Физические основы прецизионной ультразвуковой спектроскопии и ее применение для исследования релаксационных процессов в слабопоглощающих жидких средах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ АКАДЕМИЯ НАУК ТУРКМЕНИСТАНА ФИЗЙКО -ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

гг^ од

На правах рукописи УДК 534.8:538.951

КОНОНЕНКО Вадим Степанович

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРЕЦИЗИОННОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПЕКТРОСКОПИИ К ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЗЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СЛАБОПОГЛОШАЮШИХ 1ИЛКИХ СРЕДАХ

Специальность 01.04.06 - Акустика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Ашгабад - 1995

Работа выполнена в Отделе теплофизики АН Республики Узбекистан

Официальные оппоненты :

академик АНТ, доктор ф.-м. н., проф. Лезшев Н.Б. (Физшш-технический институт АН Туркменистана, Аигабад) доктор ф.-н. н., зав. каф. медйпзшда Назарова Г.А. (Туркменский государственный иедицинский институт, Ашгабад) доктор ф.-м. н.| Худайбердаев В.Н. (¿/О "Наука и техника Узбекистана", Ташкент}

Ведущая организация: Московский педагогический университет.

Защита диссертации состоится " ^ " 1995 г. в

/О часов на заседания Специализированного совета Д.2.А.012 по защите докторских диссертаций при Физико-техническом институте АН Туркменистана по адресу: 744000, Ашгабад, Гоголя 15.

С диссертацией можно ознакошться в Центральной научной библиотеке АН Туркменистана.

Автореферат разослан ¿1 И/) 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета член АНТ, доктор физико-математических наук

Ы.ШТЙНОЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Исследование коэффициента поглощения и скоростэ распространения ультразвуковых волн является вазшк» сродство» язучегаш тест* вопросов молекулярной физики, как природа кехгыолекуляршх сил и ¡ашеттпиз гюлекулдрннх процессов, ииок^их большое значение дли дальнейшего развитая молекулярной теория гидкостей. На частотах ниже нескольких МГц собственные потеря в измерительной ячейке обычно значительно превшгзот акустические потери в вссдедуеиой тждкостп и в низкочастотном диапазоне ультразвуковых волн существует целая область, в которой акустическое измерения невозможны или возмсвности их сильно ограна-Пуяествуггцвг «зтода йшяч.прньмай ■»«ппяшмента-

льном зсклпчении паразитных потерь пра " пс«птмп эта-

лонных жидкостей, но законность этого игаишчения далеко ке очевидна. В известной автору литературе отсутствуют рекомендации по принципиальному улучшению возмсзностей ультразвуковых методов. Поэтому дальнейшее развитие ультразвуковой спектроскопии с целы) создания прецизионных измерительных устройств невозможно без тщательного изучения ее физических основ, позволяпцих изучить и кардинально уненывить паразитные акустагссскзе потери в измерительных ячейках, научно обосновать существуйте и новые катода акустической спектроскопии и т.д.

Целью работа является создание новых низкочастотных методов исследовании акустических параметров, позволяязщх исследовать релаксации в слабопоглоцащях япдких средах, а так ке развитие теоретических методов для анализа физических основ ультразвуковой спектроскопии, который необходим для создания прецизионных низкочастотных акустических иатодсв исследования.

Научная новизна. Теоретически разработаны и эк-сперииентяльно исследоваш физические основы прецизионной ультразвуковой спектроскопии, позволяйте анализировать все нзвестше виды акустических потерь в измерительных ячейках, условия возбуждения и приема ультразвуковых сигналов, исследовать амплитудно-частотную характеристику ультразвуковых резонаторов, получить точные резонансные условия для измерения скорости ультразвука в резонаторах решить проблемы уменьшения спектральной плотности их резонансных частот и т.д.

Разработаны прецизионные метода для измерений коэффициента поглощения ультразвука и дисперсии скорости ультразвука в жидких

средах на частотах 0,1-20 МГц, которые позволяют исследовать акустические параметры кидкостей, поглощение которых на один-двв порядка ыеныае, чек то, которое могло быть изиерено с пшощью известных методов.

Впервые изучены акустические спектры ряда слабопоглощащах шдкостей и их смесей в широкой диапазоне частот и температур, выполнен анализ конкретных молекулярных механизмов акустически нвблвдаешх релаксационных процессов.

