В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1 icon

В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1




НазваВ. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1
Дата16.08.2012
Розмір77.4 Kb.
ТипДокументи



I SSN 1813–1166. Вісник НАУ. 2005. №1

УДК 534.833.53(045)

В.С. Сперкач, д-р фіз.-мат. наук

1О.Д. Альохін, д-р фіз.-мат. наук

2О.І. Білоус, канд. фіз.-мат. наук

ПОГЛИНАННЯ ЗВУКУ В РОЗЧИНАХ ПОБЛИЗУ КРИТИЧНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ

РОЗШАРУВАННЯ

1Київський національний університет ім. Тараса Шевченка

e-mail: alekhin@univ.kyiv.ua

2 Аерокосмічний інститут НАУ, e-mail: bilous@univ.kyiv.ua

Розглянуто результати дослідження особливостей поведінки коефіцієнта поглинання звуку в розчинах з критичною концентрацією поблизу критичної температури розшарування за допомогою методів акустичної спектроскопії. Отримані дані підтверджують висновки динамічної теорії критичних явищ.

Вступ

Експериментальні і теоретичні дослідження індивідуальних рідин та подвійних розчинів поблизу їх критичних станів продовжують залишатися одними з актуальних задач фізики конденсованого стану речовини [1; 2].

На теперішній час ці дослідження досягли значних результатів завдяки розвитку сучасної флуктуаційної теорії фазових переходів [3; 4], використанню нових фундаментальних ідей скейлінгу, теорії ренормгрупи, методу колективних змінних, модельних розрахунків, різних сучасних експериментальних методів.

^ Аналіз досліджень і публікацій

Досягнуті успіхи в цьому напрямку переважно стосуються вивчення рівноважних властивостей рідинних систем поблизу критичної точки.

Експериментальних і теоретичних досліджень нерівноважних властивостей рідинних систем, кінетики встановлення їх рівноваги в критичному стані, особливо з використанням акустичних методів, у широкому діапазоні частот значно менше.

Методи акустичної спектроскопії дозволяють реєструвати в системах динамічні процеси в дуже широкому спектрі частот, з характерними часами (10-6 – 10-11с).

Це дає можливість при дослідженні рідинних систем, що знаходяться в критичному стані, простежити одночасно процеси, пов‘язані як з молекулярними, так і з флуктуаційними механізмами. У цьому і полягає універсальність акустичних досліджень рідинних систем поблизу критичної температури розшарування, що зумовлює актуальність розширення експериментальних і теоретичних досліджень нерівноважних властивостей подвійних рідинних систем.
^

Постановка завдання


Метою даної роботи є дослідження акустичних властивостей різних за своєю природою рідинних систем у критичному стані.

Результати проведених досліджень


Для реалізації поставленої мети було проведено дослідження коефіцієнта поглинання звуку таких подвійних розчинів: нітрометан-н-аміловий спирт та нітробензол-гексан з молярною критичною концентрацією Хк=0,384 амілового спирту і Хк=0,4 нітробензолу відповідно. Ці дослідження були проведені в однофазній області (Т>TK) поблизу критичної температури розшарування ТK,
у широкому діапазоні частот 5–3000 МГц.

Залежно від діапазону частот для вимірювання амплітудного коефіцієнта поглинання звуку  використовували різні експериментальні установки, в основу роботи яких покладено імпульсний метод. Застосовані акустичні установки були створені В.С. Сперкачем [5; 6] на кафедрі молекулярної фізики Київського національного університету ім. Тараса Шевченка і традиційно вже багато років використовуються при дослідженні різноманітних кінетичних властивостей рідинних систем – індивідуальних рідин, подвійних розчинів, дисперсних і колоїдних систем в широкому діапазоні термодинамічних параметрів подалі від критичного стану речовини.

Коефіцієнт поглинання звуку в діапазоні частот 2,5–110 МГц вимірювали імпульсним методом змінної відстані та резонансного збудження п’єзокристала кварцу, а в діапазоні високих частот 300–3000 МГц – методом нерезонансного збудження монокристала ніобата літію. Сумарні відносні похибки вимірювань величин поглинання звуку залежно від умов експерименту дорівнюють:

%.

Досліджувані розчини нітрометан-н-аміловий спирт (І) і нітробензол-гексан (ІІ) мають верхні критичні температури розшарування Тк(І) =301,1 К і Тк(ІІ)=294 К.

Результати експериментального дослідження коефіцієнта поглинання звуку показали, що в досліджуваних розчинах спостерігається суттєва залежність величини поглинання звуку від частоти, концентрації та температури, особливо в області низьких частот <<1 (рис. 1–3).

