Результаты экспериментальных исследований гравитационного эффекта методами: рефрактометрического, рассеяния света, пропускания медленных нейтронов

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГРАВИТАЦИОННОГО ЭФФЕКТА МЕТОДАМИ: РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКОГО, РАССЕЯНИЯ СВЕТА, ПРОПУСКАНИЯ МЕДЛЕННЫХ НЕЙТРОНОВ

Гравитационный эффект Dr(h) в алканах, бензоле, в других объектах [1-3] был исследован , и их учениками с помощью трех методов: оптического метода Теплера, метода опорных призм, метода свободных микропоплавков. В качестве примера на рис. 1 представлены высотные зависимости градиента показателя преломления dn/dz(z) и плотности r(z) вещества. Анализ этих данных показывает, что под действием гравитационного поля в камерах высотой L»7 см показатель преломления n(z) изменяется на 2-3%, плотность r(z) на 10-15%; градиент показателя преломления или градиент плотности – изменяются с высотой почти на два порядка.

Рис. 1. Высотные зависимости градиента показателя преломления (рис. 1.а), плотности (рис. 1.11б) бензола при температурах: 1 –T=561,65 К, 2 –T=561,77 К, 3 –T=561,90 К, 4 –T=561,25 К, 5 –T=562,69 К.

В продолжение этих исследований в работах , [4-7] и др. оптическими методами – рассеяния света и рефрактометрическим также были исследованы высотные и температурные зависимости градиента показателя преломления dn/dz(z, t) и интенсивности рассеянного света I(z, t) широкого класса неоднородных высокотемпературных индивидуальных жидкостей: н-пентана, циклопентана, диэтилового эфира, фреона-113 и некоторых двойных растворов н-пентан-циклопентан, н-пентан-бензол и др. вблизи КТ жидкость-пар.

В качестве примера высотные и температурные зависимости интенсивности рассеянного света I(z, t) показаны на рисунках 2, 3.

Рис. 2, 3. Высотная зависимость интенсивности рассеянного света (l=546,1 нм) в растворе 38,6 % циклопентана в н-пентане для температур t>0 (рис. 2) и t<0 (рис.3).

Как видно, из представленных данных I(z, t) следует, что в индивидуальных веществах и двойных растворах интенсивность рассеянного света существенно изменяется с высотой. При этом высотная зависимость I(z, t) проявляется в широком интервале температур относительно критической (|t|£10-2, DT³3¸5). Наиболее резкая высотная зависимость I(z) наблюдается вблизи Tk. Так, при |t|»10-4–10-5 в интервале высот z=(0¸2) см I(z) изменяется почти на два порядка, что свидетельствует о значительной пространственной неоднородности флуктуационной структуры среды вблизи КТ.

Параллельно с изучением I(z, t) рефрактометрическим методом исследовалась также высотная и температурная зависимость градиента показателя преломления dn/dz(z, t) [8-10] указанных жидкостей при температурах T>Tk и T<Tk.

В этих работах впервые было показано, что высотная асимметрия производной dn/dz(z)~dr/dh диаметрально противоположна высотной асимметрии интенсивности рассеянного света I(z)~dr/dm. Оказалось, что на высотах z>0 (r<rk, n<nk), в отличие от I(z), значения dn/dz(z) превышают значения dn/dz(z) на высотах z<0 (r>rk, n>nk). В работах [10, 11] было показано, что изменение знака высотной асимметрии при переходе от сжимаемости dr/dm(z) к градиенту плотности dr/dh(z)=(dr/dm)×(dm/dh) определяется знаком высотной асимметрии химического потенциала Dm(h)=А1h+ А2h2 и прозводной dm/dh(h).

В работах [12-16] при исследовании гравитационного эффекта в индивидуальных системах СО2, С2Н6 и двойных растворах 3Не+СО2 и 10BF3+СО2 и др. впервые использован метод пропускания медленных нейтронов.

В качестве примера, графики высотных зависимостей численной плотности в СО2 и двойных растворах 3Не+СО2 показаны на рис. 4-5.

Эти результаты нейтронных исследований гравитационного эффекта согласуются с данными оптических измерений.

Как было показано выше, использование уравнений ФТФП [17] (1)–(5) позволяет перейти к уравнениям гравитационного эффекта.

Рис. 4. Критическая изотерма высотной зависимости безразмерной плотности СО2 Рис. 5. Критическая изотерма высотной зависимости численной плотности 3He в смеси 97,54%CO2+2,46%3He : °-DN1+ , ·- DN1-

Исходя из этого, данные гравитационного эффекта: высотные профили плотности Dr(h, t), градиента плотности dr/dh(h, t), интенсивности рассеянного света, I(h, t)~bT, сжимаемости bT=dr/dm(h, t) вещества вдоль предельных термодинамических направлений - критической изохоры, критической изотермы, границы раздела фаз можно представить соответственно в виде:

(t>0, z=0) , ;

(t=0) Dm= , ,

(t<0, z=0) , ;

Отсюда следует, что использование явления гравитационного эффекта дает возможность определить критические индексы g, b, d и амлитуды представленных степенных соотношений и уравнений ФТФП однородных систем [17]. Значения критических индексов g, b, d полученных по данным гравитационного эффекта оптическими и нейтронными методами, приведены в [18]. Как видно, в пределах погрешностей эксперимента они совпадают между собой для всех исследованных неоднородных объектов и согласуются с их значениями для однородных систем вблизи КТ жидкость-пар.

