Внутреннее неоднородное электромагнитное поле в критическом флюиде, ориентированное вертикально полем гравитации земли (стр. 2 )

Для объективной экспериментальной проверки этого результата следует провести независимые экспериментальные исследования величины градиента давления или градиента химического потенциала в неоднородном КФ в поле гравитации Земли h=rkgz×Pk-1.

3. Градиент давления в критическом флюиде в поле гравитации земли

Для нахождения величины производной необходимо одновременно определить величины сжимаемости dr*/dm* и градиента плотности dr*/dh в одной и той же неоднородной жидкости на одной экспериментальной установке в одинаковых условиях: при одинаковых температурах t и на одних и тех же высотах z неоднородной системы. Именно такие исследования впервые были проведены в работах [31,32] двумя оптическими методами: светорассеяния и рефрактометрическим [33,34]. Используя эти методы в одном эксперименте, были исследованы высотные и температурные зависимости интенсивности рассеянного света I(z, t)~dr*/dm*(z, t), коэффициента экстинкции ~I(z, t)~dr*/dm*(z, t), градиента показателя преломления вещества и градиента плотности вещества dn/dz(z, t)~dr*/dh(z, t) в ряде неоднородных веществ: н-пентане, фреоне-113 вблизи КТ в поле гравитации Земли [31,32]. Совместное использование этих двух оптических методов позволило рассчитать величину градиента химического потенциала dm*/dh=(dr*/dh)×(dr*/dm*)-1 и его высотное изменение Dm=dm*/dh×h в поле гравитации Земли h.

На основе экспериментальных данных высотной и температурной зависимостей коэффициента экстинкции t(z, t)~I(h, t)~dr*/dm* сжимаемость этих жидкостей dr/dm(z, t) ) была рассчитана в Рэлеевской гидродинамической области (t~l-4, qRc<<1) [35] по формуле:

dr/dm(z, t)=

(4)

Производная в (4) при помощи формулы Лоренц-Лоренца [35] выражена через удельную рефракцию вещества r: .

Расчитанные таким способом величины сжимаемости веществ dr/dm(z, t) (4) вдоль предельных термодинамических направлений критической изохоры (h=0) и критической изотермы (t=0) были апроксимированы степенными соотношениями ФТФП (3):

(h=0) bT*= ; G1=(5±0,5 )×10-2 ; g1=1,25±0,05,	(5)
(t=0) bT*= ; D1=(5±0,5 )×10-3 ; d= 4,8±0,2	(6)

Величины градиента плотности dr*/dh в этих же объектах были рассчитаны по данным градиента показателя преломления dn/dz [31,32]. Их значения вдоль направлений критической изохоры и критической изотермы представлены в виде:

G2=7±0,5, g2=1,15±0,05	(7)
D2=(5±0,5)×10-1d= 4,8±0,2	(8)

Полученные температурные и высотные зависимости производных dr*/dh(h, t) и dr*/dm(h, t) [31,32] показаны на рис. 5, 6.

Рис. 5	Рис. 6
Рис. 5. Температурные зависимости градиента плотности dr*/dh*(h) – 1 и сжимаемости - bT*=dr*/dm*(h) – 2: - н-пентана и - фреона - 113 вдоль направлении критической изохоры (h = 0) Рис. 6. Полевые зависимости градиента плотности dr*/dh*(h) – 1 и сжимаемости - bT*=dr*/dm*(h) – 2: - н-пентана и - фреона - 113 вдоль направлении критической изотермы (t=0)

Как видно из полученных результатов (5)-(8), значение сжимаемости dr*/dm* и градиента плотности dr*/dh при одинаковых значениях h и t, определенные независимо от двух серий экспериментов согласно формул (5)- (8), отличаются между собой на два порядка (рис. 5, 6).