Установлено, що в досліджуваних розчинах акустичні спектри складаються з двох областей дисперсії. У кожній області процес описується одним часом релаксації (рис. 1).

Як видно з рис. 2, чим ближче температура розчину до критичної температури розшарування, тим інтенсивніше відбувається збільшення коефіцієнта поглинання звуку з частотою. Ці експериментальні дані свідчать про те, що в розчині спостерігаються релаксаційні явища, що мають саме флуктуаційну природу.



Рис. 1. Залежність величини поглинання звуку
f--2 від частоти для розчину нітрометан-н-амілового спирту з критичною концентрацією 0,384 мольні частки нітрометану при Т=301,1 К, A1=1390, А2=58, F1=17,7, F2=2090, B=13



Рис. 2. Частотна залежність величини поглинання звуку для розчину (І) з критичною концентрацією при різних ступенях наближення до критичної температури розшарування:

– Т=0,1; – Т=0,2; – Т=0,5; – Т=2,0;
– Т=12

Аналогічні залежності спостерігаються і для іншого досліджуваного подвійного розчину.

На рис. 3, а показано залежності величини поглинання звуку f-2 від концентрації для розчину нітробензол-гексан при Т=294,1 К (Т=0,1) і для розчину нітрометан-н-аміловий спирт при температурі Т=301,1 К (Т=0,1) на частотах 5, 15, 50 і 300 МГц. Як видно з рис. 3 на низьких частотах
(f  50 МГц) значення поглинання звуку f-2 різко збільшується й проходить через максимум при концентраціях, близьких до критичного складу розчину. Зі збільшенням частоти максимальне значення зменшується і на частотах, вищих за 300 МГц, максимум зникає.

Ефект проходження через максимум концент- раційної залежності поглинання звуку не можна пояснити, а ні збільшеннями коефіцієнта дина-мічної зсувної в’язкості, який слабо зростає при наб- лиженні до критичної температури розшарування, а ні релаксаційними процесами в індивідуальних компонентах розчину.



а



б

Рис. 3. Концентраційна залежність величини
поглинання звуку f-2 для розчину нітробензол-гексану (а), нітрометан-н-амілового спирту (б) при Т=0,1:

а: – f=5 МГц, – f=15 МГц, – f=50 МГц, – f=300 МГц; бf=10 МГц, – f=30 МГц, –
f=50 МГц, – f=300 МГц

В індивідуальних рідинах нітрометан, нітро-бензол, гексан, аміловий спирт у діапазоні частот від 5 до 300 МГц коефіцієнт поглинання звуку не залежить від частоти. Згідно з флуктуаційною теорією фазових перетворень [3; 4] у розчинах із критичною температурою розшару-вання при наближенні концентрації розчину до критичної і ТТкр середній квадрат флуктуацій концентрацій необмежено збільшується [2]. Саме це і призводить до значного поглинання звуку. Така поведінка коефіцієнта поглинання звуку на низьких частотах (  100 МГц) пов’язана з процесами утворення й розпаду флуктуацій концентрації у досліджуваних системах при наближенні до критичної температури [1; 2].

За динамічною теорією критичних явищ час життя критичних флуктуацій визначається співвідношенням [3; 4]:

,

де s зсувна в’язкість:

;

r0 – амплітудне значення радіуса кореляції; v – критичний показник радіуса кореляції; Rс – радіус кореляції системи:

Rс = r0 t- .

В околі температур

10-3– 10-4

за існуючими експериментальними даними характерний час життя флуктуацій визначається величинами с10-6– 10-7 с.  Саме такому часовому інтервалу відповідають обернені значення частот
  10 МГц (-1  10-7с), де спостерігається значне поглинання звуку в досліджених рідинних системах. У той самий час на частотах  >> 10 МГц (  300 МГц, -1  310-9с – ці часи набагато менші за с) таке поглинання відсутнє (рис. 3).

Отримані дані показують, що часи високочастотної області релаксації, що дорівнюють
10-9 –10-11 с, близькі до часів утворення та розпаду комплексів та асоціативів.

Цей результат дає можливість зробити висновок про значний вплив молекулярних об’єднань на термодинамічні властивості розчину в критичному стані в області високих частот. Тобто в бінарних розчинах поблизу точки фазового переходу другого роду є молекулярні об’єднання (комплекси і асоціативи), які беруть участь в утворенні критичних флуктуацій.