Показано, что на низких частотах целый ряд кадкостей или не имеет акустических релаксаций, обнаруженных ранее другими автора-ш, или их измеренные диссипативные свойства выели на однн-два порядка завышенные значения .

Изучено влияние дифракционных явлений на измерения акустических параметров среды. Получены дифракционные поправочные формулы для корректировки результатов измерений ультразвуковых параметров как в интерферометре, так и в импульсном методе, показано на существенное различие этих формул. Теоретически исследовано дифракционное поле защемленного по краю колеблпцегося пьезодаска как наиболее близкого по параметрам к реальному пьезоизлучателю. Показано, что дифракционные поправки для поля поршневого излучателя и пьезодаска совпадают только для достаточно высоких частот.

Практическая ценность. Разработанные низкочастотные методы позволяют исследовать новые слабоаоглощапцие акустические релаксационные процессы в жидкостях.

Разработанные метода акустического анализа и экспериментального исследования могут широко использоваться в промышленном приборостроении.

Выведенные формулы для электрических и акустических импедан-сов пьезопластин и амплитудно-частотных характеристик резонаторов могут явиться основой для разнообразных акустических расчетов.

Полученные релаксационные и термодинамические параметры исследованных шдкостей могут быть использованы для дальнейшего развития теории мицеллообразупцих веществ, теорий, описыващах критическое состояние в смесях жидкостей и конформационнне процессы в вддкостях.

Выражения для коэффициента отражения ультразвукового луча от пьезопластшш, вне щей электрическую нагрузку, могут применяться для расчетов коэффициента поглощения в импульсных методах.

Дифракционные поправочные формулы могут быть использованы

для устрйнения дифрающонных потерь при акустических измерениях.

Полученные выражения для электрического импеданса, аышштуд-но-частотной характеристики и резонансных условий для резонаторов, потерь энергии на излучение резонаторов б воздух иогут стать теоретической основой при разработке новых типов ультразвуковых резонаторов.

Разработанные прецизионные методы изиерензя акустических параметров в жидких средах иогут быть использованы для исследования релаксационных и другая свойств этих сред в разнообразных областях науки и техники.

И т о р защищает: теоретически разработанные и згссперт^мтяикно исоаедсвашше Фзпические оскоьы ультразвуковой спектроскопии, позволяемо проанализировать с пз порядок уненыпить акустические потери в измерительных ячейках, получить теоретические выражения для акустичзских и электрических импедансов нагруженных пьзопластин и резонаторов, найти точные резонансные условия, амплитудно-частотную характеристику для резонаторов и т.д.

-разработку и создание прецизионных акустических методов определения коэффициента поглощения и дисперсии скорсстт* ультразвука с поммдью резонаторов, инеицих пьезолннзовые преобразователи.

-экспериментальные результата по акустической спектроскопии новых классов слабопоглощапщх шэдкостей в широко!! температурной интерволе и анализ конкретных молекулярных механизмов акустически наблзздаеыых релаксационных процессов.

-дифракционные поправочные фориулы к измеренный акустическни параметра« для нгшульсного метода и интерферометра. Результаты расчета дифракционного поля для защемленного по крав колеблющегося пьеэоднека.

Личный вклад автора:в теоретическом и экспериментальном анализе физических основ прецизионной ультразвуковой спектроскопии, в разработке и создании прецизионных измерительных устройств, в проведении экспериментальных исследований, обработке и интерпретации полученных данных.

Апробация работы. Основные результаты рвботы докладывались нэ 10-ой и 11-ой Всесоюзных акустических конференциях (Москва,1983,1991); 5-ой конференции социалистических стран по жидким кристаллам (Одесса, 1983), 5-ой Всесоюзной конференции "fie-

тодика и техника УЗ-спектроскопии" (Вильнюс, 1984), на 2-ой конференции по жидким средам (Флоренция, Италия, 1993), на 12-ой Европейской химической международной конференции (Лунд, Щвеция,1992), научных семинарах Ленинградского и Самарского госуниверситетов.

