одновременно проходят через к.-л. отверстие.
Рис. 3. Мозаика (триады) экрана цветного кинескопа с теневой маской: К - красные, 3- зелёные, С-синие люминофорные "точки".
Один из лучей всегда попадает на точечный люминофор, светящийся красным цветом, второй - зелёным, третий - синим. Телевиз. развёртка изображения осуществляется общей магнитной отклоняющей системой, а одновременное сведение 3 лучей в к.-л. отверстие маски - 3 дополнит, индивидуальными системами отклонения. Для исключения засветки "чужого" люминофора служит магнит чистоты цвета. Поворотом его электронный луч направляют на "свой" люминофор. Лучи модулируются соответствующими телевизионными сигналами, несущими информацию о цветности и яркости отд. элементов передаваемого изображения (см. Цветное телевидение). На цветном К. можно получать также чёрно-белое изображение. Изготавливаемые в СССР К. с теневой маской имеют прямоугольную форму алюминиров. экрана с размерами по диагонали 40 и 59 см; напряжение на аноде 20-25 кв и яркость экрана (в белом цвете) 60 нт (при суммарной силе тока лучей 450-1250 мка). Однако К. с теневой маской достаточно сложны в изготовлении и эксплуатации. В Сов. Союзе и за рубежом разрабатываются (1972) более простые и надёжные цветные К. однопрожекторной системы с линейчатым экраном и фокусирующей сеткой (т. н. хроматрон). Экран хроматрона состоит из вертикальных полосок люминофоров красного, синего и зелёного цветов свечения. Против полосок люминофоров красного и синего свечения и параллельно им натянуты проволоки фокусирующей сетки. Вследствие разности потенциалов сетки и экрана между проволоками образуются цилиндрич. электронные линзы, дополнительно фокусирующие электронный луч, к-рый направляется на полосы люминофора зелёного свечения. При поочерёдном подведении к модулирующему электроду видеосигнала, содержащего информацию о красной, зелёной и синей составляющих изображения, и одновременной коммутации отклоняющего напряжения на сетке поочерёдно получаются все осн. цвета. Ввиду инерционности зрения эти цвета сливаются в одно цветное изображение. К достоинствам хроматрона относятся: применение одного прожектора и простой магнитной отклоняющей системы, отсутствие дополнит, магнитов сведения лучей и чистоты цвета. В отличие от хроматрона, в выпускаемом в Японии цветном К., но с тремя прожекторами (т. н. тринитроне), происходит одновременная передача цветов, что позволяет получить большую яркость изображения и лучшее качество цветовоспроизведения по сравнению с трёхпрожекторным К. с теневой маской, т. к. лучше используются токи лучей.
Для получения телевиз. изображений на большом экране (площадью 3-4 м2) выпускаются проекционные К. с диаметром экрана 6, 10, 13 см и высокой яркостью его свечения (25-30 тыс. нт) при силе тока луча 100-150 мка (для 6- и 10-см экранов) и 2000 мка (для 13-см экрана).
Лит.: Телевидение, под ред. П. В. Шмакова, 3 изд., М., 1970; Ж и гарев А. А., Электронная оптика и электроннолучевые приборы, М., 1972. В. И. Баранов.
КИНЕТИКА (от греч. kinetikos - приводящий в движение), основная часть механики, включающая динамику - учение о движении тел под действием сил, и статику - учение о равновесии тел под действием сил.
"КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ", научный журнал, орган Сибирского отделения АН СССР. Издаётся в Москве с 1960. Выходит 6 номеров в год. В журнале публикуются оригинальные теоретические и экспериментальные работы по кинетике хим. превращений в газах, растворах и твёрдых фазах, по исследованию промежуточных активных частиц (радикалов, ионов), горению, механизму гомогенного и гетерогенного катализа, по науч. основам подбора катализаторов, практически важным каталитич. процессам, влиянию процессов переноса вещества и тепла на кинетику хим. превращений, по методике расчёта и моделирования контактных аппаратов. Печатаются также обзоры по важнейшим вопросам катализа и кинетики хим. превращений. Тираж (1972) 1650 экз.
