Експериментальні та теоретичні дослідження оптичних, термодинамічних та кінетичних властивостей просторово неоднорідних рідин в гравітаційному полі. Рівняння стану неоднорідної речовини в гравітаційному полі уздовж лінії екстремумів стисливості.
Аннотация к работе
Поведінка таких систем характеризується особливим сингулярним характером - зростанням сприйнятливості та теплоємності, кореляцією аномально зростаючих флуктуаційна великих відстанях, значним зростанням розсіяння світла та нейтронів, аномальною поведінкою кінетичних коефіцієнтів, надтекучістю гелію, надпровідністю та багатьма іншими особливостями. Використовування явища гравітаційного ефекту надає можливість при одному заповненні оптичної комірки речовиною вивчати рівноважні властивості речовини вздовж граничних критичних напрямків - критичної ізохори, критичної ізотерми, межі поділу фаз; а також кінетику встановлення рівноважних значень характеристик неоднорідної системи. Робота виконувалась в рамках комплексних досліджень наукової лабораторії “Фізика рідин та фазових переходів” та кафедри молекулярної фізики фізичного факультету Київського національного університету (б/теми 63, 101, 97008) та згідно з контрактовими темами Державного Фонду Фундаментальних Досліджень (ДФФД 2.3/323 та 2.4/351). Актуальність проведення досліджень просторово неоднорідних систем поблизу критичної точки визначає мету роботи - встановлення характеру особливостей поведінки оптичних, термодинамічних та кінетичних властивостей неоднорідних рідинних систем в гравітаційному полі поблизу КТ рідина-пара. Для досягнення цієї мети вирішуються такі задачі: подальше вивчення величини і польової асиметрії внутрішнього неоднорідного поля в неоднорідній рідині; рівняння стану неоднорідної рідини поблизу лінії екстремумів сприйнятливості неоднорідної рідини; природи асиметрії польової залежності рівняння стану неоднорідної рідини в гравітаційному полі; кінетики встановлення рівноваги в неоднорідній рідині в гравітаційному полі.Зроблено огляд існуючих розширених рівнянь стану однорідних систем поблизу критичної точки, проаналізовано існуючі експериментальні дані по гравітаційному ефекту, розглянуто проблему вибору параметра порядку подвійних розчинів поблизу критичної точки. Особливу увагу приділено аналізу особливостей поведінки просторово неоднорідних систем поблизу критичної точки, які не спостерігаються в системах просторово однорідних: наявність внутрішнього неоднорідного поля у речовині, лінію екстремумів сприйнятливості, немонотонну температурну залежність часу встановлення рівноважного гравітаційного ефекту. Згідно з теорією гравітаційного ефекту поблизу критичної точки для рідин, в яких відсутні флуктуації, висотна зміна хімічного потенціалу дорівнює польовій змінній гравітаційного поля. Однак, згідно з флуктуаційною теорією фазових переходів, термодинамічні властивості речовини в гравітаційному полі поблизу критичної точки визначаються висотною зміною флуктуаційної (або “критичної”) частини вільної енергії системи, а отже і висотної зміни флуктуаційної частини хімічного потенціалу. В дослідженнях, які проводилися раніше на кафедрі молекулярної фізики Київського університету, методами розсіяння світла та рефрактометричним - було показано, що для неоднорідних високотемпературних рідин поблизу критичної точки висотна зміна хімічного потенціалу - “внутрішнього поля” - на два порядки перевищує польову змінну гравітаційного поля в системі dm/dh>>1, Dm=(m-mk)/mk , h=RKGDZ/Pk;В роботі експериментальним методом руху межі поділу фаз; на основі моделі газу флуктуацій, що випливає з флуктуаційної теорії фазових переходів; аналізу існуючих експериментальних даних по гравітаційному ефекту, досліджено і розраховано висотну зміну хімічного потенціалу неоднорідної рідини в гравітаційному полі поблизу КТ. На основі експериментальних даних, одержаних методами розсіяння світла та рефрактометричним та з використанням літературних даних по гравітаційному ефекту знайдено величину висотної асиметрії хімічного потенціалу неоднорідної рідини в гравітаційному полі. Одержано взаємозвязок амплітуд висотних та температурних залежностей густини, стисливості для лінії екстремумів із амплітудами цих величин вздовж граничних напрямків: критичної ізохори, критичної ізотерми, межі поділу фаз. Ці результати перевірено та проаналізовано за допомогою експериментальних досліджень висотних та температурних залежностей інтенсивності розсіяного світла неоднорідною рідиною в гравітаційному полі поблизу КТ.На основі методу руху межі поділу фаз, моделі газу флуктуацій та аналізом існуючих літературних даних по гравітаційному ефекту підтверджено, що висотна зміна хімічного потенціалу неоднорідної рідини поблизу КТ на один-два порядки перевищує зміну гравітаційного поля та залежить від критичної температури речовини.
