В массивных образцах в отсутствии дальнодействующих сил между частицами число границ между равновесными фазами минимально. Например, в случае двухфазного равновесия имеется лишь одна поверхность раздела фаз. Если хотя бы в одной из фаз существует дальнодействующее поле (электрическое или магнитное), выходящее из вещества, то энергетически более выгодны равновесные состояния с большим числом периодически расположенных фазовых границ (домены ферромагнитные и сегнетоэлектрические, промежуточное состояние сверхпроводников) и таким расположением фаз, чтобы дальнодействующее поле не выходило из тела. Форма границы раздела фаз определяется условием минимальности поверхностной энергии . Так, в двухкомпонентной смеси при условии равенства плотностей фаз граница раздела имеет сферическую форму. Огранка кристаллов определяется теми плоскостями, поверхностная энергия которых минимальна.
Лит.: Ландау Л. Д., Ахиезер А. И., Лифшиц Е. М., Курс общей физики. Механика и молекулярная физика, 2 изд., М., 1969; Френкель Я. И., Статистическая физика, М. – Л., 1948.
В. Л. Покровский.
Фазовой плоскости метод
Фа'зовой пло'скости ме'тод, графоаналитический метод исследования динамических систем , описываемых уравнениями вида:
,
,
где х и у – переменные состояния системы, Р (х, у ) и Q (х, у ) – функции, удовлетворяющие условиям теорем существования и единственности решений, t – время (независимая переменная). Поведение такой системы можно представить геометрически на плоскости в прямоугольных декартовых координатах. При таком представлении каждому состоянию динамической системы однозначно соответствует точка на плоскости с координатами х, у и, наоборот, каждой точке плоскости соответствует одно, и только одно состояние исследуемой динамической системы. Плоскость Оху называется фазовой плоскостью. Изменение состояния системы отображается на фазовой плоскости движением точки, которую называют фазовой, изображающей или представляющей точкой. Траектория, по которой движется изображающая точка, называется фазовой траекторией; скорость и направление её движения определяются вектором фазовой скорости {Р, Q }. Существенно, что через каждую точку фазовой плоскости проходит только одна фазовая траектория. Совокупность фазовых траекторий называется фазовым портретом системы и отображает совокупность всех возможных сочетаний системы и типы возможных движений в ней.
На фазовой плоскости обычно выделяют следующие три типа фазовых траекторий: особые точки, или положения равновесия, определяемые в результате решения системы уравнений
Р (х, у ) = 0, Q (х, y ) = 0;
изолированные замкнутые траектории, отвечающие периодическим движениям в системе; сепаратрисы, разделяющие фазовую плоскость на области, заполненные траекториями разных типов. Ф. п. м. состоит в построении фазового портрета системы и последующего анализа этого портрета. Метод позволяет определить число, типы и характер особых точек, изолированных замкнутых траекторий и сепаратрис и даёт возможность по виду фазовых траекторий наглядно представить всю совокупность движений, возникающих в динамической системе при всевозможных начальных условиях. Особые точки классифицируют по характеру фазовых траекторий в их окрестности: основные типы особых точек изображены на рис. 1 . Изолированные замкнутые траектории (предельные циклы) классифицируют по характеру их устойчивости (рис. 2 ).
В сочетании с аналитическими методами Ф. п. м. позволяет получать количественные оценки решений дифференциальных уравнений, описывающих динамическую систему, например оценивать длительность перехода изображающей точки из одного состояния в другое (т. е. продолжительность переходного процесса), определять период и «амплитуду» периодического движения и т.п. Теоретические основы Ф. п. м. разработаны А. Пуанкаре . Ф. п. м. – один из методов качественой теории динамических систем; он широко используется в теории колебаний, теории автоматического управления, в электротехнике и механике.
Лит.: Пуанкаре А. О., О кривых, определяемых дифференциальными уравнениями, пер. с франц., М. – Л., 1947; Немыцкий В, В., Степанов В. В., Качественная теория дифференциальных уравнений, 2 изд., М. – Л., 1949; Андронов А. А., Витт А. А., Хайкин С. Э., Теория колебаний, 2 изд., М., 1959; Качественная теория динамических систем второго порядка, М., 1966; Емельянов С. В., Системы автоматического управления с переменной структурой, М., 1967; Марчуков Б. А., Проектирование систем управления методами фазовой плоскости, М., 1976.
С. К. Коровин, Н. Н. Миловидов.