КИНЕТИКА ФИЗИЧЕСКАЯ, теория неравновесных макроскопич. процессов, т. е. процессов, возникающих в системах, выведенных из состояния теплового (термодинамического) равновесия. К К. ф. можно отнести термодинамику неравновесных процессов, кинетическую теорию газов (в том числе плазмы), теорию процессов переноса в твёрдых телах, а также общую статистич. теорию неравновесных процессов, к-рая начала развиваться лишь в 50-е гг.
Все неравновесные процессы в адиабатически изолированных системах (системах, не обменивающихся теплом с окружающими телами) являются необратимыми процессами - происходят с увеличением энтропии; в равновесном состоянии энтропия достигает максимума.
Как и в случае равновесных состояний, в К. ф. возможны два способа описания систем: феноменологический, или термодинамический (термодинамика неравновесных процессов), и статистический.
Термодинамический метод описания неравновесных процессов При термодинамич. описании неравновесных процессов рассматривается изменение в пространстве и времени таких макроскопических параметров состояния системы, как плотность массы i-го компонента pi (r, t), плотность импульса pu (r, t), локальная темп-раТ(г, t), поток массы i-го компонента ji (r, t), плотность потока внутр. энергии q (r, t) [здесь r - координата, t - время, и- ср. массовая скорость, р - плотность массы]. В равновесном состоянии системы р, pi, Т постоянны, а потоки равны нулю.
Термодинамич. описание неравновесных процессов возможно лишь при достаточно медленном изменении параметров состояния в пространстве и во времени для состояний, близких к равновесным. Для газов это означает, что все термодинамич. параметры, характеризующие состояние системы, мало меняются на длине свободного пробега и за время, равное ср. времени свободного пробега молекул (ср. времени между двумя последоват. столкновениями молекул). Медленные процессы встречаются практически очень часто, т. к. установление равновесия происходит только после очень большого числа столкновений; к ним относятся: диффузия, теплопроводность, электропроводность и т. д. Отклонения от состояния термодинамич. равновесия характеризуются градиентами темп-ры, концентрации (рi/р) и массовой скорости (т. н. термодинамическими силами), а потоки энергии, массы i-го компонента и импульса связаны с термодинамич. силами линейными соотношениями. Коэффициенты в этих соотношениях наз. к инетическими коэффициентами.
Рассмотрим в качестве примера диффузию в бинарной смеси, т. е. процесс выравнивания концентрации компонентов в результате хаотического теплового движения молекул. Феноменологическое ур-ние, описывающее процесс диффузии, получают с помощью закона сохранения вещества и того опытного факта, что поток вещества одного из компонентов вследствие диффузии прямо пропорционален градиенту его концентрации (с обратным знаком). Коэфф. пропорциональности наз. коэффициентом диффузии. Согласно ур-нию диффузии, скорость изменения концентрации вещества со временем прямо пропорциональна дивергенции градиента концентрации с коэфф. пропорциональности, равным коэфф. диффузии.
Решение ур-ния диффузии позволяет определить время, в течение которого произойдёт выравнивание концентрации молекул в системе (напр., в сосуде с газом) за счёт диффузии (время релаксации). Время релаксации тр имеет порядок: Тр ~ L2/D, где L - линейные размеры сосуда, a D-коэфф. диффузии. Это время тем больше, чем больше размеры сосуда и чем меньше коэфф. диффузии. Коэфф. диффузии пропорц. длине свободного пробега молекул X и их ср. тепловой скорости v. Поэтому время релаксации оказывается пропорциональным: тр ~ L2/Xv = (L/X)2-X/v, где Xlv = т - ср. время свободного пробега. Очевидно, что Тр >>т при L >> X. Т. о., условие L >> X (размеры системы велики по сравнению с длиной свободного пробега молекул) является необходимым для того, чтобы процесс установления равновесного состояния можно было считать медленным.
Аналогичным образом устанавливаются ур-ния, описывающие теплопроводность, внутреннее трение, электропроводность и т. д. Коэфф. диффузии, теплопроводности и вязкости, а также уд. электропроводность в феноменология, теории должны быть определены экспериментально.
Перечисленные процессы наз. прямыми. Этим подчёркивается, что, напр., при диффузии градиент концентрации данного вещества вызывает поток этого же вещества; градиент темп-ры вызывает поток внутр. энергии, к-рая при постоянной концентрации молекул меняется только с темп-рой; электрич. ток вызывается градиентом потенциала и т. д.
