Статья:

ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОВЕДЕНИЕ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ГИПЕРЗВУКА В РАСТВОРЕ АЦЕТОН-ВОДА

Конференция: LII Международная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»

Секция: Оптика

Выходные данные
Сабиров Л.М. ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОВЕДЕНИЕ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ГИПЕРЗВУКА В РАСТВОРЕ АЦЕТОН-ВОДА / Л.М. Сабиров, Д.И. Семенов, Ф.Р. Исмаилов, Ш.Э. Каршибоев, О.В. Турсунбоев, Н.Ш. Утабоева // Научный форум: Технические и физико-математические науки: сб. ст. по материалам LII междунар. науч.-практ. конф. — № 2(52). — М., Изд. «МЦНО», 2022. — С. 50-54.
Конференция завершена
Мне нравится
на печатьскачать .pdfподелиться

ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОВЕДЕНИЕ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ГИПЕРЗВУКА В РАСТВОРЕ АЦЕТОН-ВОДА

Сабиров Леонард Мухаммеджанович
д-р. физ.-мат. наук, профессор, Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова Узбекистан, г. Самарканд
Семенов Денис Иванович
д-р. физ.-мат. наук, доцент, Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова Узбекистан, г. Самарканд
Исмаилов Фахриддин Раимович
(PgD) канд. физ.-мат. наук, доцент Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова Узбекистан, г. Самарканд
Каршибоев Шавкат Эсиргапович
ассистент Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова Самарканд, Узбекистан
Турсунбоев Олмос Вахоб ўғли
магистр Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова Узбекистан, г. Самарканд
Утабоева Нилуфар Шавкатовна
студент Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова Узбекистан, г. Самарканд

 

Вопрос о существовании различных фаз в жидкостях и фазовых переходов типа жидкость-жидкость неоднократно обсуждался в последнее время. Экспериментальные факты, указывающие на проявление такого рода переходов, имеются [1,2]. Однако, эти переходы пока еще не признаются достаточно убедительно доказанными и существование фазовых переходов жидкость-жидкость остается одной из интригующих проблем физики конденсированного состояния вещества и физики фазовых переходов и критических явлений [3].

Согласно [1,2], во многих переохлажденных жидкостях существует средний порядок (кластеры или упорядоченные области). Предпочтительные связи в кластерах могут быть различными в различных температурных интервалах. Это и приводит к существованию различных фаз в жидкостях – фаз с различным средним порядком.

Экспериментальные данные по распространению гиперзвука в растворе гваякол-глицерин вблизи замкнутой области расслаивания (ЗОР), двойной критической точки (ДКТ) и особой точки (ОТ), перечисленные в [3], обнаруживают ряд особенностей в температурной зависимости скорости V гиперзвука:

  1. при температурах выше верхней критической температуры расслаивания (ВКТР) и ниже нижней критической температуры расслаивания (НКТР) температурные коэффициенты скорости гиперзвука (производные скорости гиперзвука по температуре) различаются приблизительно в два раза;
  2. такое различие сохраняется и в случае, когда ЗОР трансформируется (стягивается) в ДКТ и, далее, в ОТ;
  3. в ближайшей окрестности температуры ДКТ и ОТ скорость гиперзвука не зависит от температуры (dV/dT=0);
  4. для ультразвука изменение температурного коэффициента скорости не наблюдается. При этом температурный коэффициент скорости ультразвука практически совпадает с температурным коэффициентом скорости гиперзвука при температурах выше ВКТР, ДКТ и ОТ.

По мнению авторов работы [3] полученные экспериментальные данные удается объяснить существованием двух различных фаз (I и II) раствора с температурой фазового перехода T0. Температура T0 совпадает и с температурой центров замкнутых областей расслаивания, и с двойной критической точкой, и с особой точкой. В фазе I, названной в [3] френкелевской фазой, молекулы находятся в потенциальных ямах с глубиной, превышающей тепловую энергию молекулы. Только в этой фазе возможно существование упорядоченных областей (кластеров), т.е. среднего порядка, а также высокочастотного модуля сдвига. В фазе II, названной в [3] газоподобной фазой, тепловая энергия молекулы оказывается больше глубины потенциальной ямы. В этой фазе нет среднего порядка и высокочастотного модуля сдвига.

Упорядоченные области в фазе I – это не флуктуационно возникающие образования, а структурный элемент этой фазы [3].