Представленные результаты (рис. 5,6) использованы для определения величин градиентов химического потенциала неоднородной жидкости в гравитационном поле вдоль направлений кртической изохоры (h=0) и критической изотермы (t=0), соответственно:

dm*/dh(h=0)=(dr*/dh)/(dr*/dm*)=G2/G1»140 , dm/dh(t=0)=D2/D1»102

(9)

Из полученного результата (9) следует, що в неоднородной среде вблизи КТ высотное изменение химического потенциала и давления |Dm(h)|=|DP(h)| значительно превышает высотное изменение гидростатического давления h (|Dm(h)|=|DP(h)|=102|h|>>h). В связи с этим в работах [25,31,32] впервые был сделан вывод, что в неоднородной среде с крупномасштабными флуктуациями параметра порядка вблизи КТ под действием гравитационного поля h возникает внутреннее неоднородное поле DU(h), высотное изменение которого на два порядка превышает изменение гравитационного поля ïU(h)ï=ïDm(h)ï»ï102h>>hï. Эти выводы подтверждены в дальнейшем в обзорных работах [34,36].

4. Микропоплавковый метод высотного измерения давления в неоднородном КФ

Для последующего подтверждения полученного результата ïDP=Dmï»102|h|>>|hï в настоящей работе предлагается новый микропоплавковый метод экспериментального измерения высотного изменения давления DP(z) в неоднородном КФ в поле гравитации Земли.

Микропоплавковый метод, первоначально был применен , и для определения высотного распределения плотности неоднородного вещества Dr(z) вблизи КТ жидкость-пар [37-39].

Суть метода заключалась в том, что размещение в неоднородной среде вблизи КТ достаточно большого количества поплавков (n³10) с известной средней плотностью`r(z) позволяет прямым методом определить эту плотность неоднородного вещества r(z) в точках расположения поплавков.

Для иллюстрации на рисунке 7. приведена фотография высотного распределения кварцевых микропоплавков с различной средней плотностью в оптической камере с неоднородным бензолом при различных температурах выше и ниже критической [39].

Для сравнения этих экспериментальных данных`r(z) метода микропоплавков на рис. 8 представлены экспериментальные данные высотного распределения плотности неоднородного вещества – бензола при этих же температурах Т>Tк, T<Tк, полученные рефрактометрическим методом Теплера вблизи критической точки [39], рис. 8.

Анализ и сопоставление этих экспериментальных данных (рис. 7, 8) свидетельствует об их количественном соответствии во всей флуктуационной области ФТФП [4] при температурах как закритических (T>Tк), так и докритических (T<Tк).

В дальнейшем метод микропоплавков был использован в [40] как датчик давления – микропоплавковый манометр для измерения высотного распределения давления DP(z) в неоднородных системах вблизи критической точки. Для этого данный манометр был проградуирован по данным Р-V-T измерений [29,30] вблизи КТ при постоянной температуре вещества (Таблица 1).

Рис. 7. Высотное распределение кварцевых микропоплавков вблизи КТ с различной средней плотностью `r(z) в оптической камере с неоднородным бензолом при различных температурах Т>Tк, T<Tк

Рис. 8. Высотное распределение плотности r(z) в неоднородном бензоле при различных температурах по данным рефрактометрического метода Теплера [39].

Таблица 1.

В этой таблице сопоставлены градуировочные данные Р-r-T измерений [29,30] в бензоле при температуре DT=T-Tк»0,5 К в области изменения плотности r=(246,4¸372,2) кг/м3 с экспериментальными данными `r(z) высотного распределения поплавков в оптической камере на высотах Dz=z-z0= (–3,5¸3,5) см. Здесь z0 - уровень с критической плотностью вещества.

Из этой таблицы следует, что в области изменения высот Dz=(0¸3,5) см величина приведеного давления Dp*=(P-P0)/Pк изменяется в пределах величин Dp*=(0¸10-2). В то же время в пределах этих высот изменение гидростатического давления составляет величину |h|=rкg|Dz|/Pк=(0¸10-4). Как видно, высотное изменение приведенного давления |Dp*| значительно превышает величину |h|: |Dp*/h|»102>>1. Этот вывод полностью подтверждают представленные выше результаты наших экспериментальных исследований [31,32], полученных оптическими методами светорассеяния и рефрактометрическими [33,34], в обзорных работах [34,36], а также анализом в [34] многочисленных экспериментальных данных иных авторов [10-13,19,21-23,26-28], из которых также следует, что высотное изменение давления DP=(P-Pк)/Pк в таких неоднородных системах значительно превышает величину гидростатического давления h=rкgDz/Pк (|DP|= (10¸102)|h|>>|h|).