Внутреннее неоднородное электромагнитное поле в критическом флюиде, ориентированное вертикально полем гравитации земли (стр. 5 )

Рис. 9. Схематический вид образования и распада флуктуаций параметра порядка КФ вблизи КТ

В работах [5,6] величина скорости υф была рассчитана для конкретного случая образования наночастиц Al2O3 с помощью КФ-H2O [87]. Для этого необходимо, чтобы кинетическая энергия молекулы воды W=mv2/2 при распаде флуктуации параметра порядка должна быть больше, чем энергия сублимации одной молекулы Al. Исходя из энергии сублимации одного моля Al Eс=301,7 кДж/моль, скорость движения молекул КФ-H2O должна составлять величину υф»106¸107 см/с [6]. Такие же скорости распространения молекул вещества υф»106¸107 см/с в воде могут быть получены, если использовать величину большого термодинамического потенциала в критическом состоянии WФ »105 Дж/моль. Как видим, эти скорости распространения молекул КФ-Н2О после распада флуктуации параметра порядка близки ко второй космической скорости υк»υф»102 км/с. Используя этот результат можно предположить, что в будущем на основе новых промышленных технологий КФ-Н2О может быть использован как топливо ракетных двигателей при полетах в космическое пространство.

Исходя из больших энергий межмолекулярного взаимодействия (ε1 >> kБTк) внутри малых флуктуационных объемов vф=4/3pRc3 можно спрогнозировать наличие больших градиентов внутренних радиальных электромагнитных полей ε(r) внутри (r<Rc) и вне (r>Rc) этих флуктуационных образований. В связи с этим наличие неоднородных радиальных электромагнитных полей вне и внутри флуктуаций параметра порядка должно привести к высотному изменению внутреннего неоднородного электромагнитного поля всей макро-системы, |ΔU(z,ε(r))|=|Δμ(z)|, связанного с радиальными полями отдельных флуктуаций параметра порядка ε(r).

Исходя из величины большого термодинамического потенциала WФ=|PфVк|³102 КДж/моль можно оценить также энергию электромагнитного поля флуктуаций параметра порядка Eф»WФ=102 КДж/моль =1024 Э. В./моль. Можно предположить также, что такие энергии электромагнитного поля флуктуаций параметра порядка также найдут в будущем свое практическое использование.

Примером использования энергии электромагнитного поля флуктуаций параметра порядка является усиление интенсивности светового пучка, проходящего через неоднородный КФ перпендикулярно градиенту высотного изменения этого неоднородного поля [90,91]. На основе полученных данных можно сделать выводы, что усиление светового пучка происходит за счет энергии внутреннего электромагнитного поля флуктуаций параметра порядка [4-6]. Полученные результаты согласуются с аналогичными выводами, представленными в работах [92,93]. В этих работах показано, что при распроспранения электромагнитных волн в нелинейных флуктуационных динамических системах с дисперсией вблизи критической точки или точек бифуркации эти электромагнитные волны имеют возможность увеличивать свою энергию за счет потенциальной энергии критических флуктуаций.

Возможности внедрений уникальных свойств КФ в новейших промышленных технологиях

На основе изложенного выше необходимо константировать, что приведенные выше результаты экспериментальных и теоретических исследований равновесных и кинетических свойств КФ, проведенных на физическом факультете Киевского национального университета крайне важны как в фундаментальном, так и в прикладном аспектах. Расширение этих научных исследований позволит более конкретно и целенаправленно указать условия и параметры технологических процессов, где уникальные свойства КФ могут быть успешно использованы в современных промышленных технологиях. К ним необходимо отнести следующее.

1 Дальнейшие фундаментальные исследования свойств внутреннего неоднородного электромагнитного поля в критическом флюиде |DU(h)|>>|h| с целью поиска возможностей практического использования энергии этого поля Eф»WФ=102 КДж/моль =1024 Э. В./моль >>кБT в современных технологиях.

2 Поиски технологий синтеза качественно новых критических флюидов с фактором сжимаемости Zк=PкVк/RTк>1/3, обладающих наиболее экстремальными свойствами [5] с целью их промышленного использования в различных новейших технологиях.

3 Поиски путей практического применения больших скоростей распространения молекул критического флюида при распаде флуктуаций параметра порядка u=106¸107 см/с»10¸100 км/с, которые сравнимы со второй космической скоростью. Такое критическое состояние вещества может быть использовано при определенных условиях в качестве топлива для ракетных двигателей, а также как источник экологически чистой энергии, альтернативных видов топлива для двигателей будущего.