Кроме прямых процессов, существуют ещё т. н. перекрёстные процессы. Примером перекрёстного процесса может служить термодиффузия - перенос вещества не вследствие градиента концентрации (это была бы обычная диффузия), а вследствие градиента темп-ры. Термодиффузия создаёт градиент концентрации, что приводит к появлению обычной диффузии. Если разность темп-р в системе поддерживается постоянной, то устанавливается стационарное состояние, при котором потоки вещества, вызванные градиентами темп-ры и концентрации, взаимно уравновешиваются. В смеси газов при этом концентрация молекул в местах повышенной темп-ры оказывается большей для молекул меньшей массы (данное явление используется для разделения изотопов).
Градиент концентрации в свою очередь создаёт поток внутренней энергии. В этом состоит процесс диффузионной теплопроводности. При наличии в теле заряженных частиц градиент темп-ры создаёт упорядоченное перемещение этих частиц - электрич. ток, наз. термоэлектрическим (см. Термоэлектрические явления).
В К. ф. важное значение имеет принцип симметрии кинетич. коэффициентов, установленный Л. Онсагером. В равновесном состоянии термодинамнч. параметры а. (давление, темп-pa и т. д.), характеризующие состояние макроскопич. системы, постоянны во времени: dai/dt = 0. Важнейшая функция состояния системы - энтропия S, зависящая от ai, в состоянии равновесия имеет максимум и, следовательно, её частные производные dS/dai = 0. При малом отклонении системы от равновесия производные dS/dat и dai/dt малы, но отличны от нуля, и между ними существуют приближённые линейные соотношения. Коэфф. пропорциональности в этих со-
отношениях и есть кинетич. коэффициенты. Если через yik обозначить коэфф., определяющий скорость изменения параметра системы at в зависимости от дS/даk, то, согласно принципу Онсагера (в отсутствие магнитного поля и вращения системы как целого), имеет место равенство yik = уki. Принцип Онсагера вытекает из свойства микроскопич. обратимости, которая выражается в инвариантности ур-ний движения частиц системы относительно замены знака времени: t -> -t (см. Онсагера теорема). Из этого принципа, в частности, следует существование связи между коэфф., определяющим выделение током тепла из-за неравномерного нагрева проводника (Томсона эффект), и коэфф., определяющим выделение током тепла в спаях разнородных проводников или полупроводников (Пельтье эффект).
Статистический метод описания неравновесных процессов Статистическая теория неравновесных процессов является более детальной и глубокой, чем термодинамическая. В отличие от термодинамич. метода, статистич. теория на основе определённых представлений о строении вещества и действующих между молекулами силах позволяет вычислить кинетич. коэффициенты, определяющие интенсивность процессов диффузии, внутреннего трения (вязкости), электропроводности и т. д. Однако эта теория весьма сложна.
Статистич. метод описания систем как в равновесном, так и неравновесном состоянии основан на вычислении функции распределения. Для равновесных состояний имеются универсальные функции распределения координат и импульсов (или скоростей) всех частиц, определяющие вероятность того, что эти величины принимают фиксированные значения. Для систем, находящихся в тепловом контакте с окружающей средой, темп-pa к-рой постоянна, это - каноническое Гиббса распределение, а для изолированных систем - микроканоническое Гиббса распределение; оба распределения полностью определяются энергией системы.
Неравновесные состояния в гораздо большей степени (чем равновесные) зависят от микроскопических свойств систем: свойств атомов и молекул и сил взаимодействия между ними. Лишь в 5060-е гг.' были разработаны общие методы построения функций распределения (по координатам и импульсам всех частиц системы), аналогичных канонич. распределению Гиббса, но описывающих неравновесные процессы.
