| Н в каждой точке пространства, занятого волной, описывают окружности в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. См. Поляризация света.
КРУГОВАЯ СКОРОСТЬ, см. в ст. Космические скорости.
КРУГОВОЙ ПРОЦЕСС (цикл) в термодинамике, процесс, при к-ром физич. система (напр., пар), претерпев ряд изменений, возвращается в исходное состояние. Термодинамич. параметры и характеристич. функции состояния системы (темп-pa Т, давление р, объём V, внутренняя энергия V,энтропия S и др.) в конце К. п. вновь принимают первоначальное значение и, следовательно, их изменения при К. п. равны нулю (dU = 0 и т. д.). Все изменения, возникающие в результате К. п., происходят только в среде, окружающей систему. Система (рабочее тело) на одних участках К. п. производит положительную работу за счёт своей внутренней энергии и количеств теплоты Qn, полученных от внешних источников, а на др. участках К. п. работу над системой совершают внешние силы (часть её идёт на восстановление внутр. энергии системы). Согласно первому началу термодинамики (закону сохранения энергии), произведённая в К. п. системой или над' системой работа (А) равна алгебраич. сумме количеств теплоты (О), полученных или отданных на каждом участке К. п. (dU = Q - А = 0,А = Q). Отношение А/Он (совершённой системой работы к количеству полученной ею теплоты) наз. коэффициентом полезного действия (кпд) К. п.
Различают равновесные (точнее, квазиравновесные) К. п., в к-рых последовательно проходимые системой состояния близки к равновесным, и неравновесные К. п., у к-рых хотя бы один из участков является неравновесным процессом. У равновесных К. п. кпд максимален. На рис. дано графич. изображение равновесного (обратимого) Карно цикла, имеющего макс. кпд.
К. п. наз. прямым, если его результатом является совершение работы над внешними телами и переход определённого количества теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому (холодильнику). К. п., результатом к-рого является перевод определённого количества теплоты от холодильника к нагревателю за счёт работы внешних сил, наз. обратным К. п. или холодильным циклом.
К, п. сыграли в физике, химии, технике выдающуюся роль. Расчёт различных равновесных К. п. явился исторически первым методом термодинамич. исследований. Этот метод дал возможность на основе анализа рабочего цикла идеальной тепловой машины (цикла Карно) получить математич. выражение второго начала термодинамики и построить термодинамич. температурную шкалу. Многие важные термодинамич. соотношения (Клапейрона - Клаузиуса уравнение и др.) были получены при рассмотрении соответствующих К. п. В технике К. п. применяются в качестве рабочих циклов двигателей внутр. сгорания, различных теплосиловых и холодильных установок (см. Цикл двигателя, Холодильные циклы).
Лит.: Кричевскиq И. Р., Понятия и основы термодинамики, М.. 1962; Курс физической химии, под ред. Я. И. Герасимова, 2 изд., т. 1, М., 1969.
КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ на 3емле, повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества в природе, имеющие б. или м. выраженный цик-лич. характер. Эти процессы имеют определённое поступательное движение, т. к. при т. н. циклич. превращениях в природе не происходит полного повторения циклов, всегда имеются те или иные изменения в количестве и составе образующихся веществ. Понятие К. в. нередко трактовалось метафизически, как движение по замкнутому кругу, что в корне ошибочно.
Ок. 5 млрд. лет назад произошла дифференциация вещества Земли, разделение его на ряд концентрич. оболочек, или геосфер: атмосферу, гидросферу, земную кору, гранитную, базальтовую и др. оболочки, отличающиеся друг от друга характерным химич. составом, физич. и термодинамич. свойствами. Эти оболочки в последующее геологич. время развивались в направлении дальнейшего наиболее устойчивого состояния. Между всеми геосферами и внутри каждой отдельной геосферы продолжался обмен веществом. Вначале наиболее существенную роль играл вынос вещества из недр Земли на поверхность в результате процессов выплавления легкоплавкого вещества Земли и дегазации.
