выражение особых свойств поверхностных слоев, т. е. тонких слоев вещества на границе соприкосновения тел (сред, фаз). Эти свойства обусловлены избытком свободной энергии (См. Свободная энергия) поверхностного слоя, особенностями его структуры и состава. П. я. могут иметь чисто физический характер или сопровождаться химическими превращениями; они протекают на жидких (легкоподвижных) и твёрдых межфазных границах. П. я., связанные с действием поверхностного натяжения (См. Поверхностное натяжение) и вызываемые искривлением жидких поверхностей раздела, называются также капиллярными явлениями (См. Капиллярные явления). К ним относятся капиллярное всасывание жидкостей в пористые тела, капиллярная конденсация, установление равновесной формы капель, газовых пузырей, менисков. Свойства поверхности контакта двух твёрдых тел или твёрдого тела с жидкой и газовой средами определяют условия таких явлений, как Адгезия, Смачивание, трение. Молекулярная природа и свойства поверхности могут коренным образом изменяться в результате образования поверхностных мономолекулярных слоев или фазовых (полимолекулярных) плёнок. Такие изменения часто происходят вследствие физических процессов (адсорбции, поверхностной диффузии, растекания жидкости) или химического взаимодействия компонентов соприкасающихся фаз. Любое "модифицирование" поверхностного (межфазного) слоя обычно приводит к усилению или ослаблению молекулярного взаимодействия между контактирующими фазами (см. Лиофильность и лиофобность). Физические или химические превращения в поверхностных слоях сильно влияют на характер и скорость гетерогенных процессов - коррозионных, каталитических, мембранных и др. П. я. отражаются и на типично объёмных свойствах тел. Так, уменьшение свободной поверхностной энергии твёрдых тел под действием адсорбционно активной среды вызывает понижение их прочности (см. Ребиндера эффект). Особую группу составляют П. я., обусловленные наличием в поверхностном слое электрических зарядов: электроадгезионные явления, Электрокапиллярные явления, электродные процессы. Физические или химические изменения в поверхностном слое проводника или полупроводника существенно сказываются на работе выхода (См. Работа выхода) электрона. Они также влияют на П. я. в полупроводниках (См. Полупроводники) (поверхностные состояния, поверхностную проводимость, поверхностную рекомбинацию), что отражается на эксплуатационных характеристиках полупроводниковых приборов (солнечных батарей, фотодиодов и др.). П. я. имеют место в любой гетерогенной системе, состоящей из двух или нескольких фаз. По существу весь материальный мир - от космических объектов до субмикроскопических образований - гетерогенен. Как гомогенные можно рассматривать системы лишь в ограниченных объёмах пространства. Поэтому роль П. я. в природных и технологических процессах чрезвычайно велика. Особенно важны П. я. в коллоидно-дисперсных (микрогетерогенных) системах, где межфазная поверхность наиболее развита. С П. я. связана сама возможность возникновения и длительного существования таких систем. К П. я. в дисперсных системах (См. Дисперсные системы) сводятся основные проблемы коллоидной химии (См. Коллоидная химия). Во взаимосвязи броуновского движения (См. Броуновское движение) и П. я. протекают все процессы, приводящие к изменению размеров частиц высокодисперсной фазы (Коагуляция, Коалесценция, Пептизация, эмульгирование). В грубодисперсных и макрогетерогенных системах на первый план выступает конкуренция поверхностных сил и внешних механических воздействий. П. я., влияя на величину свободной поверхностной энергии и строение поверхностного слоя, регулируют зарождение и рост частиц новой фазы в пересыщенных парах, растворах и расплавах, взаимодействие коллоидных частиц при формировании разного рода дисперсных структур (См. Дисперсная структура). На глубину и направление процессов, обусловленных П. я., часто решающим образом влияют Поверхностно-активные вещества, меняющие в результате адсорбции структуру и свойства межфазных поверхностей. Основы современной термодинамики П. я. созданы американским физикохимиком Дж. Гиббсом. В трудах советских учёных П. А. Ребиндера, А. Н. Фрумкина, Б. В. Дерягина, А. В. Думанского (См. Думанский) получили развитие теоретические представления о природе и молекулярном механизме П. я., имеющие важное практическое значение.

