Большая Советская Энциклопедия (СК) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ". Страница 41

  Измерения С. с. в 19 в. не только выполнили свою непосредственную задачу, но и сыграли чрезвычайно большую роль в физике. Они дополнительно подтвердили волновую теорию света (см. Оптика ), уже достаточно обоснованную другими экспериментами (Фуко, 1850, сравнение С. с. одной и той же частоты n в воздухе и воде), а также установили тесную связь оптики с теорией электромагнетизма — измеренная С. с. совпала со скоростью электромагнитных волн, вычисленной из отношения электромагнитной и электростатических единиц электрического заряда (опыты В. Вебера и Ф. Кольрауша в 1856 и последующие более точные измерения Дж. К. Максвелла ). Последнее явилось одним из отправных пунктов при создании Максвеллом электромагнитной теории света в 1864—73. Кроме того, измерения С. с. вскрыли глубокое противоречие в основных теоретических посылках физики того времени, связанных с представлением о мировом эфире . Эти измерения давали аргументы в пользу взаимоисключающих гипотез о поведении эфира при движении через него материальных тел (анализ явления аберрации света английским физиком Дж. Б. Эри в 1871 и Физо опыт 1851, повторённый в 1886 Майкельсоном и Э. Морли, результаты которых поддерживали концепцию частичного увлечения эфира; Майкельсона опыт 1881 и 1887 — последний совместно с Морли, — отвергший какое-либо увлечение эфира). Разрешить это противоречие удалось лишь в специальной теории относительности (А. Эйнштейн , 1905).

  В современных измерениях С. с. используется модернизированный метод Физо (модуляционный метод) с заменой зубчатого колеса на электрооптический, дифракционный, интерференционный или какой-либо иной модулятор света, полностью прерывающий или ослабляющий световой пучок (см. Модуляция света ). Приёмником излучения служит фотоэлемент или фотоэлектронный умножитель . Применение лазера в качестве источника света, ультразвукового модулятора со стабилизированной частотой и повышение точности измерения длины базы позволили снизить погрешности измерений и получить значение с = 299792,5 ± 0,15 км/сек. Помимо прямых измерений С. с. по времени прохождения известной базы широко применяются т. н. косвенные методы, дающие ещё большую точность. Так, методом микроволнового вакуумированного резонатора (английский физик К. Фрум, 1958) при длине волны излучения l = 4 см получено значение с = 299792,5 ±  0,1 км/сек. Погрешность определения С. с. как частного от деления независимо найденных l и n атомарных или молекулярных спектральных линий ещё меньше. Американский учёный К. Ивенсон и его сотрудники в 1972 по цезиевому стандарту частоты (см. Квантовые стандарты частоты ) нашли с точностью до 11 знаков частоту излучения СН₄ -лазера, а по криптоновому стандарту частоты — его длину волны (около 3,39 мкм ) и получили с = 299792456,2 ± 0,8 м/сек. К настоящему времени (1976) по решению XII Генеральной ассамблеи Международный союза по радиосвязи (1957) принято считать С. с. в вакууме равной 299792 ± 0,4 км/сек.

  Знание точной величины С. с. имеет большое практическое значение, в частности в связи с определением расстояний по времени прохождения радио- или световых сигналов в радиолокации , оптической локации и дальнометрии. Особенно широко этот метод применяется в геодезии и в системах слежения за искусственными спутниками Земли ; он использован для точного измерения расстояния между Землёй и Луной и для решения ряда других задач.

  Лит.: Вафиади В. Г., Попов Ю. В., Скорость света и ее значение в науке и технике, Минск, 1970; Тейлор Б. Н., Паркер В., Лангенберг Д., Фундаментальные константы и квантовая электродинамика, пер. с англ., М., 1972; Розенберг Г. В., Скорость света в вакууме, «Успехи физических наук», 1952, т. 48, в. 4; Froome К. D., «Proceedings of Royal Society», 1958, ser A, v. 247, p. 109; Eveitson K. et al, 1972 Annual Meeting of the Optical Society of America, San Francisco, 1972.