Поскольку можно судить на основании сохранившихся геологич. свидетельств, эта стадия обмена была ещё очень обширной в архейскую эру (см. Докемб-рий). В то время имели место интенсивные колебательные движения в земной коре, обширные горообразовательные процессы, создавшие повсеместно складчатость, а также энергичная вулканич.
деятельность, результатом к-рой яви-лись мощные слои базальтов. Широко развиты были интрузии и процессы гра-нитизации. Все эти процессы осуществлялись в более грандиозных масштабах, чем в последующие геологич. периоды. В архейскую эру на поверхность Земли выносились вещества в значительно больших кол-вах и, возможно, из более глубоких областей планеты. В дальнейшем обмен веществом между глубокими областями и поверхностью Земли сократился. В конце докембрия обособились более спокойные области земной коры - платформы и области интенсивной тектонич. и магматич. деятельности - геосинклинали. С течением времени платформы росли, а геосинклинальные области сужались.
В совр. период обмен веществом между геосферами по вертикальному направлению достаточно определённо может наблюдаться в пределах 10-20 км от поверхности Земли и местами - в 50- 60 км. Не исключено движение вещества и из более глубоких зон Земли, однако этот процесс в наст. время уже не играет существенной роли в общем К. в. на Земле. Непосредственно непрерывный К. в. наблюдается в атмосфере, гидросфере, верхней части твёрдой литосферы и в биосфере. Со времени появления биосферы (ок. 3,5 млрд. лет назад) К. в. на Земле изменился. К физико-химич. превращениям прибавились биогенные процессы. Наконец, огромной геологич. силой стала ныне деятельность человека. См. Земля (раздел Человек и Земля).
Т. о., К. в. на Земле в процессе развития нашей планеты изменялся и в совр. период с геологич. точки зрения наиболее интенсивен на поверхности Земли. В интенсивный обмен захватывается в литосфере, атмосфере, гидросфере и биосфере единовременно лишь небольшая часть вещества этих оболочек. Наблюдаемый К. в. на Земле слагается из множества разнообразных повторяющихся в осн. чертах процессов превращения и перемещения вещества. Отд. циклич. процессы . представляют собой последовательный ряд изменений вещества, чередующихся с временными состояниями равновесия. Как только вещество вышло из данной термодинамич. системы, с к-рой оно находилось в равновесии, происходит его дальнейшее изменение, пока оно не возвратится частично к первоначальному состоянию. Полного возвращения к первоначальному состоянию никогда не происходит. Вместе с тем благодаря этим повторяющимся процессам на поверхности Земли обеспечивается известная стабильность её рельефа. Яркой иллюстрацией этого может служить круговорот воды в природе (рис. 1).
С поверхности океана испаряется ежегодно огромное кол-во воды, но при этом нарушается её изотопный состав: она становится беднее тяжёлым водородом по сравнению с океанич. водой (в результате фракционирования изотопов водорода при испарении). Между поверхностным слоем воды океана и массой воды более глубоких его зон существует свой регулярный, установившийся обмен. Между парами воды и водой атмосферы и водоёмов устанавливаются локальные временные равновесия. Пары воды в атмосфере конденсируются, захватывая газы атмосферы и вулканич. газы, а затем вода обрушивается на сушу. Часть воды при этом входит в химич. соединения, другаяв виде кристаллогидратной, сорбированной и мн. др. форм связывается рыхлыми осадками земной коры, погребается вместе с ними и надолго оставляет основной цикл. Осадки в процессе метаморфизации и погружения в глубь Земли под влиянием давления и высокой темп-ры (напр., интрузий) теряют воду, к-рая поднимается по порам пород и появляется в виде горячих источников или пластовых вод на поверхности Земли, или, наконец, выбрасывается с парами при вулканич. деятельности вместе с нек-рым количеством ювенильных вод и газов. Другая же, основная масса воды, извлекая растворимые соединения из пород литосферы, разрушая их, стекает реками обратно в океан. В результате этого процесса солевой состав океана в геологич. времени изменяется. Химич. элементы, образующие легкорастворимые соединения, накапливаются в мор. воде. Труднорастворимые соединения химич. элементов быстро достигают дна океана.