Рис. 1. Фазовые траектории в окрестности особых точек следующих типов: а — устойчивый узел; б — неустойчивый узел; в — устойчивый фокус; г — неустойчивый фокус; д — седло; е — центр.
Рис. 2. Фазовые траектории в окрестности различных предельных циклов, изображенных в виде замкнутых кривых; а — устойчивого; б — неустойчивого; в, г — полуустойчивых.
Фазово-контрастная микроскопия
Фа'зово-контра'стная микроскопи'я, метод микроскопического исследования, основанный на получении с помощью специальных приспособлений контрастного изображения различающихся по плотности структур бесцветных прозрачных микрообъектов, например живых микроорганизмов и тканевых культур. Подробнее см. в ст. Микроскоп , раздел Методы освещения и наблюдения (микроскопия).
Фазовращатель
Фазовраща'тель, устройство автоматики, преобразовательной и измерительной техники, служащее для изменения фазы электромагнитных колебаний. Конструкция Ф. зависит от диапазона частот, для которого он предназначен, пределов изменения фазы и точности её установки. На низких частотах и в диапазоне радиочастот (до нескольких Мгц ) в качестве Ф. обычно применяют четырехполюсники, состоящие из сопротивлений, индуктивностей и ёмкостей. Простейший Ф. – фазосдвигающая цепь , состоящая из резистора и конденсатора или резистора и катушки индуктивности. Такие Ф. обычно используют для создания фиксированного фазового сдвига в пределах от 0 до 90°. Более совершенны Ф., выполненные в виде мостовой цепи из 3 резисторов и 1 конденсатора, которые обеспечивают регулируемый сдвиг в пределах от 0 до 180° (при мало изменяющейся величине выходного сигнала). Применяют также транзисторные (ламповые) мостовые Ф., в состав которых входит фазоинвертор с разделённой нагрузкой; такие Ф. дают сдвиг фазы на 180°. Фазовый сдвиг, вносимый перечисленными Ф., зависит от частоты. Этот недостаток устраняется в следящих Ф., у которых при отклонении фазового сдвига от заданного значения параметры автоматически изменяются так, чтобы это отклонение уменьшилось. Для регулирования фазы в цепях переменного тока промышленной частоты применяют вращающиеся трансформаторы, сельсины, а также трёхфазные асинхронные электродвигатели с заторможенным ротором (см. Фазорегулятор ). В диапазоне дециметровых и более коротких волн применяют Ф., собранные из отрезков коаксиальных линий и волноводов (см. Фазовращатель СВЧ). Погрешность установки фазы в электромеханических Ф. составляет 0,5–1°, в электронных 0,05–0,1°.
Лит.: Валитов Р. А., Сретенский В. Н., Радиотехнические измерения, М., 1970; Авраменко В. Л., Галямичев Ю. П., Ланнэ А. А., Электрические линии задержки и фазовращатели. (Справочник), М., 1973; Кушнир Ф. В., Радиотехнические измерения, 3 изд., М., 1975.
Фазовращатель СВЧ
Фазовраща'тель СВЧ , фазосдвигатель СВЧ, устройство, предназначенное для изменения фазы электромагнитных колебаний на выходе линии передачи СВЧ (полого пли диэлектрического радиоволновода , коаксиальной длинной линии , полосковой линии ) относительно фазы колебаний на её входе, осуществляемого посредством изменения электрической длины этой линии. (Электрическая длина линии равна 2pl /lb , где l – её геометрическая длина, lb – длина волны в линии.) Ф. подразделяются на регулируемые и нерегулируемые.
Регулируемый Ф. – участок фидера , вносящий фазовый сдвиг на определённой частоте (или требуемые сдвиги фаз в заданной полосе частот), который при необходимости можно регулировать по величине. Различают Ф. с механическим (или электромеханическим) управлением фазовым сдвигом и Ф. с электрическим управлением. К первым относятся: раздвижная секция коаксиальной линии, регулируемая посредством изменения l ; волноводный диэлектрический Ф. – отрезок волновода, содержащий перемещаемую пластину из диэлектрика , управление сдвигом фаз в котором основано на изменении фазовой скорости волны и lb при изменении положения пластины в волноводе; сжимная секция – отрезок прямоугольного волновода, узкие стенки которого снабжены упругими подвесками, позволяющими изменять ширину волновода (и тем самым lb ); мостовой Ф. – многоплечее устройство СВЧ (коаксиальное или волноводное), снабженное двумя согласованно изменяемыми по длине короткозамкнутыми шлейфами и являющееся, по существу, направленным ответвителем . Ко вторым относятся Ф. с полупроводниковыми элементами (такими, как полупроводниковые диоды с р – i – n -cтруктурой; варакторы, или варикапы ), с ферритовыми устройствами; с сегнетоэлектриком; плазменные. Наиболее перспективны Ф. на р – i – n -диодах, используемых в качестве коммутационных элементов. Диоды позволяют изменять фазовый сдвиг ступенчато, посредством либо прямого изменения l, либо подключения к линии (через диоды) набора шлейфов. Распространены также ферритовые Ф., работа которых основана на взаимодействии электромагнитной волны с нескомпенсированными магнитными моментами подрешёток феррита . Ферритовые Ф. бывают взаимные, обеспечивающие одинаковый сдвиг для обоих направлений распространения волны, и невзаимные (частный случай последних – гиратор ).