План
2. Основний зміст роботи
Вывод
1. В роботі експериментальним методом руху межі поділу фаз; на основі моделі газу флуктуацій, що випливає з флуктуаційної теорії фазових переходів; аналізу існуючих експериментальних даних по гравітаційному ефекту, досліджено і розраховано висотну зміну хімічного потенціалу неоднорідної рідини в гравітаційному полі поблизу КТ.
2. На основі експериментальних даних, одержаних методами розсіяння світла та рефрактометричним та з використанням літературних даних по гравітаційному ефекту знайдено величину висотної асиметрії хімічного потенціалу неоднорідної рідини в гравітаційному полі.
3. Виходячи з параметричного рівняння стану одержано рівняння лінії екстремумів стисливості неоднорідної речовини в гравітаційному полі. Одержано взаємозвязок амплітуд висотних та температурних залежностей густини, стисливості для лінії екстремумів із амплітудами цих величин вздовж граничних напрямків: критичної ізохори, критичної ізотерми, межі поділу фаз. Ці результати перевірено та проаналізовано за допомогою експериментальних досліджень висотних та температурних залежностей інтенсивності розсіяного світла неоднорідною рідиною в гравітаційному полі поблизу КТ.
4. На основі Вандер-Ваальсової моделі газу флуктуацій одержане розширене рівняння подвійного розчину для кривої співіснування. Розглянуто вплив на асиметрію кривої співіснування вибору параметра порядку подвійного розчину поблизу критичної температури розшарування. Одержані результати проаналізовано на основі існуючих літературних даних для кривої співіснування подвійних розчинів поблизу критичної точки.
5. Досліджено вплив на рівняння стану висотної асиметрії хімічного потенціалу неоднорідної рідини в гравітаційному полі, а також вплив вибору параметра порядку подвійного розчину. Зроблений порівняльний аналіз відносних внесків різних причин асиметрії рівняння гравітаційного ефекту. Одержані результати проаналізовано на основі експериментальних досліджень висотних та температурних залежностей градієнта показника заломлення та інтенсивності розсіяного світла, а також аналізом існуючих експериментальних даних по гравітаційному ефекту в подвійних розчинах.
6. Досліджено кінетику встановлення рівноважного гравітаційного ефекту в індивідуальних рідинах за даними часових і висотних залежностей градієнта показника заломлення. Одержано динамічне масштабне рівняння для часів релаксації густини та градієнта показника заломлення. Проведено експериментальні дослідження та розрахунки середньої швидкості руху центра маси неоднорідної рідини при відході від КТ.1. На основі методу руху межі поділу фаз, моделі газу флуктуацій та аналізом існуючих літературних даних по гравітаційному ефекту підтверджено, що висотна зміна хімічного потенціалу неоднорідної рідини поблизу КТ на один-два порядки перевищує зміну гравітаційного поля та залежить від критичної температури речовини.
