РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГРАВИТАЦИОННОГО ЭФФЕКТА МЕТОДАМИ: РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКОГО, РАССЕЯНИЯ СВЕТА, ПРОПУСКАНИЯ МЕДЛЕННЫХ НЕЙТРОНОВ
Гравитационный эффект Δρ(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 ρ(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 ρ(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 (λ=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, ΔT≥3÷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 TTk.
В этих работах впервые было показано, что высотная асимметрия производной dn/dz(z)~dρ/dh диаметрально противоположна высотной асимметрии интенсивности рассеянного света I(z)~dρ/dμ. Оказалось, что на высотах z>0 (ρ<ρk, n<nk), в отличие от I(z), значения dn/dz(z) превышают значения dn/dz(z) на высотах z<0 (ρ>ρk, n>nk). В работах [10, 11] было показано, что изменение знака высотной асимметрии при переходе от сжимаемости dρ/dμ(z) к градиенту плотности dρ/dh(z)=(dρ/dμ)⋅(dμ/dh) определяется знаком высотной асимметрии химического потенциала Δμ(h)=А1h+ А2h2 и прозводной dμ/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 : °-ΔN1+ , ●- ΔN1- |
Исходя из этого, данные гравитационного эффекта: высотные профили плотности Δρ(h, t), градиента плотности dρ/dh(h, t), интенсивности рассеянного света, I(h, t)~βT, сжимаемости βT=dρ/dμ(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) Δμ=
, 
,
(t<0, z=0) 
, 
; 
Отсюда следует, что использование явления гравитационного эффекта дает возможность определить критические индексы γ, β, δ и амлитуды представленных степенных соотношений и уравнений ФТФП однородных систем [17]. Значения критических индексов γ, β, δ 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 | |||
γ+ | γ- | δ | β | |
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
, , Шиманский термодинамических свойств пентана вблизи критической точки // ЖЭТФ -1970.-Т.59, вып.3(9).- С. 688-695. , , // ЖЭТФ, 1973, 64, 5, 1679 , , Шиманс-кий Ю. И. // ЖЭТФ, 1972, 68, 6(12), 2159 Алехин опалесценция неоднородных систем. // Известия вузов. // Известия вузов. Физика. 1983. — № 4. — С. 39-45. , , // Рассеяние света и термодинамические свойства двойных растворов в критической области парообразования // Сб. Физика жидкого состояния 1973. № 1. С. 6581. , Крупский света в критической области парообразования. // Сб. Физика жидкого состояния 1975. Вып 3. С. 4867. Алёхин плотности и критическая опалесценция в гравитационном поле // Оптика и спектр. — 1979. — Т. 47, № 4. — С. 788-792. Алехин гравитационного эффекта вблизи критической точки // УФЖ 1981. Т.26, № 11. С. 18171820. , Будник профиль давления вдоль критической изотермы диэтилового эфира. //Физика жидкого состояния. — 1988 — Вып. 16. — с. 94-97. Алехин асимметрия уравнения критической изотермы и гравитационного эффекта // Известия вузов. Физика 1986. Вып. 1. С. 78-81. Альохін О. Д., Рудніков Є. Г., Телеховський асиметрія гравітаційного ефекту поблизу критичної температури рідинапара // Вісн. Київ. ун-ту. Сер. Фіз.-мат. науки. 2000. Вип. 1. , , Симкина этана вблизи критической точки жидкостьпар. I. Распределение плотности по высоте // УФЖ 1971. Т. 15, № 1. С. 9199. , , и др. Плотность BF3 на критической изотерме смеси СО2BF3 // Вестник. Киев. унта. Физика. 1986. - № 27. С. 2325. , , Шиманский критической изотермы этана. // Физика жидкого состояния, вып. 10, Киев, Высшая школа, 1982. С. 136-142. , , Шиманский зависимость концентрации Не3 в бинарной смеси СО2— Не3 вблизи критической точки жидкость-пар. // Вестник Киев. Университета, Физика, 1985, № 26, с. 41-44. , Мельниченко численная плотность C2H6 в системе СО2— C2H6 вблизи критической точки парообразования // ЖЭТФ. — 1985. — 81, №9. — С. 910-920. , Покровский теория фазовых переходов. — М.: Наука, 2— е изд., перераб. 1982. — 382 с. , , Рудников состояние вещества в поле гравитации Земли: Монография. – К.: ДП МОУ «Варта», 2008. – 404 с.