Нерегулируемый Ф. реализуют в виде калиброванного по фазе отрезка фидера, фазовый сдвиг в котором достигается подбором значения его длины, размеров поперечного сечения (при использовании волновода) либо эффективной диэлектрической проницаемости.
Ф. используют в различных устройствах сверхвысоких частот техники , например в системах с большим числом потребителей – для обеспечения требуемого распределения начальных фаз поступающих к ним сигналов, в фидерах радиосистем – для выравнивания электрических длин фидеров, в фазированных антенных решётках и др. когерентных радиосистемах.
Лит.: СВЧ устройства на полупроводниковых диодах, М., 1969; Лебедев И. В., Техника и приборы СВЧ, 2 изд., т. 1, М., 1970; Вова Н. Т., Стукало Н. А., Храмов В. А., Управляющие устройства СВЧ, К., 1973.
Р. И. Перец.
Фазовый контраст
Фа'зовый контра'ст, метод получения изображений микроскопических объектов, у элементов структуры которых преломления показатель и способность поглощать оптическое излучение разнятся настолько мало, что эти элементы неразличимы при иных методах наблюдения и получения изображений в микроскопе. В то же время сдвиги фаз световых волн, вносимые такими элементами, могут заметно отличаться один от другого, образуя т. н. «фазовый рельеф», на который не реагируют ни глаз, ни фоточувствительный слой. Метод Ф. к. состоит в преобразовании (с помощью вспомогательного оптического устройства) «фазового рельефа» в изменения интенсивностей (амплитуд) световых волн – в т. н. «амплитудный рельеф», который и регистрируется фотоприёмником. Метод Ф. к. разработан Ф. Цернике в 1935. Подробнее см. Микроскоп , раздел Методы освещения и наблюдения (микроскопия), а также лит. к этой статье.
Фазовый объём
Фа'зовый объём, объём в фазовом пространстве . Для механической системы с N степенями свободы элементарный Ф. о. равен dpdq = dp1 dq1 ... dpN dqN , где q1 ,..., qN – обобщённые координаты , а p1 , ..., pN – обобщённые импульсы системы. Ф. о. конечной фазовой области G равен 2N -mepному интегралу òG dpdq. Если система описывается уравнениями Гамильтона (см. Механики уравнения канонические ), то при движении системы её Ф. о. остаётся неизменным (Лиувилля теорема ), это позволяет ввести нормированные функции распределения в фазовом пространстве.
Фазовый переход
Фа'зовый перехо'д, фазовое превращение, в широком смысле – переход вещества из одной фазы в другую при изменении внешних условий – температуры, давления, магнитного и электрического полей и т.д.; в узком смысле – скачкообразное изменение физических свойств при непрерывном изменении внешних параметров. Различие двух трактовок термина «Ф. п.» видно из следующего примера. В узком смысле переход вещества из газовой фазы в плазменную (см. Плазма ) не является Ф. п., так как ионизация газа происходит постепенно, но в широком смысле это – Ф. п. В данной статье термин «Ф. п.» рассматривается в узком смысле.
Значение температуры, давления или какой-либо другой физической величины, при котором происходит Ф. п., называют точкой перехода.
Различают Ф. п. двух родов. При Ф. п. первого рода скачком меняются такие термодинамические характеристики вещества, как плотность, концентрация компонент; в единице массы выделяется или поглощается вполне определённое количество теплоты, носящее название теплоты перехода. При Ф. п. второго рода некоторая физическая величина, равная нулю с одной стороны от точки перехода, постепенно растет (от нуля) при удалении от точки перехода в другую сторону. При этом плотность и концентрации изменяются непрерывно, теплота не выделяется и не поглощается.