Таблица 1

Критические показатели, полученные с использованием гравитационного эффекта по данным оптических и нейтронных методов

Вещества и методы их исследования	Критические показатели
g+	g-	d	b
Рефрактометрический метод [236,265,271,275,]
Бензол	1,30±0,05			0,35±0,02
Пентан	1,25±0,05	1,25±0,051	5,00±0,18	0,35±0,02
Гептан	1,29±0,04	1,29±0,06	4,62±0,16	0,361±0,008
Рассеяние света [279,280,281,282,283]
Н-Пентан	1,25±0,05	1,2±0,1	4,9±0,3
Циклопентан	1,23±0,05	1,2±0,1	5,0±0,3
Диэтиловий эфир	1,23±0,05	1,22±0,08	4,8±0,3
Фреон –113	1,25±0,05	1,22±0,08	4,7±0,3
Н-пентан-Циклопентан 18,2 %	1,24±0,05	1,2±0,05	5,0±0,3
Н-пентан-Бензол 26,8 %	1,26±0,05	1,28±0,06	5,0±0,3
Н-пентан-Бромбензол 4,2 %	1,2±0,05	1,2±0,1	4,8±0,3
Нейтронный метод [156,157,205,270]
C2H6, плотность	1,21±0,03		4,56±0,10	0,338±0,003
CO2, плотность	1,21±0,1		4,2±0,10
2,46%3He+CO2, плотность			4,26±0,12	0,346±0,05
3,30%3He+CO2, плотность			4,25±0,12	0,344±0,05
2,46%3He+CO2, парц. плотность			4,19±0,12	0,345±0,05
3,30%3He+CO2, парц. плотность			4,20±0,11	0,346±0,05
2,46%3He+CO2, концентрация				0,348±0,06
полистирол-дейтероциклогексан				0,33±0,008
ТМП-D2O	1,22±0,03

Список использованых источников

1.  , , Шиманский термодинамических свойств пентана вблизи критической точки // ЖЭТФ -1970.-Т.59, вып.3(9).- С. 688-695.

2.  , , // ЖЭТФ, 1973, 64, 5, 1679

3.  , , Шиманс-кий Ю. И. // ЖЭТФ, 1972, 68, 6(12), 2159

4.  Алехин опалесценция неоднородных систем. // Известия вузов. // Известия вузов. Физика. 1983. — № 4. — С. 39-45.

5.  , , // Рассеяние света и термодинамические свойства двойных растворов в критической области парообразования // Сб. Физика жидкого состояния  1973.  № 1.  С. 6581.

6.  , Крупский света в критической области парообразования. // Сб. Физика жидкого состояния  1975.  Вып 3.  С. 4867.

7.  Алёхин плотности и критическая опалесценция в гравитационном поле // Оптика и спектр. — 1979. — Т. 47, № 4. — С. 788-792.

8.  Алехин гравитационного эффекта вблизи критической точки // УФЖ  1981.  Т.26, № 11.  С. 18171820.

9.  , Будник профиль давления вдоль критической изотермы диэтилового эфира. //Физика жидкого состояния. — 1988 — Вып. 16. — с. 94-97.

10.  Алехин асимметрия уравнения критической изотермы и гравитационного эффекта // Известия вузов. Физика  1986.  Вып. 1.  С. 78-81.

11.  Альохін О. Д., Рудніков Є. Г., Телеховський асиметрія гравітаційного ефекту поблизу критичної температури рідинапара // Вісн. Київ. ун-ту. Сер. Фіз.-мат. науки.  2000.  Вип. 1.

12.  , , Симкина этана вблизи критической точки жидкостьпар. I. Распределение плотности по высоте // УФЖ  1971.  Т. 15, № 1.  С. 9199.

13.  , , и др. Плотность BF3 на критической изотерме смеси СО2BF3 // Вестник. Киев. унта. Физика. 1986. - № 27.  С. 2325.

14.  , , Шиманский критической изотермы этана. // Физика жидкого состояния, вып. 10, Киев, Высшая школа, 1982. С. 136-142.

15.  , , Шиманский зависимость концентрации Не3 в бинарной смеси СО2— Не3 вблизи критической точки жидкость-пар. // Вестник Киев. Университета, Физика, 1985, № 26, с. 41-44.

16.  , Мельниченко численная плотность C2H6 в системе СО2— C2H6 вблизи критической точки парообразования // ЖЭТФ. — 1985. — 81, №9. — С. 910-920.

17.  , Покровский теория фазовых переходов. — М.: Наука, 2— е изд., перераб. 1982. — 382 с.

18.  , , Рудников состояние вещества в поле гравитации Земли: Монография. – К.: ДП МОУ «Варта», 2008. – 404 с.