4 С целью энергетической экономии использовать свойства критического флюида не в сверхкритическом состоянии (T2>Tк), а в докритической области температур (T1<Tк, в паровой фазе). По сравнению с сверхкритическим флюидом T2>Tк разница температур T2-T1»50 К, (t»10-1). При этом следует учесть, что в паровой фазе вязкость критического флюида h(T<Tк)<<h(T>Tк), а коэффициент диффузии наоборот D(T<Tк)>>D(T>Tк).

5. Использование амплитуд a(Zк), k(Zк) [5,82] уравнений параметрического скейлинга, выраженных через фактор сжимаемости Zк=PкVк/RTк, позволяет построить трехмерные поверхности различных корреляционных, равновесных и кинетических характеристик критического флюида. Это позволяет определить P-V-T параметры этих поверхностей для более эффективного использования уникальных свойств КФ в новейших технологиях.

6. Предлагается новый технический подход для реализации быстрого приготовления критического флюида с заданными термодинамическими параметрами с высокой точностью в близкой окрестности критической точки. Для этой цели предлагается быстрое адиабатическое охлаждение системы от заданного начального P-V-T состояния и при заданном изменении объема DV системы с веществом. Построена необходимая для этих расчетов трехмерная фазовая диаграмма энтропии КФ, качественно отличающаяся от фазовой диаграммы симметричной модели Изинга [2].

7. Предложенный метод комплексного моделирования критического флюида «Всесторонний скейлинг» [94,95] во всем близком окружении критической точки позволил предложить новый подход к моделированию и управлению сложными системами. В основу этого моделирования может быть положена идея о качественном соответствии [96] механических и калорических свойств критического флюида на основе уравнений симметричной алгебры флуктуирующих величин с поведением сложной самоорганизованной системы (химической, биологической, экономической, социальной природы) с положительными и отрицательными обратными связями.

Актуальность продолжения фундаментальных исследований КФ

1. Дальнейшее развитие и усовершенствование модели системы вблизи КТ - модель КФ - как газа флуктуаций параметра порядка со свойствами реального газа Ван-дер-Ваальса, учитывающий собственный объем флуктуаций параметра порядка, силы взаимодействия между ними на расстояниях r>Rc, энтропийный и другие факторы. Эта модель является основой для построения расширенного уравнения состояния КФ, амплитуды которого являются линейными функциями фактора сжимаемости вещества Zк=PкVк/RTк.

2. Дальнейшее изучение различных свойств внутреннего неоднородного электромагнитного поля |Dm|=|DU(Tк, L,)|>>|h|, возникающего в неоднородном КФ под действием поля гравитации Земли h, с целью его практического применения в новейших технологиях.

3. Принципиальным фактором при создании уравнений состояния неоднородных КФ во внешнем поле h является использование нового условия равновесия в виде |Dm|= |DU(Tк, L, )|>>|h|, которое учитывает влияние на систему вблизи критической точки ряда внешних и внутренних факторов: критической температуры вещества, то есть сил межмолекулярного взаимодействия, линейного размера и формы системы, средней плотности заполнения системы веществом и других.

4. В продолжение представленных выше исследований экстремальных свойств КФ, исходя из экспериментально проверенных асимметричных уравнений состояния неоднородного и однородного КФ предложен новый подход к описанию критических явлений, названный «Всесторонним скейлингом» (comprehensive scaling) [94,95]. «Всесторонний скейлинг» предназначен для всестороннего описания термодинамических характеристик КФ во флуктуационной окрестности критической точки. Этот подход позволяет на основе единого подхода конструировать масштабные уравнения состояния однородных, пространственно макро-неоднородных и малых ограниченных конденсированных систем вблизи критической точки. Особенностью предложенного похода является обеспечение тесной связи теоретического анализа фазовых диаграмм для калорических и механических термодинамических величин с прикладной направленностью предложенных уравнений состояния для детального описания свойств широкого класса КФ в окрестности критической точки.

Список литературы

1. , , // Сверхкритические флюиды: Теория и Практика. 2006, том 1, № 1, 27-51.

2. азовые переходы и критические явления. Пер. с англ. — М.: Мир, 1973. — 419c.

3. Ма Ш. Современная теория критических явлений. Пер. с англ. — М.: Миp, 1980. — 298 с.

4. , Покровский теория фазовых переходов. / М.: Наука, 1982, 382 с.

5. Алехин флюид в поле гравитации Земли // Мониторинг. Наука и технологии. 2011, 1(6), С. 69-78.

6. , Билоус флюид в поле гравитации земли // Сверхкритические флюиды. Теория и практика. 2014, №2, с. 74-82.

7. , Соболева гидродинамика — новое направление в механике сплошных сред // Российская наука, Москва. 2002. С. 59-67.; Гидродинамика околокритических жидкостей // Природа. 2003, N 10, С. 17-26.

8. , , Попов молодость известного явления // Российская наука, Москва, с. 168-176; Вторая молодость известного явления // Природа. 2006, N 6, С. 42-48.