Ф. п. – широко распространённое в природе явление. К Ф. п. 1 рода относятся: испарение и конденсация, плавление и затвердевание, сублимация и конденсация в твёрдую фазу, некоторые структурные переходы в твёрдых телах, например образование мартенсита в сплаве железо – углерод. В антиферромагнетиках с одной осью намагничивания магнитных подрешёток Ф. п. 1 рода происходит во внешнем магнитном поле, направленном вдоль оси. При определённом значении поля моменты магнитных подрешёток поворачиваются перпендикулярно направлению поля (происходит «опрокидывание» подрешёток). В чистых сверхпроводниках магнитное поле вызывает Ф. п. 1 рода из сверхпроводящего в нормальное состояние (см. Сверхпроводимость ).
При абсолютном нуле температуры и фиксированном объёме термодинамически равновесной является фаза с наинизшим значением энергии. Ф. п. 1 рода в этом случае происходит при тех значениях давления и внешних полей, при которых энергии двух разных фаз сравниваются. Если зафиксировать не объём тела V, а давление р, то в состоянии термодинамического равновесия минимальной является энергия Гиббса Ф (или G), а в точке перехода в фазовом равновесии находятся фазы с одинаковыми значениями Ф (см. Гиббсова энергия ).
Многие вещества при малых давлениях кристаллизуются в неплотноупакованные структуры. Например, кристаллический водород состоит из молекул, находящихся на сравнительно больших расстояниях друг от друга; структура графита представляет собой ряд далеко отстоящих слоев атомов углерода. При достаточно высоких давлениях таким рыхлым структурам соответствуют большие значения энергии Гиббса. Меньшим значениям Ф в этих условиях отвечают равновесные плотноупакованные фазы. Поэтому при больших давлениях графит переходит в алмаз , а молекулярный кристаллический водород должен перейти в атомарный (металлический). Квантовые жидкости 3 He и 4 He при нормальном давлении остаются жидкими вплоть до самых низких из достигнутых температур (Т ~ 0,001 К). Причина этого – в слабом взаимодействии частиц и большой амплитуде их колебаний при температурах, близких к абсолютному нулю (т. н. нулевых колебаний, см. Неопределённостей соотношение ). Однако повышение давления (до 20 атм при Т»0 К) приводит к затвердеванию жидкого гелия. При отличных от нуля температурах и заданных давлении и температуре равновесной по-прежнему является фаза с минимальной энергией Гиббса (минимальная энергия, из которой вычтена работа сил давления и сообщенное системе количество теплоты).
Для Ф. п. 1 рода характерно существование области метастабильного равновесия вблизи кривой Ф. п. 1 рода (например, жидкость можно нагреть до температуры выше точки кипения или переохладить ниже точки замерзания). Метастабильные состояния существуют достаточно долго по той причине, что образование новой фазы с меньшим значением Ф (термодинамически более выгодной) начинается с возникновения зародышей этой фазы. Выигрыш в величине Ф при образовании зародыша пропорционален его объёму, а проигрыш – площади поверхности (значению поверхностной энергии ). Возникшие маленькие зародыши увеличивают Ф, и поэтому с подавляющей вероятностью они будут уменьшаться и исчезнут. Однако зародыши, достигшие некоторого критического размера, растут, и всё вещество переходит в новую фазу. Образование зародыша критического размера – очень маловероятный процесс и происходит достаточно редко. Вероятность образования зародышей критического размера увеличивается, если в веществе имеются чужеродные включения макроскопических размеров (например, пылинки в жидкости). Вблизи критической точки разница между равновесными фазами и поверхностная энергия уменьшаются, легко образуются зародыши больших размеров и причудливой формы, что отражается на свойствах вещества (см. Критические явления ).
Примеры Ф. п. II рода – появление (ниже определённой в каждом случае температуры) магнитного момента у магнетика при переходе парамагнетик – ферромагнетик, антиферромагнитного упорядочения при переходе парамагнетик – антиферромагнетик , возникновение сверхпроводимости в металлах и сплавах, возникновение сверхтекучести в 3 He и 4 He, упорядочение сплавов, появление самопроизвольной (спонтанной) поляризации вещества при переходе параэлектрик – сегнетоэлектрик и т.д.