Публикации. Материалы диссертации отражены в 20 статьях, 6 авторских свидетельствах СССР и 7-тезисах докладов на Международных и Всесоюзных конференциях.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 8 глав и заключения (основные результаты и еыводы). Содержит 300 страниц машнописного текста, включая 34 рисунка и библиографические ссылки из 129 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. КРАТКИЙ АНАЛИЗ ДОСТИЖЕНИЙ И ПРОБЛЕМ СУЩЕСТВУЙТЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИИ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВА

В диссертации рассмотрены лишь наиболее зарекомендовавшие себя метода измерения, ииепцае на взгляд автора хорошие перспективы дальнейшего применения. Проанализированы резонансный и ре-верберационный методы, позволяющие исследовать акустические параметры жидкости на частотах 4 кГц- I МГц.-

Рассмотрены различные разновидности импульсного метода. Указано, что для улучшения метрологических характеристик импульсного метода необходимо дальнейшее изучение влияния дифракционных явле-ений на измерения.

Показана перспективность применения для исследования акустических параметров жидкостей интерферометрического метода, особенно его разновидности - ультразвукового резонатора. Проанализированы основные виды высокодобротных резонаторов, указано, что для уменьшения дифракционных потерь резонаторов наиболее перспективно применение резонаторов с вогнутыми пьезопластинами. Указано на необходимость проведения теоретического исследования потерь энергии колебаний в них, чтобы на основе этого разработать измерительные системы с более высокими метрологическими характеристиками.

2.ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ ИМПУЛЬСНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ

Импульсный метод исследования акустических параметров вещества охватывает очень широкий диапазон частот и для его успешного применения необходимо провести анализ условий возбуждения и приема ультразвуковых сигналов, а следовательно, необходимо знание

электрического и акустического ишеданса пьезопластшш. Используя известное выражение для электрического импеданса пьезошшстшм, нагруженной не среду с обеих сторон, автор получил формулу для электрического импеданса пьезопластшш, нагрузенкой яа среду через контектннй слой. Анализ этой формулы показал, что наличие контактного слоя нарушает кратность резонансных частот пьезопласти-нн, а добротность пьезопластйны, излучающей в линии задерякл через контактный слой, мо^ет достигать несколько сотен. Полученный результат подтвержден экспериментально и показывает, что применяемые в импульсном методе ультразвуковые линии задержки нмеит не пезонанспыг частот»* ukA.zzzz.i'yn™" лпстаточо узкую полосу пропускания и это необходимо учич-ынать njr» мнбоов аарзиотрев**m»iu**«i-ных блоков инпульсного метода. Применение нидкого контактного слоя по сравнению с твердим позволяет на несколько порядков увеличить коэффициент пропускания в линиях задержки.

Широкое применение в технике измерений преобразования акустического сигаала в электрический требует .оценки влияния электрической нагрузки пьезоэлемента на его акустические свойства. Авто-рок была получена Формула для акустического импеданса Ъх электрически нагруженной пьезопластиш, который при ненагрукенкой се второй стороне ю/ыот вид :

Zi = i Z (?e-tg W2 - 1 )/(£ - ctg М) , (ЯЛ)

где к - волновое число материала пьезошшетинн, d - ее толщина, Ъ - р с(а есть акустический импеданс пьезопластшш, а - ее площадь, с4 -скорость ультразвука в ней, р( -плотность, е = £/(1 + + 1-х) , £ = kjVkd , kt- коэффициент электромеханической связи, х = Zg/Xc - комплексное сопротивление электрической нагрузки пьезопластпнн, X - емкостное сопротивление не деформируемой пьезопластйны, 7 = а p,c.,/Z есть отношение акустических ямпедансов. среды, и пьезопластшш, ш - круговая частота. С поиощья фор»?улы (2.1) получены теоретические оценки влияния электрической нагрузки на эффективные добротность и резонансную частоту пьезопластйны.

Наиболее интересным является применение акустического импеданса электрически нагруженной пьезоплястшы для получения и а:гз-лиза коэффициента отражения ультразвуковой волны от пьезопластшш, знание которого необходимо при измерении коэффтщрнта поглощения в импульсном методе, использующем многократные эхо-сигналы. Автором было получено следующее выражение для коэффициента отражения ультразвука от пьезопластйны со слоем : ''

-2-1103

„ я/(7а ~ *) + з2(Тг* ~ 1)

Г = ----—- , (2.2)

+ *) + + 1)

где * = к2Ъ2, к2 и Ь2 - волновое число и толщина слоя, гг -акустическое сопротивление слоя, 72 - отношение акустических сопротивлений слоя и исследуемой среды, = Ъ^а , - определяется по формуле (2.1), а - площадь пьезопластшш. С помощью формулы (2.2) было проанализировано влияние поглощения в слое и пье-зопластинах, а так же электрической нагрузки на величину коэффициента отрагения и показано, что на резонансных частотах он может быть уменьшен в несколько раз.

