| Δμ|= |ΔU(Tк, L, )|>>|h|.  (12)

Как видно, условие равновесия (12) качественно отличается от традиционно используемого в научной литературе условия равновесия |Δμ| = |h| (10), которое, согласно [41], применимо лишь для несжимаемых жидкостей вдали от критической точки.

Используя вид этого нового условия равновесия (12) неоднородного КФ в поле гравитации Земли флуктуационная часть термодинамического потенциала ФТФП [2-4] такой неоднородной, но равновесной системы должна быть представлена в виде [5,6,34]

  Fф(Tк, L, ) =С0Rc-3(Tк, L, )=С0 t3ν[Ф(Δμ(Tк, L, )/tν/ξ)]-3  (13)

Здесь Ф(Δμ/tν/ξ) – масштабная функция неоднородного КФ в электромагнитном поле (12); вид полевой переменной Δμ в (13) определяется условием равновесия (12).

Предложенное условие равновесия неоднородной системы (12) и вид флуктуационной части термодинамического потенциала (13) непосредственно определяют вид уравнения состояния равновесного неоднородного вещества (2).

Такое уравнение состояния КФ крайне необходимо для поиска P-ρ-T координат и путей наиболее успешного использования уникальных свойств КФ в новейших промышленных технологиях [1].

К сожалению, в настоящее время результаты представленных выше многочисленных экспериментальных исследований [5,6,42,61-68], вид условия равновесия (12) и вид термодинамического потенциала (13) не учитываются и не используются в обзорных статьях, монографиях и учебных пособиях [70-75], посвященных исследованиям критического состояния неоднородного вещества в поле гравитации Земли. В этих публикациях и до настоящего времени при исследовании различных свойств неоднородных систем вблизи КТ продолжает использоваться условие равновесия системы в гравитационном поле (10), основанное на гидростатическом механизме Δρ(h) неоднородности вещества в критическом состоянии [9] . Согласно (12), (13) такое условие равновесия неоднородного КФ во внешнем поле противоречит закону сохранения энергии. 

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

7. Экспериментальные исследования структурных характеристик КФ в поле гравитации Земли

Согласно ФТФП [2-4] уравнение состояния равновесного КФ целиком определяется его флуктуационно-структурными характеристиками: полевыми и температурными зависимостями радиуса корреляции Rc(Δμ,t) и числом флуктуаций параметра порядка Nф(Δμ,t)~Rc(Δμ,t)-3.  Для нахождения этих структурных характеристик вещества в критическом состоянии  необходимо использовать равновесные данные гравитационного эффекта в неоднородном КФ.

В связи с этим высотные и температурные зависимости радиуса корреляции Rc(h, t) ряда неоднородных веществ (н-пентане, фреоне-113 и др.). в поле гравитации Земли вблизи КТ были исследованы методом молекулярного рассеяния света [5,6,76-79] I(z, t).

Трехмерные поверхности радиуса корреляции Rc(h, t) [34] (рис. 9)  на основе этих экспериментальных данных I(z, t) определены при помощи известного соотношения [76,80]

                 (14)

Здесь Iк(z=0,t=0) – интенсивность рассеянного света в критической точке; q=4π/λ⋅sin(θ/2) – переданный волновой вектор; η=0,06 – критический показатель [4].

Рис. 9. Вид трехмерной поверхности симметризированного радиуса корреляции Rc(h, t)=[Rc(h>0,t)+Rc(h<0,t)]/2 неоднородного вещества н-пентана как функция высоты z и температуры ΔT=T-Tk

Зависимости величин радиуса корреляции Rc(h, t) вдоль термодинамических направлений: критической изохоры(z=0, t>0) - 1; границы раздела фаз (z=0, t<0) - 2; критической изотермы (t=0) - 3, согласно ФТФП [4], представляются соотношениями в виде [6,34]

;  ;    (15)

Здесь ν=0,636, ξ=0,405 – критические показатели [4]; амплитуды , , [5,76-78].

Используя вид поверхности Rc(h, t) была построена трехмерная поверхность термодинамического потенциала F*ф(t, h)=[4]  (С0≈10–22 см3) [42] (Рис. 10), а также определена еще одна структурная характеристика КФ – число флуктуаций параметра порядка в одном моле вещества =NA⋅Zк⋅Fф* [6] (рис.11).

Рис. 10. Вид трехмерной поверхности термодинамического потенциала F*ф в неоднородном н-пентане в поле гравитации Земли как функция высоты z и температуры ΔT=T-Tk.

Рис. 11. Вид трехмерной поверхности количества флуктуаций параметра порядка Nф в одном моле вещества н-пентана как функция высоты z и температуры ΔT=T-Tk.

Данная характеристика КФ вдоль предельных термодинамических направлений критической изохоры, границы раздела фаз,  критической изотермы представляется соответственно в виде [6,34]:

;  ;    (16)

На основе ФТФП [4] и вида трехмерной поверхности F*ф(t, h) можно найти все термические и калорические уравнения состояния вещества: плотности Δρ=dF*ф/dμ; сжимаемости βT=d2F*ф/dμ2; энтропии Δs=dF*ф/dt; теплоемкости  Cv=d2F*ф/dt2; коэффициента объемного расширения αT=d2F*ф/dμdt и др. Ряд полученных трехмерных поверхностей механических и калорических свойств представлен на рис. 12-17. При построении этих трехмерных поверхностей механических и калорических свойств неоднородных систем было использовано параметрическое представление [81] гравитационного эффекта в критическом флюиде [82,83] с использованием условия равновесия (12) и вида флуктуационной части термодинамического потенциала (13). 

Для этого параметры a и k параметрического уравнения состояния вещества [81] были выражены через амплитуды B0, D1, Γ1 уравнения состояния (2) ФТФП [4] и связаны с фактором сжимаемости вещества  Zк=PкVк/RTк [5,82]. Угловой θ и радиальный r параметры уравнений параметрического скейлинга [81] были выражены через полевые и температурные переменные ФТФП [4]:  θ(Δρ,Δμ,t) и r(Δρ,Δμ,t).

Рис. 12. Вид трехмерной поверхности плотности Δρ КФ как функция поля Δμ=μ-μк и температуры ΔT=T-Tk

Рис. 13. Вид трехмерной поверхности энтропии Δs КФ как функция поля Δμ=μ-μк и температуры ΔT=T-Tk

Рис. 14. Вид трехмерной поверхности изотермической сжимаемости βT~(∂ρ/∂μ)T КФ как функция поля Δμ=μ-μк и температуры ΔT=T-Tk

Рис. 15. Вид трехмерной поверхности адиабатической сжимаемости βS~(∂ρ/∂μ)S КФ как функция поля Δμ=μ-μк и температуры ΔT=T-Tk

Рис. 16. Вид трехмерной поверхности изобарной теплоемкости CP~(∂S/∂T)P КФ как функция поля Δμ=μ-μк и температуры ΔT=T-Tk

Рис. 17. Вид трехмерной поверхности изохорной теплоемкости CV~(∂S/∂T)V КФ как функция поля Δμ=μ-μк и температуры ΔT=T-Tk

       Представленные выше структурные характеристики КФ: Rc и Nф~Rc-3 позволили на основе вида флуктуационной части термодинамического потенциала (1) рассчитать еще одну важную характеристику КФ - – плотность вещества внутри флуктуационного объема

.  ( 17 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7