Л. Д. Ландау (1937) предложил общую трактовку всех Ф. п. II рода, как точек изменения симметрии: выше точки перехода система обладает более высокой симметрией, чем ниже точки перехода. Например, в магнетике выше точки перехода направления элементарных магнитных моментов (спинов ) частиц распределены хаотически. Поэтому одновременный поворот всех спинов не меняет физических свойств системы. Ниже точки перехода спины имеют преимущественную ориентацию. Одновременный их поворот изменяет направление магнитного момента системы. Другой пример: в двухкомпонентном сплаве, атомы которого А и В расположены в узлах простой кубической кристаллической решётки , неупорядоченное состояние характеризуется хаотическим распределением атомов А и В по узлам решётки, так что сдвиг решётки на один период не меняет её свойств. Ниже точки перехода атомы сплава располагаются упорядоченно:... ABAB... Сдвиг такой решётки на период приводит к замене всех атомов А на В или наоборот. В результате установления порядка в расположении атомов симметрия решётки уменьшается.
Сама симметрия появляется и исчезает скачком. Однако величина, характеризующая асимметрию (параметр порядка), может изменяться непрерывно. При Ф. п. II рода параметр порядка равен нулю выше точки перехода и в самой точке перехода. Подобным образом ведёт себя, например, магнитный момент ферромагнетика, электрическая поляризация сегнетоэлектрика, плотность сверхтекучей компоненты в жидком 4 He, вероятность обнаружения атома А в соответствующем узле кристаллической решётки двухкомпонентного сплава и т.д.
Для Ф. п. II рода характерно отсутствие скачков плотности, концентрации, теплоты перехода. Но точно такая же картина наблюдается и в критической точке на кривой Ф. п. I рода (см. Критические явления ). Сходство оказывается очень глубоким. Вблизи критической точки состояние вещества можно характеризовать величиной, играющей роль параметра порядка. Например, в случае критической точки на кривой равновесия жидкость – пар это – отклонение плотности от среднего значения. При движении по критической изохоре со стороны высоких температур газ однороден, и эта величина равна нулю. Ниже критической температуры , вещество расслаивается на две фазы, в каждой из которых отклонение плотности от критической не равно нулю. Поскольку вблизи точки Ф. п. II рода фазы мало отличаются друг от друга, возможно образование зародышей большого размера одной фазы в другой (флуктуации ), точно так же, как вблизи критической точки. С этим связаны многие критические явления при Ф. п. II рода: бесконечный рост магнитной восприимчивости ферромагнетиков и диэлектрической постоянной сегнетоэлектриков (аналогом является рост сжимаемости вблизи критической точки жидкость – пар), бесконечный рост теплоёмкости, аномальное рассеяние электромагнитных волн [световых в жидкости и паре (см. Опалесценция критическая ), рентгеновских в твёрдых телах], нейтронов в ферромагнетиках. Существенно меняются и динамические явления, что связано с очень медленным рассасыванием образовавшихся флуктуаций. Например, вблизи критической точки жидкость – пар сужается линия рэлеевского рассеяния света , вблизи Кюри точки ферромагнетиков и Нееля точки антиферромагнетиков замедляется спиновая диффузия (см. Спиновые волны ) и т.д. Средний размер флуктуаций (радиус корреляции) R растет по мере приближения к точке Ф. п. II рода и становится в этой точке бесконечно большим.
Современные достижения теории Ф. п. II рода и критических явлений основаны на гипотезе подобия. Предполагается, что если принять R за единицу измерения длины, а среднюю величину параметра порядка ячейки с ребром R – за единицу измерения параметра порядка, то вся картина флуктуаций не будет зависеть ни от близости к точке перехода, ни от конкретного вещества. Все термодинамические величины являются степенными функциями R. Показатели степеней называют критическими размерностями (индексами). Они не зависят от конкретного вещества и определяются лишь характером параметра порядка. Например, размерности в точке Кюри изотропного материала, параметром порядка которого является вектор намагниченности, отличаются от размерностей в критической точке жидкость – пар или в точке Кюри одноосного магнетика, где параметр порядка – скалярная величина.
Вблизи точки перехода уравнение состояния имеет характерный вид закона соответственных состояний . Например, вблизи критической точки жидкость – пар отношение зависит только от (здесь r- плотность, rк - критическая плотность, rж – плотность жидкости, rг – плотность газа, p – давление, pk – критическое давление, Кт – изотермическая сжимаемость ), причём вид зависимости при подходящем выборе масштаба один и тот же для всех жидкостей (см. Критические явления ).
Достигнуты большие успехи в теоретическом вычислении критических размерностей и уравнений состояния в хорошем согласии с экспериментальными данными. Приближенные значения критических размерностей приведены в таблице.