Висновки

У досліджуваних подвійних рідинних системах із критичними параметрами низькочастотна область релаксації зумовлена флуктуаційною природою, а високочастотна область – міжмолекулярними процесами, які відбуваються в системі в результаті утворення і розриву зв’язків між молекулами при утворенні критичних флуктуацій.

Проведені експериментальні дослідження показали, що акустичні дослідження з використанням широкого діапазону частот дозволяють для одних і тих самих рідинних систем із критичною концентрацією поблизу критичної температури одночасно простежити процеси, що зумовлені як флуктуаційною природою речовини, так і процеси, пов’язані з молекулярними особливостями рідинних систем.
^

Список літератури


1. Поташинский А.З., Покровский В.Л. Флуктуационная теория фазовых переходов. – М.: Наука, 1982. – 381 с.

2. Анисимов М.А. Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах. – М.: Наука, 1987. – 272 с.

3. Kadanoff L.P., Swipt J. // Phys. Rev. – 1968. – Vol. 166, №1. – P. 89–101.

4. Halperin B.I., Hohenberg P.C. //Phys. Rev. –1969. – Vol. 177, №2. – P. 952–971.

5. Сперкач В.С. Механизмы акустической релаксации в жидкостях: Дис…д-ра физ.-мат. наук: 01.04.14. – Ташкент, 1990. – 340 с.

6. Руденко О.П., Сперкач В.С. Експериментальні методи визначення поглинання звуку в рідинах // Метод. рек. для студ. фіз. спец. – Полтава, 1992. –
68 с.

Стаття надійшла до редакції 05.11.04.

В.С. Сперкач, А.Д. Алехин, О.И. Билоус

Поглощение звука в растворах вблизи критической температуры расслоения

Рассмотрены результаты исследования особенностей поведения коэффициента поглощения звука в растворах с критической концентрацией вблизи критической температуры расслоения, проведенного методами акустической спектроскопии. Полученные данные подтверждают выводы динамической теории критических явлений.

V.S. Sperkach, O.D. Alekhin, O.I. Bilous

Sound absorption in solutions near the consulate critical point

The peculiarities of acoustical absorption coefficient in solutions of critical concentration near the critical consulate temperature have been investigated by the acoustic spectroscopy methods. The obtained data confirm conclusions of the dynamic theory of critical phenomena.

Схожі:

В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1 iconПрограма вступного випробування з фізики для вступників на освітньо-кваліфікаційний рівень бакалавр
...
В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1 iconО. Крамар, канд фіз мат наук; Ю. Скоренький, канд фіз мат наук; Ю. Довгоп’ятий

В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1 iconЕлектрофізичні властивості та кристалічна структура плівок алюмінію а. Г. Басов, здобувач; А. О. Степаненко, аспірант; А. М. Чорноус, канд фіз мат наук, доц
А. Г. Басов, здобувач; А. О. Степаненко, аспірант; А. М. Чорноус, канд фіз мат наук, доц
В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1 iconЕлектрофізичні властивості та кристалічна структура плівок алюмінію а. Г. Басов, здобувач; А. О. Степаненко, аспірант; А. М. Чорноус, канд фіз мат наук, доц
А. Г. Басов, здобувач; А. О. Степаненко, аспірант; А. М. Чорноус, канд фіз мат наук, доц
В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1 iconРеферат до декл пат України на винахід №54007а автори: аспірант кафедри мікроелектроніки та напівпровідникових приладів Мартинюк Р. В.; доцент, канд фіз мат наук Матюшин В. М
Автори: аспірант кафедри мікроелектроніки та напівпровідникових приладів Мартинюк Р. В.; доцент, канд фіз мат наук Матюшин В. М
В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1 iconМартинчук Катерина Кирилівна Ст викладач, кандидат фіз мат наук Список праць за 2002-2005 р

В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1 iconСумський державний педагогічний університет імені А. С. Макаренка Розробка №14 Назва розробки
Автори. Тарасова Т. Б. – канд психол наук, доцент, Тарасов Л. В. – канд фіз мат наук, професор
В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1 iconАспірантура Спеціальність
Спеціальність: 01. 01. 01 – Математичний аналіз (під керівництвом доктора фіз мат наук, професора Шевчука Ігоря Олександровича)
В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1 iconС. М. Братушка, канд фіз мат наук, доц. Українська академія банківської справи нбу
Ключові слова: модель, приняття рішень, імітаційне моделювання, статистичний аналіз
В. С. Сперкач, д-р фіз мат наук 1 iconВ. М. Буйвол, д-р фіз мат наук концепція
Концепція гіпотетичної течії може бути використана для дослідження руху як тонких каверн, так І порожнин в рідині, наділеній властивостями...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи