РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ АКУСТИЧНИХ ТА РЕОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ
РІДИННИХ СИСТЕМ
2.1. Вибір об’єктів дослідження
Викладений у першому розділі огляд експериментальних і теоретичних робіт
показав, що в останні роки затрачено багато зусиль для дослідження фізичної
природи реологічних та акустичних властивостей поблизу критичної точки
розшарування в бінарних системах [1-12]. Однак у порівнянні з дослідженнями
рівноважних властивостей рідин поблизу критичної точки цих досліджень значно
менше. Проте, незважаючи на стійкий інтерес до цього питання, слід зауважити,
що більшість експериментальних робіт, присвячених дослідженню коефіцієнта
поглинання та швидкості поширення звуку в бінарних розчинах поблизу критичної
температури розшарування виконувались у вузькому частотному діапазоні. Тому в
даний час особливого значення набувають експериментальні дослідження розчинів
із критичною температурою розшарування в широкому діапазоні частот,
концентрацій і температур, включаючи окіл КТР.
В якості об’єктів дослідження нами були обрані різні за своєю природою обўєкти,
а саме: нематичний рідкий кристал пентилціанобіфеніл (5ЦБ) в ізотропній фазі та
подвійні розчини метанол-гексан, метанол-гептан, нітрометан-н-аміловий спирт,
нітробензол-гексан.
Були проведені вимірювання акустичних та реологічних властивостей вищевказаних
систем у широкому інтервалі температур, включаючи близький окіл критичної
температури [76-91]. Реологічні вимірювання у випадку 5ЦБ для ізотропної фази
поблизу температури фазового переходу нематичний рідкий кристал-ізотропна
рідина проводились спільно з Гуменюком Я. О.. На відміну від того, що було
зроблено автором роботи [59], нами було запропоновано новий метод аналізу
температурної залежності величини в‘язкості поблизу критичної температури, який
має ряд переваг у порівнянні з існуючими традиційними методами. Акустичні
дослідження 5ЦБ проводились з метою розширення температурного діапазону
вимірювань та для того, щоб можна було за допомогою акустичних даних
розрахувати та провести аналіз величини обўємної вўязкості досліджуваного
рідкого кристала.
Деякі характеристики компонент досліджуваних розчинів та їх структурні формули
приведено в таблиці 2.1. В таблиці 2.2 приведені концентрації подвійних
розчинів та їх критичні температури розшарування.
Таблиця 2.1
Характеристики компонентів досліджуваних розчинів
Назва
Формула
Молекулярна маса
Метанол
CH4O
32,0
Гексан
CH3(СH2)4СH3
86,2
Гептан
СН3(СН2)5СН3
100,2
Нітрометан
СН3NO2
61,0
Аміловий
спирт
С5Н11ОН
88,2
Нітробензол
C6Н5NO2
123,1
Пентилціанобіфеніл
5ЦБ
237,3
Як видно з таблиці 2.1, досліджені компоненти рідинних систем мають різну
будову молекул, що дозволило простежити вплив будови молекул на акустичні та
реологічні параметри поблизу КТР. Для приготування об’єктів використовували
рідини марки «ХЧ».
Таблиця 2.2
Досліджені рідинні системи та їх концентрації
Назва системи
Досліджені концентрації, мольні частки (м. ч.).
Критична температура розшарування Т, К
Метанол-гексан
0,51СН3ОН+0,49С6Н14
критична концентрація
(кр. к.)
314,85 (реол.експ.)
Метанол-гептан
0,616СН3ОН+0,384С7Н16
критична концентрація
326,1 (реол.експ.)
325,9 (літ.)
нітрометан-н-аміловий спирт
0.1; 0,3; (0.384)кр.к; 0.5; 0.7
С5Н11ОН
301,0 (акуст. експ.)
300,9 (реол. експ.)
300,4 (літ.)
Нітробензол-гексан
0.3; (0.4)кр.к; 0.5; 0.7
С6Н5NO2
294 (акуст.експ.)
293,96(літ.)
Деякі з досліджуваних обўєктів раніше вже були предметом акустичних досліджень
[49, 56, 57]. Проте ми вважали за доцільне провести систематичне дослідження
цих обўєктів у більш широкому діапазоні частот, температур і концентрацій,
включаючи критичні.
2.2. Класифікація методів дослідження рідин поблизу критичної температури
Поступове накопичення експериментальних даних та теоретичних розрахунків про
поведінку рідинних систем поблизу точок фазових переходів та детальне розуміння
процесів, що супроводжують такі переходи, є необхідним елементом
фундаментальних досліджень в області фізики рідинних середовищ. Одержана
інформація дозволяє детальніше розібратися в явищах, що відбуваються в рідинних
системах, та може бути застосована в різних галузях сучасної науки й техніки.
Існують різні фізичні методи досліджень у цій області: оптичні – такі як
розсіяння світла [92] і рефрактометричні [93], нейтронні методи дослідження
[94], акустичні та віскозиметричні методи [95].
Один із найбільш інформативних методів дослідження релаксаційних процесів, які
протікають у рідинних середовищах - акустичний метод. Найбільш поширеними
експериментальними методами, за допомогою яких можна виміряти поглинання й
швидкість звуку в різних агрегатних станах речовини є метод акустичного
інтерферометра [97], резонансний метод [98], оптичний метод [95] та імпульсний
метод [96]. Вимірювання поглинання та швидкості поширення звуку в досліджуваних
нами обўєктах проводили за допомогою резонансно-імпульсних та
нерезонансно-імпульсних методів [95-97]. Перевага цих методів полягає в тому,
що вони дозволяють проводити вимірювання в широкому діапазоні частот і
температур.
Для вимірювання коефіцієнта кінематичної вўязкості досліджуваних рідинних
систем поблизу критичної температури розшарування використовували метод
падаючої кульки та капілярний метод. Вимірювання коефіцієнта динамічної
вўязкості має як самостійне значення, так і допоміжне при зўясуванні механізмів
поглинання звуку.
2.3. Методи вимірювання коефіцієнта кінематичної в’язкості та оцінка похибок
експерименту
На сучасному етапі експериментальні методи вимірювання в
- Київ+380960830922