Таблица критических размерностей термодинамических и кинетических величин
| Величина | Т - Тk | Теплоемкость | Восприимчивость* | Магнитное поле | Магнитный момент | Ширина линии рэлеевского рассеяния |
| Размерность | -3 /2 | 3 /16 | 2 | -5 /2 | -1 /2 | -3 /2 |
* Изменение плотности с давлением, намагниченности с напряжённостью магнитного поля и др. Tk – критическая температура.
Дальнейшее развитие теории Ф. п. II рода связано с применением методов квантовой теории поля, в особенности метода ренормализационной группы. Этот метод позволяет, в принципе, найти критические индексы с любой требуемой точностью.
Деление Ф. п. на два рода несколько условно, т.к. бывают Ф. п. I рода с малыми скачками теплоёмкости и др. величин и малыми теплотами перехода при сильно развитых флуктуациях. Ф. п. – коллективное явление, происходящее при строго определённых значениях температуры и др. величин только в системе, имеющей в пределе сколь угодно большое число частиц.
Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Статистическая физика, 2 изд., М., 1964 (Теоретическая физика, т. 5); Ландау Л. Д., Ахиезер А. И., Лифшиц Е. М., Курс общей физики. Механика и молекулярная физика, 2 изд., М., 1969; Браут Р., Фазовые переходы, пер. с англ., М., 1967; Фишер М., Природа критического состояния, пер. с англ., М., 1968; Стенли Г., Фазовые переходы и критические явления, пер. с англ., М., 1973; Анисимов М. А., Исследования критических явлений в жидкостях, «Успехи физических наук», 1974, т. 114, в. 2; Паташинский А. З., Покровский В. Л., Флуктуационная теория фазовых переходов, М., 1975; Квантовая теория поля и физика фазовых переходов, пер. с англ., М., 1975 (Новости фундаментальной физики, вып. 6); Вильсон К., Когут Дж., Ренормализационная группа и e-разложение, пер, с англ., М., 1975 (Новости фундаментальной физики, в. 5).
В. Л. Покровский.
Фазовый портрет
Фа'зовый портре'т, совокупность фазовых траекторий, характеризующая состояния и движения динамич. системы (см. Фазовой плоскости метод ).
Фазоинвертор
Фазоинве'ртор, электрическое устройство, преобразующее входное напряжение в два напряжения, сдвинутые по фазе на 180°. Простейший Ф. – электрический трансформатор с симметричной вторичной обмоткой, имеющей отвод от средней точки. Часто в качестве Ф. используют колебательный контур , у которого имеется отвод от средних точек в индуктивной или ёмкостной ветвях (от средней точки катушки индуктивности или общей точки двух последовательно включенных конденсаторов). В радиотехнических устройствах получили распространение ламповые, а позднее – транзисторные Ф. с разделённой нагрузкой (рис. ). В таких Ф. выходные сигналы на аноде (коллекторе) и катоде (эмиттере) имеют разную полярность (сдвинуты по фазе на 180°). Существуют и др. Ф., например собранные на лампе (двойном триоде) по схеме с общим катодом или с общей сеткой, а также на т. н. составных транзисторах. Ф. используют также в измерительной аппаратуре, устройствах вычислительной техники и др.
Принципиальная схема фазоинвертора с разделенной нагрузкой: Т — транзистор; Rб , Rк , Rэ — резисторы в цепях смещения, коллектора и эмиттера; С1 , С2 — разделительные конденсаторы; Ек — источник питания.
Фазокомпенсатор
Фазокомпенса'тор, источник реактивной мощности , включаемый в определённых узлах электрической сети либо непосредственно на зажимах нагрузки и служащий для компенсации сдвига фаз между напряжением и током. Применение Ф. позволяет регулировать (поддерживать) напряжение в сети, снижать потери электрической энергии и увеличивать пропускную способность электрических коммуникаций.
Различают регулируемые и нерегулируемые Ф. Регулируемый Ф. позволяет менять характер реактивной мощности в сети (ёмкостный или индуктивный), что обеспечивает возможность поддержания заданного режима работы сети при изменении влияющих на него условий. Регулируемые Ф. бывают вращающиеся и статические. В качестве вращающихся регулируемых Ф. используют компенсаторы синхронные . Статические регулируемые Ф. выполняют на конденсаторах электрических . Регулирующими элементами в таких Ф. служат управлямые выпрямители тока , регулируемые реакторы электрические или трансформаторы электрические. Нерегулируемые Ф. – обычно статические, конденсаторного типа. В ряде случаев Ф. дополнительно выполняют роль устройств, симметрирующих нагрузку. В сетях с существенно несинусоидальными нагрузками Ф. используют в качестве фильтров гармонических колебаний. Статические Ф. находят применение в преобразовательных устройствах с искусственной коммутацией. Выбор типа Ф. определяется технико-экономическими показателями, учитывающими характер нагрузок сети, скорость и диапазон их изменений, режим работы сети и т.д. См. также Компенсирующие устройства .