С помощью функций распределения можно определить любые макроскопич. величины, характеризующие состояние системы, и проследить за их изменением в пространстве с течением времени. Это достигается вычислением статистич. средних (см. Статистическая физика). Нахождение функции распределения, зависящей от координат и импульсов всех частиц, является в общем случае неразрешимой задачей, т. к. оно эквивалентно решению ур-ний движения для всех частиц системы. Однако для практич. целей нет необходимости в знании точного вида этой функции распределения: она содержит слишком подробную информацию о движении отдельных частиц, к-рая не существенна для определения поведения системы в целом. В связи с этим используется приближённое статистич. описание с помощью более простых функций распределения. Для описания состояния газов ср. плотности достаточно знания т. н. одночастичной функции распределения f (p, r, t), дающей ср. число частиц с определёнными значениями импульсов р (или скоростей ") и координат г. Для газов более высокой плотности необходимо знание двухчастичных (парных) функций распределения. Общий метод получения уравнений для одночастичных и более сложных функций (зависящих от координат и импульсов двух и более частиц) был разработан Н. Н. Боголюбовым, М. Борном, М. Грином и др. Эти уравнения наз. кинетическими. К их числу относится кинетическое уравнение Больцмана для разреженных газов, полученное Л. Больцманом из соображений, основанных на балансе частиц со скоростями в интервалах Avx, Avy, Avz внутри объёма Ax Ay Az (vx, vy, vz-проекции скорости v на координатные оси х, у, z). Разновидностями ур-ния Больцмана для ионизированного газа (плазмы) являются кинетич. ур-ния Л. Д. Ландау и А. А. Власова (см. Плазма).
Кинетич. ур-ния могут быть построены не только для газов, но и для малых возбуждений в конденсированных системах. Тепловое движение системы характеризуется различного рода возбуждениями. В газе это - поступат. движение составляющих его частиц и внутренние возбуждения атомов и молекул. В общем случае тепловое движение характеризуется возбуждениями более сложной природы. Так, в кристаллич. телах тепловое возбуждение можно представить в виде упругих волн, распространяющихся вдоль кристалла, точнее - волн, соответствующих нормальным колебаниям кристаллической решётки. В плазме коллективными возбуждениями являются колебания плотности электрич. заряда, вызванные дальнодействующими кулоновскими силами. В металлах возможны электронные возбуждения (переходы электронов из состояний внутри Ферми поверхности в состояния вне её), а в полупроводниках - ещё и дырочные возбуждения (появление свободных от электронов состояний в валентной зоне при переходе электронов в зону проводимости; см. Полупроводники). При низких температурах, в слабо возбуждённом состоянии, энергию возбуждения всегда можно представить в виде суммы нек-рых элементарных возбуждений, или, на квантовом языке, квазичастиц. Поня.тие о квазичастицах применимо не только для кристаллич. тел, но и для жидких, газообразных и аморфных, если темп-ра не слишком велика. Функции распределения для квазичастиц системы, находящейся в неравновесном состоянии, удовлетворяют кинетич. ур-нию.
В случае квантовых систем функция распределения зависит от спина частиц (или квазичастиц). В частности, для частиц с полуцелым спином равновесной функцией распределения служит распределение Ферми - Дирака, а для частиц (квазичастиц) с целым или нулевым спином - распределение Бозе - Эйнштейна (см. Статистическая физика).
В кинетич. ур-ниях наряду с внеш. воздействиями учитываются взаимодействия между частицами или квазичастицами, причём эти взаимодействия рассматриваются как парные столкновения. Именно эти взаимодействия приводят к установлению равновесных состояний. Во многих случаях функция распределения не зависит явно от времени. Такая функция наз. стационарной, она описывает процессы, течение к-рых не претерпевает изменений со временем. При стационарных процессах изменение функции распределения вследствие внешних воздействий компенсируется её изменением в результате столкновений.
В простых случаях можно грубо оценить изменение функции распределения f системы в результате столкновений, считая, что оно пропорционально величине отклонения от равновесной функции (т. к. только при отклонении от состояния равновесия столкновения меняют функцию распределения). Величина, обратная коэфф. пропорциональности в этом соотношении, называется временем релаксации. В общем случае учесть взаимодействие таким простым способом невозможно, и в кинетич. ур-ние входит т. н. интеграл столкновений, к-рый более точно учитывает результат изменения функции распределения вследствие взаимодействия частиц (квазичастиц).
Решая кинетич. ур-ние, находят неравновесную функцию распределения и вычисляют потоки энергии, массы и импульса, что позволяет получить ур-ния теплопроводности, диффузии и переноса импульса (ур-ние Навье - Стокса) с кинетич. коэффициентами, выраженными через молекулярные постоянные. [Однако кинетич. ур-ние можно построить лишь для газов (из частиц или квазичастиц)].