Другой пример - круговорот кальция. Известняки (как и др. породы) на континенте разрушаются, и растворимые соли кальция (двууглекислые и др.) реками сносятся в море. Ежегодно в море сбрасывается с континента ок. 5-108т кальция. В тёплых моряхк прежнему состоянию, имеет уже новые признаки.
Продолжительность того пли иного цикла можно условно оценить по тому времени, к-рое было бы необходимо, чтобы вся масса данного вещества могла обернуться один раз на Земле в том или ином процессе (см. табл. 1).
Рис. 1. Схема круговорота воды. Содержание воды дано в кг/см2 в год на поверхности Земли. Испарение и выпадение осадков дано в г/сж2 в год на поверх- ность океана или континента соответственно.
углекислый кальций интенсивно потребляется низшими организмами - форами-ниферами, кораллами и др. - на постройку своих скелетов. После гибели этих организмов их скелеты из углекислого кальция образуют осадки на дне морей. Со временем происходит их метаморфи-зация, в результате чего формируется порода - известняк. При регрессии моря известняк обнажается, оказывается на суше и начинается процесс его разрушения. Но состав вновь образующегося известняка несколько иной. Так, оказалось, что палеозойские известняки более богаты углекислым магнием и сопровождаются доломитом, лзвестняки же более молодые - беднее углекислым магнием, а образования пластов доломитов в совр. эпоху почти не происходит. Наконец, при излиянии лавы известняки частично могут быть ею ассимилированы, т. е. войти в большой К. в.
Т. о., отдельные циклич. процессы, слагающие общий К. в. на Земле, никогда не являются полностью обратимыми. Часть вещества в повторяющихся процессах превращения рассеивается и отвлекается в частные круговороты или захватывается временными равновесиями, а другая часть, к-рая возвращается
В К. в. участвуют химич. элементы и соединения, более сложные ассоциации вещества и организмы. Процессы изменения вещества могут носить преим. характер механич. перемещения, физико-химич. превращения, ещё более сложного биология, преобразования или носить смешанный характер. К. в., как и отд. циклич. процессы на Земле, поддерживаются притекающей к ним энергией. Её осн. источниками являются солнечная радиация, энергия положения (гравитационная) и радиогенное тепло Земли, когда-то имевшее исключит. значение в происходивших на Земле процессах. Энергия, возникшая при химич. и др. реакциях, имеет второстепенное значение. Для отдельных частных круговоротов вещества можно оценить затраченную энергию; напр., для ежегодного испарения масс воды с поверхности океана расходуется ок. 10,5*1023 дж (2,5*1023 кал), или 10% от всей получаемой Землёй энергии Солнца.
Классификация К. в. на Земле ещё не разработана. Можно говорить, напр., о круговоротах отдельных химич. элементов или о биологич. К. в. в биосфере; можно выделить круговорот газов атмосферы или воды, твёрдых веществ в литосфере и, наконец, К. в. в пределах 2-3 смежных геосфер. Изучением К. в. занимались мн. рус. учёные. В. И. Вернадский выделил геохимич. группу т. н. циклических химич. элементов; к ним относят практически все широко распространённые и мн. редкие химич. элементы, напр. углерод, кислород, азот, фосфор, серу, кальций, хлор, медь, железо, иод. В. Р. Вильяме и мн. др. рассматривали биологич. циклы азота, углекислоты, фосфора и др. в связи с изучением плодородия почв. Из циклич. химич. элементов особенно важную роль в биогенном цикле (см. Биогеохимия) играют углерод, азот, фосфор, сера.
Углерод - осн. биогенный элемент', он играет важнейшую роль в образовании живого вещества биосферы. Углекислый газ из атмосферы в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелёными растениями, ассимилируется и превращается в разнообразные и многочисленные органич. |