Лит.: Мамошин Р. Р., Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока, М., 1973.
Р. Р. Мамошин.
Фазометр
Фазо'метр, прибор для измерения косинуса угла сдвига фаз (или коэффициента мощности) между напряжением и током в электрических цепях переменного тока промышленной частоты или для измерения разности фаз электрических колебаний. Измерение косинуса угла сдвига фаз на промышленной частоте производят электромеханическими Ф. с непосредственным отсчётом, в которых измерительным механизмом служит логометр (электродинамический, ферродинамический, электромагнитный или индукционный); отклонение подвижной части логометра зависит от сдвига фаз соотносимых напряжения и тока. В качестве Ф. для широкого диапазона частот применяют электронно-счётные измерители интервалов времени между моментами прохождения соотносимых колебаний через нуль, а также градуированные измерительные фазовращатели в сочетании с индикаторами нулевой разности фаз (например, с фазовыми детекторами). Погрешности измерения электромеханическими Ф. 1–3°, электронными 0,05–0,1°.
Лит.: Вишенчук И. М., Котюк А. Ф., Мизюк Л. Я., Электромеханические и электронные фазометры, М. – Л., 1962; Электрические измерения, под ред. Е. Г. Шрамкова, М., 1972; Кушнир Ф. В., Радиотехнические измерения, 3 изд., М., 1975.
Фазорегулятор
Фазорегуля'тор, электромеханическое устройство, обычно в виде асинхронной электрической машины с заторможенным фазным ротором (работающей как электрический трансформатор), позволяющее изменять сдвиг фаз между напряжениями на зажимах источника тока и нагрузки. Обмотку статора (играющую роль первичной обмотки трансформатора) подсоединяют к сети трёхфазного тока, а обмотку ротора (вторичную обмотку) через контактные кольца подсоединяют к нагрузке. Токи в статорной обмотке создают вращающееся магнитное поле , которое индуцирует в обмотках статора и ротора эдс. Сдвиг фаз между этими эдс определяется относительным положением статора и ротора Ф. (углом взаимного сдвига электрических осей фазных обмоток). Поворачивая ротор относительно статора посредством механического приспособления, например при помощи червячного механизма, можно плавно изменять сдвиг фаз между эдс (а следовательно, между первичным и вторичным напряжениями) в пределах от 0° до 360°. При необходимости изменять фазу напряжения в относительно маломощных цепях однофазного переменного тока используют устройства, в которых вращающееся магнитное поле создаётся двумя обмотками, магнитный поток одной из которых сдвинут по фазе относительно потока второй на четверть периода включением электрического конденсатора.
В автоматике, телемеханике, преобразовательной и измерительной технике для изменения сдвига фаз между напряжениями или токами применяют Ф. на основе четырехполюсников, состоящих из резисторов, катушек индуктивности и электрических конденсаторов. Такие Ф. назыаются фазосдвигающими цепями и фазовращателями .
Лит.: Электротехнический справочник, 5 изд., т. 1, М., 1974.
Г. М. Вотчицев.
Фазорентгенокардиография
Фазорентгенокардиогра'фия, методика исследования функции сердца посредством рентгенографии в различные фазы его деятельности (систола, диастола).
Фазосдвигающая цепь
Фазосдвига'ющая цепь, электрическая цепь, на выходе которой фазы колебаний отдельных гармонических составляющих спектра распространяющегося по ней сигнала отличаются от фаз соответствующих составляющих на входе. В Ф. ц. с сосредоточенными параметрами сдвиг фаз обусловлен действием реактивных элементов (например, конденсаторов, катушек индуктивности), а в Ф. ц. с распределёнными параметрами – конечным временем распространения электрического сигнала от входа цепи до её выхода. Пример простейшей Ф. ц. – Г-образный четырехполюсник, содержащий реактивный элемент и резистор (рис. ) либо 2 разнородных реактивных элемента. Такую Ф. ц. обычно используют для введения фиксированного фазового сдвига в тракт передачи сигнала на пром. частоте и радиочастотах (вплоть до частот метрового диапазона). Ф. ц. имеют большое практическое значение в радиотехнике: их используют для изменения формы входного сигнала (в дифференцирующих устройствах , интегрирующих устройствах ), для компенсации фазовых искажений, фазовой модуляции и т.д.