Использование П. я. в производственной деятельности человека позволяет интенсифицировать существующие технологические процессы. П. я. в значительной мере определяют пути получения и долговечность важнейших строительных и конструкционных материалов; эффективность добычи и обогащения полезных ископаемых; качество и свойства продукции, выпускаемой химической, текстильной, пищевой, химико-фармацевтической и многими другими отраслями промышленности. Большое значение имеют П. я. в металлургии, производстве керамики, металлокерамики, полимерных материалов (пластических масс, резины, лакокрасочных продуктов). Для техники важны такие П. я., как смазочное действие, износ, контактные взаимодействия, структурные изменения в поликристаллических и композиционных материалах, а также электрические и электрохимические процессы и явления на поверхностях твёрдых тел. Познание П. я. в живой природе позволяет сознательно влиять на биологические процессы с целью повышения продуктивности сельского хозяйства, развития микробиологической промышленности, расширения возможностей медицины и ветеринарии.

Л. А. Шиц.

В биологии П. я. играют важную роль прежде всего на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях организации живых систем. Различные Биологические мембраны отграничивают клетку от внешней среды и обеспечивают её микрогетерогенность. На мембранах клетки и внутриклеточных органелл (митохондрий, пластид и др.) происходят фундаментальные для жизни процессы: рецепция экзо- и эндогенных биологически активных веществ (гормонов, медиаторов, антигенов, феромонов и т.д.); Ферментативный катализ (многие ферменты встроены в мембраны, образуя многоферментные каталитические ансамбли); преобразование химической энергии в осмотическую работу; Окислительное фосфорилирование, т. е. сопряжение процессов окисления с накоплением энергии в макроэргических соединениях. Особенности взаимодействия поверхностей ответственны за агрегацию клеток, их прикрепление к живым и неживым субстратам (в т. ч. образование тромба при повреждении стенки сосуда, сорбция вирусов на клетках и т.п.). Функционирование важнейших ферментных систем (например, ансамбля дыхательных ферментов) - пример гетерогенного катализа. Адсорбция соответствующих физиологически активных веществ на поверхностях лежит в основе "распознавания" своих и чужих макромолекул (см. Иммунология, Компетенция, Хеморецепция), наркоза, передачи нервного импульса. В целом П. я. в живых системах отличаются от таковых в неживой природе гораздо большей химической специфичностью, взаимной согласованностью во времени и пространстве. Например, рецепция гормона на поверхности клетки вызывает конформационный переход (см. Конформация) ряда компонентов мембраны, что обусловливает изменение её проницаемости и гетерокаталитической активности. Это, в свою очередь, вызывает многочисленные физико-химические и биохимические сдвиги в клетке, что в совокупности и определяет её реакцию на воздействие.

По мере эволюции роль П. я. в процессах жизнедеятельности возрастает. Так, более древний механизм обеспечения клеток энергией - Гликолиз - осуществляется ферментами цитоплазмы, лишь частично закрепленными на структурах эндоплазматической сети; эволюционно более поздний и экономичный путь получения энергии - Дыхание - осуществляется за счёт гетерокаталитических систем (см. Окисление биологическое). У одноклеточных организмов питание происходит путём заглатывания целых макромолекул и их последующего расщепления внутри клетки (см. Пиноцитоз); у высших - существенную роль играет пристеночное (контактное) Пищеварение, когда ферментативный гидролиз макромолекул пищи происходит на внешней поверхности клетки и координирован с последующим транспортом продуктов расщепления в клетку. См. также Проницаемость биологических мембран.

А. Г. Маленков.

Лит.: Мелвин-Хьюз Э. А., Физическая химия, пер. с англ., кн. 2, М., 1962, с. 807; Курс физической химии, под ред. Я. И. Герасимова, 2 изд., т. 1, М. - Л., 1969; Успехи коллоидной химии, под ред. П. А. Ребиндера и Г. И. Фукса, М., 1973; Гиббс Д ж. В., Термодинамические работы, пер. с англ.. М. - Л., 1958; Русанов А. И., Фазовые равновесия и поверхностные явления. Л,, 1967; Межфазовая граница газ - твёрдое тело, пер. с англ., М., 1970; Дерягин Б. В., Кротова Н. А., Смилга В. П., Адгезия твёрдых тел, М., 1973; 3имон А. Д., Адгезия жидкости и смачивание, М., 1974; Семенченко В. К., Поверхностные явления в металлах и сплавах, М.. 1957; Recent progress in surface science, ed by J. F. Danielli [a. o.], v. 1-5, N. Y. - L., 1964-72. См. также лит. при статьях Коллоидная химия, Поверхностное натяжение. Васильев Ю. М., Маленков А. Г., Клеточная поверхность и реакции клеток, Л., 1968; Пасынский А. Г., Биофизическая химия, 2 изд., М., 1968; Surface phenomena in chemistry and biology, L. - [a. o.], 1958; Surface chemistry of biological systems, N. Y. - L., 1970.

упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдом теле вдоль его свободной границы и затухающие с глубиной. Их существование было предсказано Дж. У. Рэлеем (См. Рэлей) в 1885. Примеры Р. в. - волны на земной поверхности, возникающие при землетрясениях; ультразвуковые волны, применяемые для контроля поверхностного слоя различных деталей и образцов и т. д. Толщина слоя локализации Р. в. составляет (1-2)λ, где λ - длина волны. На глубине λ плотность энергии в волне ≈ 0,05 плотности у поверхности. Движение частиц в Р. в. происходит по эллипсам, большая полуось которых перпендикулярна поверхности твёрдого тела, а малая - параллельна направлению распространения волны. Фазовая скорость Р. в. меньше фазовых скоростей продольных и сдвиговых волн и равна групповой скорости.

В анизотропных средах структура и свойства Р. в. зависят от типа анизотропии и направления распространения волн, причём имеются такие среды, например кристаллы триклинной системы, в которых Р. в. вообще не могут существовать. Иногда под Р. в. понимают поверхностные волны более общего типа, возникающие на границе твёрдого тела с жидкостью и на границе системы твёрдых или жидких слоев с твёрдым полупространством.

Лит.: Кольский Г., Волны напряжения в твердых телах, пер. с англ., М., 1955; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория упругости, 3 изд., М., 1965 (Теоретическая физика, т. 7); Викторов И. А., Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике, М., 1966.

совокупность явлений, связанных с действием магнитного поля на электрические (гальванические) свойства твёрдых проводников (металлов и полупроводников), по которым течёт ток. Наиболее существенны Г. я. в магнитном поле Н, перпендикулярном току (поперечные Г. я.). К ним относится эффект Холла - возникновение разности потенциалов (эдс Холла V_h) в направлении, перпендикулярном полю Н и току j (j - плотность тока), и изменение электрического сопротивления проводника в поперечном магнитном поле. Разность Δρ между сопротивлением ρ проводника в магнитном поле и без поля часто называется магнетосопротивлением.

Мерой эффекта Холла служит постоянная Холла:

Здесь d - расстояние между электрическими контактами, с помощью которых измеряют эдс Холла. Постоянная Холла в широких пределах не зависит от величины магнитного поля (а для металлов и от температуры). Линейная зависимость V_H от магнитного поля Н используется для измерения магнитных полей (см. Магнитометр).

В электронных проводниках, в которых ток переносится "свободными" электронами (электронами проводимости (См. Электрон проводимости)), согласно простейшим представлениям, постоянная Холла выражается через число электронов проводимости n в см³. R = 1/nec (е - заряд электрона, с - скорость света). Поэтому измерение R служит одним из основных методов оценки концентрации электронов проводимости n в электронных проводниках. У электронных проводников R имеет знак минус. У полупроводников с дырочной проводимостью и у некоторых металлов постоянная Холла имеет знак плюс, соответствующий положительно заряженным носителям тока - Дыркам (см. Твёрдое тело). Т. к. эдс Холла меняет знак при изменении направления магнитного поля на обратное, то эффект Холла называется нечётным Г. я.

Относительное изменение сопротивления в поперечном поле (Δρ/ρ)_⊥, в обычных условиях (при комнатной температуре) очень мало: у хороших металлов (См. Металлы) (Δρ/ρ)_⊥ Гальваномагнитные явления 10^-4 при H Гальваномагнитные явления 10⁴ э. Важным исключением является висмут (Bi), у которого (Δρ/ρ)_⊥ ≈ 2 при Н = 3 · 10⁴э. Это позволяет его использовать для измерения магнитного поля. У полупроводников (См. Полупроводники) изменение сопротивления несколько больше, чем у металлов: (Δρ/ρ)_⊥ ≈ 10^-2-10^-1 и существенно зависит от концентрации примесей в полупроводнике и от температуры. Например, у достаточно чистого германия (Δρ/ρ)_⊥ ≈ 3 при Т = 90 К и H = 1,8 · 10^-4э.

Понижение температуры и увеличение магнитного поля приводят к увеличению (Δρ/ρ)_⊥. П. Л. Капица (1929), используя магнитные поля в несколько сот тысяч э и сравнительно низкие температуры (температура жидкого азота), обнаружил существенное увеличение сопротивления большого числа металлов и показал, что в широком интервале магнитных полей (Δρ/ρ)_⊥ линейно зависит от магнитного поля (закон Капицы).

В слабых магнитных полях (Δρ/ρ)_⊥ пропорционально H². Коэффициент пропорциональности между (Δρ/ρ)_⊥ и H² положителен, т. е. сопротивление растет с увеличением магнитного поля. Изменение сопротивления в магнитном поле называется чётным Г. я., т. к. (Δρ/ρ)_⊥ не изменяет знак при изменении направления поля Н на обратное.

Так как сопротивление весьма чувствительно к качеству образца (к количеству примесей и дефектов кристаллической решётки), а также к температуре, то каждое измерение приводит к новой зависимости r от Н. Имеющиеся экспериментальные данные для металлов удобно описывать, выразив (Δρ/ρ)_⊥ в виде функции от Н_эф = Hρ₃₀₀/ρ, где ρ₃₀₀ - сопротивление данного металла при комнатной температуре (Т = 300К), а ρ - при температуре эксперимента. При этом различные данные, относящиеся к одному металлу, укладываются на одну кривую (правило Колера).

Основная причина Г. я. -искривление траекторий носителей тока (электронов проводимости и дырок) в магнитном поле (см. Лоренца сила). Траектория носителей в магнитном поле может существенно отличаться от траектории свободного электрона в магнитном поле - круговой спирали, навитой на магнитную силовую линию. Разнообразие траекторий носителей тока у различных проводников - причина разнообразия Г. я., а зависимость траектории от направления магнитного поля - причина анизотропии (См. Анизотропия) Г. я. в монокристаллах. Мерой влияния магнитного поля на траекторию электрона является отношение длины свободного пробега (См. Длина свободного пробега) l электрона к радиусу кривизны его траектории в поле Н: r_н = cp/eH (р - импульс электрона). По отношению к Г. я. магнитное поле считают слабым, если Н ≤ Н_о = el/cp, и сильным, если Н ≥ Н₀.

При комнатных температурах для различных металлов и хорошо проводящих полупроводников H₀ Гальваномагнитные явления 10⁵-10⁷э, для плохо проводящих полупроводников Н₀Гальваномагнитные явления10⁸-10⁹э. Понижение температуры увеличивает длину пробега l и потому уменьшает значение H₀. Это позволяет, используя низкие температуры и обычные магнитные поля (Гальваномагнитные явления10⁴э), осуществлять условия, соответствующие сильному полю Н >> Н₀.

Измерение сопротивления монокристаллических образцов металлов в сильных магнитных полях - один из важных методов изучения металлов. Исследуется зависимость сопротивления от величины магнитного поля и его направления относительно кристаллографических осей. Теория Г. я. показала, что зависимость сопротивления от поля Н существенно связана с энергетическим спектром электронов. Резкая анизотропия сопротивления в сильных магнитных полях (у Au, Ag, Cu, Sn и др.) означает существ, анизотропию Ферми поверхности (См. Ферми поверхность). И, наоборот, небольшая анизотропия сопротивления в магнитном поле означает практическую изотропию поверхности Ферми. При этом, если с ростом магнитного поля для всех направлений ρ не стремится к насыщению (Bi, As и др.), то электроны и дырки содержатся в проводниках в равных количествах. Стремление сопротивления к насыщению означает, что преобладают либо электроны, либо дырки (тип носителей может быть установлен по знаку постоянной Холла).

Наряду с поперечными Г. я. наблюдается также небольшое изменение сопротивления металлов в магнитном поле, параллельном току I: (Δρ/ρ)_||, наз. продольным гальваномагнитным эффектом. В сильных магнитных полях обнаруживаются квантовые эффекты, проявляющиеся в немонотонной (осциллирующей) зависимости постоянной Холла и сопротивления от поля Н.

При изучении Г. я. в тонких плёнках и проволоках имеет место зависимость (Δρ/ρ)_⊥ и (Δρ/ρ)_|| от размеров и формы образца (размерные эффекты). С ростом Н при r_n ≤ d (d - наименьший размер образца) эта зависимость исчезает. В ферромагнитных металлах и полупроводниках (ферритах (См. Ферриты)) Г. я. обладают рядом специфических особенностей, обусловленных существованием самопроизвольной намагниченности в отсутствие магнитного поля. Например, эдс Холла в ферромагнетиках зависит не только от среднего поля Н в образце, но и от намагниченности, сопротивление в слабых полях иногда убывает (см. Ферромагнетизм, Холла эффект).

Лит.: Лифшиц И. М., Каганов М. И., Некоторые вопросы электронной теории металлов, "Успехи физических наук", 1965, т. 87, в. 3; 3айман Дж., Принципы теории твердого тела, пер. с англ., М., 1966

М. И. Каганов.