2. Лінії екстремумів сприйнятливості неоднорідної рідини в гравітаційному полі, що поєднує в собі властивості неоднорідної речовини вздовж трьох критичних напрямків: критичної ізохори (q=0), критичної ізотерми (q=0,85), межі поділу фаз (q=1), в межах параметричного рівняння стану відповідає стале значення параметра q=0,5.
3. На основі Вандер-Ваальсової моделі газу флуктуацій показано, що величина та знак асиметрії кривої співіснування подвійних розчинів залежить від вибору того чи іншого парметра порядку і визначається молекулярними масами й густинами компонентів подвійних розчинів та критичними значеннями концентрації.
4. Висотна асиметрія рівняння гравітаційного ефекту при відході від КТ залежить від сил взаємодії між кластерами флуктуацій густини або концентрації на відстанях, більших за радіус кореляції, висотної асиметрії хімічного потенціалу неоднорідної рідини в гравітаційному полі, а для розчинів залежить ще від вибору того чи іншого параметра порядку.
5. Кінетика встановлення рівноважних значень різних фізичних величин неоднорідних індивідуальних рідин в гравітаційному полі при наближенні до критичної точки характеризується зменшеннням часів релаксації густини, градієнта густини і зменшенням середньої швидкості руху центра маси неоднорідної рідини.
Список литературы
1. Альохін О.Д., Рудніков Є.Г. Швидкість зміщення центра маси неоднорідної речовини в гравітаційному полі в околі критичного стану // УФЖ.-1994.-Т.39, № 6. -С. 700-703.
2. Альохін О.Д., Рудніков Є.Г. Властивості неоднорідної речовини в гравітаційному полі вздовж лінії екстремумів сприйнятливості // УФЖ. -1995. -Т.40, N 9. -С. 941-944.
3. Альохін О.Д., Булавін Л.А., Рудніков Є.Г. Гравітаційний ефект та величина внутрішнього неоднорідного поля у речовині поблизу критичної точки // УФЖ. -1996. -Т. 41, № 11-12. -С. 1059-1061.
4. Альохін О.Д., Абдікарімов Б.Ж., Рудніков Є.Г. Рівняння стану та релаксаційні властивості нерівноважних рідин у гравітаційному полі поблизу критичної точки. 1. Окіл критичної ізохори // УФЖ. -1998. -Т. 43, № 3. -C. 302-304.
5. Альохін О.Д., Абдікарімов Б.Ж., Рудніков Є.Г. Рівняння кривої співіснування подвійних розчинів поблизу критичної температури розшарування в термінах різних параметрів порядку // УФЖ.-1999. -Т. 44, №5. -С. 575-578.
6. Альохін О.Д., Рудніков Є.Г., Копильчук В.П. Польова асиметрія критичної ізотерми неоднорідної рідини в гравітаційному полі // УФЖ. -1999. -Т. 44, № 7. -С. 824-829.
7. Альохін О.Д., Абдикарімов Б.Ж., Рудніков Є.Г. Гравітаційний ефект в моделі газу флуктуацій поблизу критичної точки // УФЖ. -2000. -Т. 45, № 10. -С. 1181-1183.
8. Альохін О.Д., Рудніков Є.Г. Розширене рівняння стану речовини та висотна асиметрія гравітаційного ефекту поблизу межі поділу фаз // УФЖ. -2000. -Т.45, № 1. -С. 57-61.
9. Альохін О.Д., Рудніков Є.Г., Безродная Т.В. Часи релаксації неоднорідних рідин поблизу критичної точки рідина-пара // Фізика конденсованих високомолекулярних систем. Наукові записки Рівненського державного педагогічного інституту. Рівне. -1998. -Вип. 6. -С. 73-75.
10. Альохін О.Д., Рудніков Є.Г. Рівняння критичної ізотерми подвійних розчинів у гравітаційному полі в термінах різних параметрів порядку // Науковий вісник Миколаївського державного університету. Миколаїв-1999. -Вип. І. -С.269-271.