Лит.: Зернов Н. В., Карпов В. Г., Теория радиотехнических цепей, 2 изд., [Л.], 1972.
К. К. Товара.
Простейшие Г-образные фазосдвигающие цепи: L — катушка индуктивности; R — резистор; С — конденсатор; Dj — сдвиг фаз; w — угловая частота.
Фазосдвигающее устройство
Фазосдвига'ющее устро'йство, электрическое устройство в системе управления вентильным преобразователем, предназначенное для создания требуемой задержки во времени (выражаемой обычно в единицах угла сдвига фаз) между моментом естественного включения (зажигания) вентиля и моментом подачи на него управляющего импульса (см. Преобразовательная техника ). Простейшее Ф. у. состоит из дросселя насыщения и резистора (рис. ). До момента насыщения дросселя питающее напряжение практически полностью приложено к его обмотке; в момент насыщения падение напряжения на резисторе резко возрастает, и этот скачок напряжения может быть использован непосредственно как управляющий импульс в преобразовательных устройствах с низким быстродействием. В Ф. у. с импульсным трансформатором момент формирования управляющего импульса на выходной обмотке трансформатора можно регулировать, изменяя полярность и силу тока в обмотке управления (подмагничивающего тока). Применяют также Ф. у., выполненные на регулируемых резисторах и конденсаторах, и Ф. у. с модуляцией электрических сигналов и др.
Лит. см. при ст. Преобразовательная техника .
Ю. М. Иньков.
Схема фазосдвигающего устройства с дросселем насыщения (а) и диаграмма напряжений на нем (б): U — входное напряжение; Uн — выходное напряжение; Др — дроссель насыщения; R — резистор.
Фазотрон
Фазотро'н (от фаза и ... трон ), циклический резонансный ускоритель тяжёлых заряженных частиц (протонов, дейтронов и др.) с постоянным во времени ведущим магнитным полем и переменной частотой ускоряющего ВЧ электрического поля. Ф. с азимутально-однородным магнитным полем называется также синхроциклотроном. См. Ускорители заряженных частиц .
Фазоуказатель
Фазоуказа'тель, прибор электромагнитной или индукционной системы, предназначенный для определения порядка чередования фаз в трёхфазных электрических цепях. Порядок чередования фаз определяет направления вращения электродвигателей трёхфазного тока; кроме того, от него зависит правильность работы некоторых измерительных приборов, устройств автоматического регулирования и т.д. Обычно Ф. выполняют в виде миниатюрного асинхронного электродвигателя, ротором которого служит алюминиевый диск, вращающийся под действием магнитного поля, возбуждаемого токами в трёх обмотках при их подключении к проводам контролируемой цепи. На зажимах Ф. обозначена некоторая последовательность фаз; если диск вращается в направлении изображенной на нём стрелки, то последовательность фаз цепи соответствует той, что указана на зажимах прибора. Существуют также универсальные Ф., с помощью которых можно определять коэффициент мощности и сдвиг фаз между напряжением и током.
Фазоустановитель
Фазоустанови'тель телеграфный, регулировочный узел приёмника стартстопного телеграфного аппарата , позволяющий добиться согласованной (синфазной) работы распределителей передающего и принимающего телеграфных аппаратов с целью предотвращения искажений при регистрации кодовых комбинаций телеграфного сообщения. При помощи Ф. устанавливают оптимальный момент регистрации каждой посылки принимаемой кодовой комбинации, соответствующий середине длительности посылки.
Лит.: Копничев Л. Н., Коган В. С., Телеграфные аппараты и аппаратура передачи данных, М., 1975.
Фазочастотная характеристика
Фазочасто'тная характери'стика (ФЧХ), характеристика линейной электрической цепи, выражающая зависимость сдвига по фазе между гармоническими колебаниями на выходе и входе этой цепи от частоты гармонических колебаний на входе. ФЧХ используется главным образом для оценки фазовых искажений формы сложного сигнала (например, видеосигнала ), вызываемых неодинаковой задержкой во времени его отдельных гармонических составляющих при их прохождении по цепи. Особенно жёсткие требования предъявляют к ФЧХ некоторых цепей радиотехнических систем, основных на фазовых методах обработки сигналов, систем многоканальной связи и измерительных устройств. Для подавляющего большинства цепей (т. н. минимально-фазовые цепи) ФЧХ однозначно связана с амплитудно-частотной характеристикой .
