ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА КИНЕТИЧЕСКОЙ ПОДВИЖНОСТИ ИЗ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПОГЛОЩЕНИЯ ГИПЕРЗВУКА В РАСТВОРАХ

DETERMINATION OF THE KINETIC MOBILITY COEFFICIENT FROM THE TEMPERATURE DEPENDENCE OF HYPERSOUND ABSORPTION IN SOLUTIONS

Leonard Sabirov

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Prof., Samarkand State University, Uzbekistan, Samarkand

Shavkat Karshiboev

Graduate student Samarkand State University, Uzbekistan, Samarkand

Shavkat Kadirov

Assistant Urgench State University, Uzbekistan, Urgench

Yulchi Juraev

Assistant Samarkand State University, Uzbekistan, Samarkand

Sardor Buriev

Laboratory assistant Samarkand State University, Uzbekistan, Samarkand

Mukhriddin Khasanov

Researcher, Samarkand State University, Uzbekistan, Samarkand

Аннотация. Рассмотрена методика изучения величины коэффициента кинетической подвижности в бинарных растворах, а также приведена принципиальная схема экспериментальной установки на базе двухпроходного интерферометра Фабри-Перо, сопоставлены теоретические и экспериментальные результаты поглощения звука в растворах анилин-циклогексан, объяснено механизм избыточного поглощения гиперзвука, приводящий к расхождению теоретических и экспериментальных значений.

Abstract. A method for studying the value of the kinetic mobility coefficient in binary solutions is considered, as well as a schematic diagram of an experimental setup based on a two-pass Fabry-Perot interferometer, theoretical and experimental results of sound absorption in aniline-cyclohexane solutions are compared, and the mechanism of excessive hypersound absorption leading to a discrepancy between theoretical and experimental values is explained

Ключевые слова: гиперзвук; поглощения и скорость звука; бинарные растворы; коэффициент диффузии; интерферометр Фабри-Перо; температура расслаивания; релаксационные процессы; коэффициент кинетической подвижности.

Keywords: hypersound; absorption and speed of sound; binary solutions; diffusion coefficient; Fabry-Perot interferometer; delamination temperature; relaxation processes; kinetic mobility coefficient.

ВВЕДЕНИЕ: В настоящее время нет точных сведений о величине коэффициента кинетической подвижности L, связывающего массовый поток диффунди­рующего вещества с градиентом химического потенциала: μ при рассмо­трении в линейном приближении Онзагера кинетики бинарных растворов. Важность этого кинетического коэффициента трудно переоценить - он определяет коэффициенты диффузии

                                                                                                           (1)

Термодиффузии , бародиффузии   восприимчивость системы, т.е. отклик системы на внешнее воздействие

экспериментальные данные по определению которой в растворах тоже от­сутствуют. Можно оценить коэффициент L в приближении идеальных растворов. В этом приближении производная химического потенциала по концентрации  примерно равна  (М - молярная масса, R - газовая постоянная, С - массовая концентрация, ρ- плотность, Т -температура). Следовательно,  естъ величина порядка 10^-12÷10^-13 г.с.м.см^-3.

В последние годы в печати неоднократно поднимался вопрос о необ­ходимости точного измерения этого важного параметра. Величину коэф­фициента L можно определить по пороговым значениям ряда концентра­ционных нелинейных явлений.

Однако выявить эти концентрацион­ные эффекты на фоне температурных не легко. Несмотря на это нам удалось вычислить этих величин по скорости и поглощения гиперзвука по спектрам тонкой структуры линии Рэлея.

ЭКСПЕРИМЕНТ.

Спектры рассеяния Манделъштама-Бриллюэна регистрировали при помощи экспериментальной установки с двухлучевым интерферометром Фабри-Перо, который схематично представлен на рис.1

Рисунок 1. Принципиальная схема экспериментальной установки для исследования скорости и коэффициента поглощения гиперзвука в жидкостях:

1- He-Ne лазер (λ=632,8 нм, мощность ~15мВт); 2–диафрагма; 3–объектив (120мм); 4–сосуд с исследуемой жидкостью; 5–диафрагма; 6–коллиматорный объектив (210 мм); 7–поляризатор (призма Франка-Риттера); 8–барокамера с двухпроходным интерферометром Фабри-Перо; 9–поворотная призма; 10–камерный объектив (270 мм); 11–диафрагма (0.25 мм); 12–ФЭУ-79; 13–блок питания ФЭУ; 14–эмиттерный повторитель; 15–линейный интенсиметр; 16–самописец КСП-4; 17–сверхзвуковой игольчатый натекатель; 18–баллон с азотом.

Обсуждение результатов.

Эксперимент по поглощению звука позволяет установить верхний предел численного значения кинетической подвижности, сопоставляя наб­людаемое поглощение с величиной бародиффузионного (1), пропорциональ­ного L:

                                                                                    (2)

Поскольку в реальных растворах  

(),то L не может быть больше 10^-11 г.с.см^-3.

Однако в расслаивающихся растворах по мере приближения к темпе­ратуре расслаивания Т_с коэффициент L значительно возрастает. Следуя масштабной теории, по которой , , коэффициент L, согласно (1), должен возрастать по закону . Если по-прежнему предполагать  , то при удалений от Т_с на 0,1 К кинетическая подвижность будет величиной порядка 10^-11 г.с.см^-3.

Учитывая такой степенной рост кинетической подвижности в окрест­ности T₀ можно более точно определить L , используя экспери­ментальные данные по аномальному возрастанию поглощения в околокритической зоне.

Сопоставляя формы зависимости  и , а также их численные значения, получа­ем уточненное значение L₀ для ряда расслаивающихся растворов.

Рисунок 2. Экспериментальные значения по поглощению гиперзвука в растворе анилин-циклогексан - (˟)

На рисунке (2) приведены экспериментальные значения по поглощению гиперзвука в растворе анилин-циклогексан - (˟). Линии (1) и (2) – теоретические, определенные из уравнения:

Где - стоксовое поглощение, M^’-поглощение за cчет релаксационных процессов, протекающих на данной частоте в исследованном температурном интервале. Линия (1) построена в предположении полного отсутствия релаксационных процессов (M’=0); в данном случае . Линия (2) получена в результате подбора M и L_o с целью наилучшего соответствия экспериментальным данным. В данном случае , . Аналогичные кривые построены и для других растворов, приведенных в таблице.

Таблица.

Полученные значения кинетической подвижности такого же порядка, как и предсказанные теорией идеальных растворов

Кроме этого, этот метод анализа позволяет объяснить избыточное поглощение гиперзвука: энергия звуковой волны расходуется на преодоление диффузионного потока, связанного о перепадами давления; A поскольку в зоне предрасслаивания подвижность возрастает, то возрастает и диффузионный поток, а значит и величина бародиффузионного поглощения.