Визначення швидкості поширення та коефіцієнт поглинання ультразвуку в н-гексані, н-гексадекані, циклогексані та їхніх взаємних розчинах в інтервалі тисків і температур. Коливальний, дифузійний і флуктуаційний внески у коефіцієнт поглинання ультразвуку.
Аннотация к работе
Експериментальні дані по коефіцієнту поглинання ультразвуку, отримані в широкому інтервалі тисків і температур, дають можливість аналізувати механізми поглинання на лініях постійної густини. Для досягнення поставленої мети вирішуються такі задачі: отримання експериментальних даних по коефіцієнту поглинання ультразвуку в рідких вуглеводнях у широкому інтервалі тисків і температур; виділення та аналіз термодинамічної залежності окремих внесків у коефіцієнт поглинання ультразвуку, обумовлених різними за своєю природою молекулярними механізмами. Вперше одержані експериментальні дані по коефіцієнту поглинання ультразвуку в широкому інтервалі тисків і температур у системах розчинів лінійних та циклічних вуглеводнів, компоненти яких характеризуються сукупністю структурних та енергетичних ознак: молекули мають подібну будову, але характеризуються різною парною енергією міжмолекулярної взаємодії (н-гексан - н-гексадекан); Вперше методами нерівноважної термодинаміки розраховано поворотно-ізомерний внесок у коефіцієнт поглинання ультразвуку в довголанцюгових н-алканах на основі багаторівневої моделі (4-и рівнева для н-гексану і 11-и рівнева для н-гексадекану), яка враховує можливі конфігурації, в яких можуть перебувати молекули досліджених речовин. Дістав подальший розвиток аналіз рівноважних (швидкість поширення звуку) та нерівноважних (коефіцієнт обємної вязкості, відношення коефіцієнтів обємної та зсувної вязкості, внески у коефіцієнт поглинання ультразвуку, обумовлені різними механізмами) властивостей рідин на лініях постійної густини.В молекулярній акустиці рідин механізми поглинання звуку визначаються переважно на основі якісного підходу, а саме виходячи з характеру термодинамічної та частотної залежності акустичних параметрів, або на основі квазіхімічних розрахунків. Результати роботи можуть бути використані для побудови моделей дисипативних процесів в молекулярних рідинах, в умовах співіснування та одночасного проявлення цих процесів. Використовуючи формалізм Гріна-Кубо методами молекулярної динаміки вперше визначено структурний внесок у коефіцієнт поглинання ультразвуку рідких вуглеводнів на основі моделі леннард-джонсівського флюїду з різними показниками потенціалу сил відштовхування. Аналіз структурного внеску у коефіцієнт поглинання ультразвуку та його залежності від термодинамічних параметрів показує, що із збільшенням тиску структурний внесок у коефіцієнт поглинання ультразвуку в рідких вуглеводнях зменшується. Проаналізовано поворотно-ізомерний механізм поглинання ультразвуку в рідких н-алканах на основі багаторівневої моделі, яка враховує усі можливі конфігурації, в яких може перебувати молекула (4-и рівнева для н-гексану і 11-и рівнева для н-гексадекану).
Вывод
В молекулярній акустиці рідин механізми поглинання звуку визначаються переважно на основі якісного підходу, а саме виходячи з характеру термодинамічної та частотної залежності акустичних параметрів, або на основі квазіхімічних розрахунків.
В дисертації масив акустичних даних, отриманих експериментально в області високих тисків для групи молекулярних рідин, проаналізований кількісно на основі уявлень статистичної теорії нерівноважних процесів. Достовірність отриманих результатів ґрунтується на застосуванні комплексу апробованих експериментальних і теоретичних методів (акустичного, термодинамічного, статистичного), проведенні досліджень у широкому інтервалі зміни параметрів стану, взаємної узгодженості фізичних висновків, отриманих за допомогою використаних в роботі методів. Результати роботи можуть бути використані для побудови моделей дисипативних процесів в молекулярних рідинах, в умовах співіснування та одночасного проявлення цих процесів.
1. Використовуючи формалізм Гріна-Кубо методами молекулярної динаміки вперше визначено структурний внесок у коефіцієнт поглинання ультразвуку рідких вуглеводнів на основі моделі леннард-джонсівського флюїду з різними показниками потенціалу сил відштовхування. Аналіз структурного внеску у коефіцієнт поглинання ультразвуку та його залежності від термодинамічних параметрів показує, що із збільшенням тиску структурний внесок у коефіцієнт поглинання ультразвуку в рідких вуглеводнях зменшується. При цьому роль обємних деформацій у структурних дисипативних процесах зменшується порівняно з роллю зсувних деформацій.