  А. М. Бонч-Бруевич.

Рис. 1. Определение скорости света методом «зубчатого колеса» (методом Физо). S — источник света; W — вращающееся зубчатое колесо с изменяемой скоростью вращения и точно известными ширинами зубцов и промежутков а между ними; N — полупрозрачное зеркало; М — отражающее зеркало; MN — точно измеренное расстояние (база); Е — окуляр. Наблюдатель регистрирует в Е свет наибольшей яркости, когда время прохождения светом расстояния NM и обратно равно времени поворота W на целое число зубцов (1, 2, 3 и т. д.). Пучок лучей света при этом проходит строго посередине между зубцами как на участке NM, так и при обратном ходе MN.

Рис. 2. Определение скорости света методом вращающегося зеркала (методом Фуко). S — источник света; R — быстровращающееся зеркало; С — неподвижное вогнутое зеркало, центр которого совпадает с осью вращения R (поэтому свет, отраженный С, всегда падает обратно на R); М — полупрозрачное зеркало; L — объектив; Е — окуляр; RC — точно измеренное расстояние (база). Пунктиром показаны положение R, изменившееся за время прохождения светом пути RC и обратно, и обратный ход пучка лучей через L. L собирает отраженный пучок в точке S’, а не вновь в точке S, как это было бы при неподвижном зеркале R. Скорость света устанавливают, измеряя смещение SS’.

Скорость химической реакции

Ско'рость хими'ческой реа'кции, величина, характеризующая интенсивность реакции химической . Скоростью образования продукта реакции называется количество этого продукта, возникающее в результате реакции за единицу времени в единице объёма (если реакция гомогенна) или на единице площади поверхности (если реакция гетерогенна). Для исходных веществ аналогичным образом определяется скорость их расходования. Количества веществ выражают в молях . Тогда скорости образования продуктов и расходования исходных веществ относятся как стехиометрия, коэффициенты этих веществ в уравнении реакции. Например, в случае реакции N₂ + ЗН₂ = 2NH₃ скорость расходования водорода в 3 раза, а скорость образования аммиака в 2 раза больше скорости расходования азота. Отношение скорости образования продукта реакции, или скорости расходования исходного вещества, к соответствующему стехиометрическому коэффициенту называется С. х. р. В случае гомогенной реакции, происходящей в закрытой системе постоянного объёма, С. х. р.

, где c_i — концентрация продукта реакции, т. е. число молей его в единице объёма, b_i — стехиометрический коэффициент этого вещества, t — время. Это уравнение применимо и к исходному веществу, если, как принято, стехиометрические коэффициенты исходных веществ считать отрицательными.

  Для технических целей скорости гетерогенно-каталитических реакций обычно рассчитывают не на единицу поверхности катализатора, а на единицу массы катализатора или на единицу объёма слоя гранул катализатора.

  С. х. р. может варьировать в чрезвычайно широких пределах — от очень малой (в случае геологического процессов, длящихся миллионы лет) до очень большой (в случае ионных реакций, завершающихся за миллионные доли секунды). О теории С. х. р. см. Кинетика химическая .

  Для измерения С. х. р. служат разнообразные методы. Выбор метода определяется характером реакции и её скоростью. Не затрагивая реакций специальных типов (электродные, фотохимические, радиационно-химические), охарактеризуем основные методы измерения скоростей обычных реакций, обусловленных энергией теплового движения. При использовании статического метода реакцию проводят в замкнутом сосуде. О её скорости судят по изменению состава реагирующей смеси на основании анализа проб или по какому-либо свойству реагирующей смеси, зависящему от состава. В случае газовых реакций, сопровождаемых изменением числа молекул, часто следят за реакцией по изменению давления. Проточный метод заключается в том. что реагирующую смесь пропускают с постоянной скоростью сквозь зону реакции: для гетерогенной реакции — это обычно объём, заполненный гранулами катализатора; в случае гомогенной реакции — область повышенной температуры. Степень превращения исходных веществ в продукты определяют по составу смеси, выходящей из зоны реакции.