Основные принципы теории неравновесных процессов надёжно установлены. Разработаны методы построения ур-ний переноса энергии, массы и импульса в различных системах, не только в газах, а, напр., и в жидкостях. При этом получают выражения для кинетич. коэффициентов, входящих в эти ур-ния, через корреляционные функции (функции, описывающие корреляцию в пространстве и во времени) потоков этих физич. величин, т. е. в конечном счёте через молекулярные постоянные. Эти выражения очень сложны и могут быть вычислены лишь средствами совр. вычислит, математики.
Лит.: Гуревич Л. Э., Основы физической кинетики, М.- Л., 1940; Боголюбов Н. Н., Проблемы динамической теории в статистической физике, М. - Л.,, 1946; Гуров К. П., Основания кинетической теории. Метод Н. Н. Боголюбова, М., 1966; Ландау Л. Д., ЛифшнцЕ. М., Статистическая физика, М., 1964 (Теоретическая физика, т. 5); Климент ович Ю. Л., Статистическая теория неравновесных процессов в плазме, М., 1964; Пригожий И. Р., Неравновесная статистическая механика, пер. с англ., М., 1964; Зубарев Д. Н., Неравновесная статистическая термодинамика, М., 1971; Гроот С,, Мазур П., Неравновесная термодинамика, пер. с англ., М., 1964; Честер Дж., Теория необратимых процессов, пер. с англ., М., 1966; Хаазе Р., Термодинамика необратимых процессов, пер. с нем., М., 1967. Г.Я.Мякишев.
КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКАЯ, кинетика химических реакций, учение о химических процессах - о законах их протекания во времени, скоростях и механизмах. С исследованиями кинетики хим. реакций связаны важнейшие направления совр. химии и хим. пром-сти: разработка рациональных принципов управления хим. процессами; стимулирование полезных и торможение и подавление нежелательных хим. реакций; создание новых и усовершенствование существующих процессов и аппаратов в хим. технологии; изучение поведения хим. продуктов, материалов и изделий из них в различных условиях применения и эксплуатации.
В реальных условиях, напр, в крупных пром. аппаратах, хим. процесс осложняется в связи с передачей тепла, выделяемого или поглощаемого в реакции, транспортом веществ в зону реакции, их искусств, или естеств. перемешиванием. Эти проблемы решает т. н. макрокинетика.
Вместе с тем мн. ур-ния, описывающие протекание во времени хим. реакций, пригодны и для описания ряда физ. процессов (распад радиоактивных ядер, деление ядерного горючего), а также для количеств, характеристики развития нек-рых биохим., в т. ч. ферментативных, и др. биол. процессов (нормальный и злокачественный рост тканей, развитие лучевого поражения, кинетич. критерии оценки эффективности лечения). К. х. лежит в основе исследования сложных процессов горения газов и взрывчатых веществ, помогает изучению процессов в двигателе внутр. сгорания. Т. о., можно говорить об общей кинетике, частным случаем к-рой является кинетика хим. реакций. Эти аналогии весьма удобны для практич. использования, но всегда следует иметь в виду принципиальные различия в природе рассматриваемых явлений.
Ввиду сложности реальных хим. систем и необходимости учёта большого числа факторов и условий проведения процесса, при выяснении оптимальных режимов получения нужных продуктов в совр. К. х. широко используются быстродействующие электронные вычислительные машины.
Историческая справка. Отдельные работы в области К. х. были выполнены ещё в середине 19 в. В 1850 нем. химик Л. Вильгельми изучил скорость инверсии тростникового сахара, в 1862-63 М. Бертло - скорость реакций этерификации. В работах Н. А. Меншуткина получили развитие (1882-90) такие осн. проблемы химии, как связь между строением веществ и их реакционной способностью, влияние среды на ход хим. превращения. В 80-х гг. 19 в. Я. Вант-Гофф и С. Аррениус сформулировали основные законы, управляющие простыми хим. реакциями, и дали трактовку этих законов, исходя из молекулярно-кинетич. теории. Дальнейшее развитие этих работ привело к созданию в 30-х гг. 20 в. Г. Эйрингом и М. Поляки на базе квантовой механики и статистич. физики теории абсолютных скоростей реакций, открывающей перспективы расчёта скоростей простых (элементарных) реакций, исходя из свойств реагирующих частиц (см. Активированный комплекс).