2. Проаналізовано поворотно-ізомерний механізм поглинання ультразвуку в рідких н-алканах на основі багаторівневої моделі, яка враховує усі можливі конфігурації, в яких може перебувати молекула (4-и рівнева для н-гексану і 11-и рівнева для н-гексадекану). Показано, що багаторівнева модель адекватно описує дисипативні процеси при поширенні ультразвуку як у коротколанцюгових, так і довголанцюгових н-алканах, обумовлених поворотно-ізомерною релаксацією.
3. На основі експериментальних даних по коефіцієнту поглинання ультразвуку розраховані ефективні часи коливальної релаксації в групі досліджених вуглеводнів в широкому інтервалі тисків, температур і густин. Аналіз ефективних часів коливальної релаксації на лініях постійної густини дозволяє дослідити вплив кінетичної і потенціальної частини внутрішньої енергії на механізм коливальної релаксації. Встановлено, що значення ефективних часів релаксації більш чутливі до зміни густини, ніж до зміни температури. Це означає, що механізм коливальної релаксації обумовлений, в основному, потенціальною частиною внутрішньої енергії системи.
4. Аналіз концентраційної залежності коливального внеску у коефіцієнт поглинання ультразвуку дозволяє визначити відношення ймовірностей коливально-трансляційних переходів при зіткненнях одно- та різносортних молекул. Це відношення слабо залежить від тиску і температури і визначається будовою та енергією взаємодії молекул розчину. Якщо будова молекул подібна (н-гексан - н-гексадекан), то відношення ймовірності коливально-трансляційного переходу близьке до одиниці. Якщо молекули відрізняються за будовою (н-гексан - циклогексан, н-гексадекан - циклогексан), то це відношення тим більше, чим більша відмінність в енергії міжмолекулярної взаємодії.
Список литературы
Адаменко І.І., Григорєв А.М., Кузовков Ю.Г. Вплив тиску і температури на вязко-пружні властивості 3-циклопентилтолуолу // УФЖ. - 1996. - Т.41, №11-12, с. 1056-1058.
Адаменко І.І., Григорєв А.М., Кузовков Ю.Г. Вплив тиску і температури на механізми поглинання ультразвуку в циклогексані // УФЖ. - 1997. - Т.42, №11-12, с. 1331-1332.
Адаменко І.І., Григорєв А.М., Кузовков Ю.Г. Вплив тиску і температури на механізми поглинання ультразвуку в циклогексані та н-гексані. // Вісник Київського університету. Серія: Фізико-математичні науки. - 1997. - Вип.4. - С. 316-321.
Адаменко І.І., Григорєв А.М., Кузовков Ю.Г. Вплив тиску і температури на вязкопружні характеристики бінарних розчинів н-алканів // Вісник Київського університету. Серія: Фізико-математичні науки. - 1998. - Вип.1. - С. 368-372.
Адаменко І.І., Григорєв А.М., Кузовков Ю.Г. Вплив тиску і температури на механізми поглинання в бінарних розчинах вуглеводнів // Вісник Київського університету. Серія: Фізико-математичні науки. - 2002. - Вип.4. - С. 337-339.
Адаменко І.І., Григорєв А.М., Кузовков Ю.Г. Флуктуаційний механізм поглинання ультразвуку в розчинах молекулярних рідин // УФЖ. - 2003. - Т. 48, №4. - С. 424-427.
Adamenko I.I., Grigoriev A.N., Kuzovkov Yu.I. Molecular dynamics study of bulk and shear viscosity coefficients of some Lennard-Jones fluids in a wide range of temperatures and densities // J. Mol. Liquids. - 2003. - Vol. 105, №2-3. - P. 261-264.
Адаменко И.И., Григорьев А.Н., Кузовков Ю.И. Влияние термодинамических параметров на упругие и диссипативные свойства системы н-гексадекан-циклогексан // VI Республиканская научная конференция студентов и аспирантов по физике конденсированных сред. - Гродно (Беларусь). - 1998. - С. 46.
Adamenko I.I., Grigoriev A.N., Kuzovkov Yu.I. The influence of thermodynamic parameters and dissipative properties of the system n-hexane-cyclohexane // 5th Asian Thermophysical Properties Conference. - Seoul (Korea). - 1998.
Adamenko I.I., Grigoriev A.N., Kuzovkov Yu.I. Molecular dynamics study of bulk and shear viscosity coefficients of some Lennard-Jones fluids in a wide range of temperatures and densities // International Conference Physics of Liquids: Modern Problems. - Kiev (Ukraine), 2001. - P. 38.
Adamenko I.I., Grigoriev A.N., Kuzovkov Yu.I. Pressure Influence on absorption mechanisms in some hydrocarbons // International Conference Physics of Liquids: Modern Problems. - Kiev (Ukraine). - 2001. - P. 123.