Авторы [3] выдвигают также и предположение о том, что в жидкостях может существовать и не одна, а несколько френкелевских фаз, различающихся характером среднего порядка.

Идеология авторов работ [1-3] и предложенная в [3] физическая картина, вытекающая из данных по распространению гиперзвука в растворах с ЗОР, ДКТ и ОТ, нам представляются вполне оправданными.

Целью настоящей работы явилось изучение температурной зависимости скорости распространения гиперзвука в окрестности температуры ОТ раствора ацетон-вода, компоненты которого, в отличие от раствора гваякол-глицерин, обладают сравнительно малой вязкостью.           

Исследование скорости гиперзвука осуществлялось по спектрам линейно-поляризованного молекулярного рассеяния света путем измерения величины частотного смещения компонент Мандельштама-Бриллюэна (КМБ). Для изучения КМБ была использована экспериментальная установка с двухпроходным интерферометром Фабри-Перо. Спектр рассеянного света сканировался изменением давления в камере интерферометра. Рассеяние возбуждалось одночастотным излучением He-Ne лазера (λ=632.8 нм, мощность ~2 мВт). Возбуждающий свет был поляризован перпендикулярно плоскости рассеяния.

Как было найдено в работе [4] при измерении поглощения ультразвука в растворе ацетон-вода, концентрация ацетона, соответствующая максимуму поглощения ультразвука и минимуму стабильности раствора, составляет 0.4 мольной доли ацетона. Измерения в настоящей работе проводились именно для раствора этой концентрации. Температура особой точки T0»24 0C.

На рисунке приведены экспериментально полученные в настоящей работе температурные зависимости скорости распространения ультразвука (частота 30.3 МГц) и гиперзвука (частота ~2.6 ГГц) в растворе ацетон-вода в окрестности температуры ОТ.

 

Рисунок 1. Температурная зависимость скорости ультразвука (□) и гиперзвука (■) в растворе ацетон-вода. Температура особой точки T0≈24 0С. Сплошные линии – сглаживание линейных участков методом наименьших квадратов

 

Сопоставление экспериментальных данных, полученных нами для раствора ацетон-вода и авторами работы [3] для раствора гваякол-глицерин, показывает, что в исследованных растворах температурные зависимости скорости распространения высокочастотного звука обнаруживают ряд закономерностей, присущих обоим растворам. В то же время, некоторая особенность температурной зависимости V(t), наблюдаемая в растворе ацетон-вода, отсутствует в растворе гваякол-глицерин.

Экспериментальные данные, полученные нами для раствора ацетон-вода, свидетельствуют о том, что в нем, как и в растворе гваякол-глицерин, при изменении (понижении) температуры происходит переход от газоподобной (неупорядоченной, по терминологии авторов работы [3]) фазы во френкелевскую фазу, характеризующуюся существованием среднего порядка (упорядоченные области, кластеры) [3]. Температура этого фазового перехода совпадает с температурой особой точки.

Вместе с тем в растворе ацетон-вода в температурной зависимости скорости гиперзвука наблюдается особенность, отсутствующая в растворе гваякол-глицерин. А именно, ниже ОТ (т.е. во френкелевской фазе) экспериментально наблюдается еще одно изменение температурного коэффициента скорости гиперзвука при T≈18 0C. Таким образом, в отличие от раствора гваякол-глицерин, температурная зависимость скорости гиперзвука в растворе ацетон-вода ниже температуры ОТ описывается не одним, а двумя температурными интервалами, в которых скорость гиперзвука линейно меняется с температурой, но с существенно различающимися температурными коэффициентами. Температурный коэффициент скорости гиперзвука при T≤18 0C приблизительно равен температурному коэффициенту скорости ультразвука.

Обнаруженное в нашем эксперименте изменение температурного коэффициента скорости гиперзвука в температурном интервале ниже ОТ может служить экспериментальным подтверждением предположения о том, что в жидкостях может существовать не одна, а несколько френкелевских фаз, различающихся характером среднего порядка.

 

Список литературы:
1. H. Tanaka, R. Kurita, H. Mataki, Phys. Rev. Lett. 92, 025701 (2004)
2. R. Kurita, H. Tanaka, J. Phys.: Condens. Matter 17, 293 (2005)
3. К.В. Коваленко, С.В. Кривохижа, И.А. Чабан, Л.Л. Чайков, ЖЭТФ 133, 330 (2008)
4. П.А. Бажулин, Ю.М. Мерсон, Докл. АН СССР 24(7), 689 (1939)