Параллельно развивались работы по изучению кинетики сложных реакций. Среди первых в этой области были исследования А. Н. Баха и Н. А. Шилова по реакциям окисления. Они включили в предмет К. х. представления о решающей роли промежуточных продуктов и промежуточных реакций в хим. превращении. Большую роль в разработке общих методов подхода к изучению сложных реакций сыграли работы М. Боденштейна. Выдающимся достижением теории сложных хим. процессов явилась созданная в 30-х гг. Н. Н. Семёновым общая теория цепных реакций. Широкие исследования механизма сложных кинетических процессов, особенно цепных реакций, были выполнены С. Н. Хингиелвудом.
Основные понятия и законы. Хим. реакция может протекать гомогенно, т. е. в объёме одной фазы, и гетерогенно, т. е. на границе раздела фаз. Наиболее полно разработана К. х. реакций в газовой фазе, т. к. она отправляется от хорошо развитой кинетич. теории газового состояния. В то же время интенсивно развивается кинетика реакций в жидкой фазе и в твёрдых телах. В зависимости от того, в какой форме подводится к реагирующей системе необходимая для реакций энергия (теплота, свет, электрич. ток, излучение, плазма, лазерные пучки, высокие и сверхвысокие давления, ударные волны), они подразделяются на тепловые, фотохимические, электрохимические, радиационно-химические и др.
В основе К. х. как учения о скоростях хим. превращений лежит действующих масс закон, согласно к-рому скорость реакции веществ А, В, С,... пропорциональна произведению их концентраций. Скорость реакции характеризуется обычно изменением за единицу времени концентрации к.-л. из исходных веществ или конечных продуктов реакции. Напр., скорость вступления в реакцию вещества А (уменьшение его концентрации в единицу времени) выражается ур-нием:
[3-5.jpg]
где k - константа скорости реакции, [А], [В], [С] ...-концентрации реагирующих веществ (в качестве действующих веществ могут выступать молекулы, радикалы и ионы, в зависимости от типа реакции); знак минус показывает, что концентрация вещества А убывает со временем. Сумма величин а, (3, у--- наз. порядком реакции. В зависимости от числа молекул, участвующих в элементарном акте хим. взаимодействия, различают реакции мономолекулярные, в к-рых реагируют отдельные молекулы одного вида, бимолекулярные - протекающие при двойном соударении (при встрече двух молекул), тримолекулярные - при тройном соударении. Реакции, требующие в элементарном акте встречи более трёх молекул, мало вероятны. Порядок простой гомогенной реакции совпадает с числом молекул, участвующих в элементарном акте реакции. Однако чаще всего такого совпадения не бывает. В частности, показатели а, (}, у... могут быть дробными величинами. Это говорит о том, что реакция имеет сложный механизм, т. е. протекает в несколько элементарных стадий, каждая из к-рых является строго моно-, би- или тримолекулярной реакцией. В тех случаях, когда сложная по существу реакция описывается простым кинетич. уравнением, говорят, что она имитирует простой закон протекания (см. Сложные реакции).
Температурная зависимость скорости реакции определяется ур-нием Аррениуса:
[3-6.jpg]
где koe - множитель, к-рый в ряде простейших случаев может быть предвычислен, исходя из молекулярно-кинетич. представлений о механизме элементарного акта, в - основание натуральных логарифмов, Е - энергия активации реакции, R - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура. На рис. 1 графически показано убывание со временем концентрации исходных веществ в случае реакций, удовлетворяющих простым законам. Кривые, показывающие изменение концентраций реагирующих веществ со временем, наз. кинетическими кривыми.
Рис. 1. Кинетические кривые химических реакций простых типов.
По механизму хим. процессы делятся на 3 основных типа: простые реакции между молекулами; радикальные, в т. ч. цепные реакции (протекающие через промежуточное образование свободных радикалов и атомов); ионные (идущие при участии ионов).
Кинетика реакций между молекулами. Реакции непосредственно между валентно-насыщенными молекулами весьмаред |