3.ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИФРАКЦИОННЫХ ЯВЛЕНИИ НА УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Для импульсного метода измерений ультразвуковое дифракционное поле считается близким к полю поршневого излучателя. Исследуя известный дифракционный интеграл для поля поршневого излучателя и используя его приближенное решение, автор получил дифракционные поправочные формулы к ультразвуковым измерениям :

й 4 1 Ада4Г Б°'5.

Ас/с = 0,03б-л7агБ°'5(1 - 0,225 Б05) ; при Б > 4 Адаф= гО ^Б/тс - чс/ЗБ)

Шс№= Л.2 (1/5 - 2/Б2 + я/5Б* )/4аг , где Ас - дифракционное завышение скорости, с - скорость ультразвука, дифракционное затухание, выраженное в дБ, 5 = аЛ/а2, ъ - расстояние расстояние мекду излучателем и приемником ультразвука, X - длина волны ультразвука, а -радиус излучателя. Аналогичные формулы была получены также для измерений, при которых величина Б изменяется от 54 до 52. Полученные формулы по порядку величины хорошо описывают известные в литературе экспериментальные результаты по исследованию дифракции и могут быть использованы дан учета дифракционных ошибок при измерениях.

Для оценок погрешностей импульсного метода на низких частотах диапазона, вызванных дифракцией ультразвукового луча при измерении поглощения, был получен коэффициент дифракционного затухания : а Л = 0,112-Л0" Vй V1. (3.1)

диф

Специальный раздел был посвящен исследованию дифракции ультразвукового луча, проходящего нормально слои сред. Анализ полученного выражения показал, что интеграл, определяющий дифракцию,

является функцией только от обобщенного расстояния. Это позволило проанализировать влияние дифракции на измерения поглощения ультразвука икпульсши методом, использующий линии задержки, а так же методом замещения. Показано, что применение линий задержек позволяет уменьшить дифракционные ошибки в акустической лшши.

Несоответствие результатов теоретического исследования поля поршевого излучателя с некоторыми экспериментальными результатами побудило автора диссертации к теоретическому исследованию дифракционного поля реальной круглой пьезспластиш, имеющей характерный uiaiii? c55c"r?owiHx частот, и исследовать ее дифракционное поле и завшашссть "»фпякциашшх поправок аеа с? пррямвтров системы. Было исследовано дифракционное поле пл край

пьезодиска, которое близко к поло пьезопластшш, вклеенной в отверстие металлического экрана. Используя соответствующие данной задаче граничные условия и решения волнового уравнения, автор получил дая соосных относительно оси а излучающего и приемного пьезодисков с радиусони а выражение для величины U , пропорциональной амплитуде электрического напряжения на приемной пьезоп-

00 со

ластанв: U = У t^Wd^cM^ J T^ln'O.SlyM^-1 , (3.2.)

со

где I = J exp(^xz) J^(x) x- [(v^ - x2)]"^ , ц2 = х2/аг - K2,

о

k2 = k^ - v^/a2, k^ = - x - независимая переменная ,

ko и k - волновые числа для пьезопластшш а жидкости, соответственно, von в vom - есть п -ый и m -ый корки функции Бесселя Jo(x> нулевого порядка, 7nmcos l'Vmd + i-sin knmd ,

Tnm = pknm/pok, p и po - плотности пьезопластшш и жидкости.

Для вычислений по формуле (3.2) была создана программа рас-счетов на персональном компьютере, в результате выполнения которой находилось комплексное значение несобственных интегралов, а затем их сумм по п и та . На основании полученных данных в зависимости от параметров ka , S , f , f/io находилось дифракционное затухание А и дифракционное завышение скорости. Величина k/kQ принималась равной 4, а отношение акустических сопротивлений среда и пьезопластшш равным 0,1. Результаты расчетов зависимости величины А = 201g(Uo/U) в дБ от S при различных значениях ka показаны на рис.1. Расчеты показали, что с точностью 0,1% при ka = 3000 эта зависимость согласуется с аналогичной зависимостью для поля поршневого излучателя, т.е. низкодобротная защемленная пьезопластина колеблется как поршенвой излуча-

Рис.1. Зависимость дифракционного эатухания. от. обобщенного расстояния.

тель. С уменьшением ка наблюдается значительное отличие зависимости А. от S в области значекгй S < 2 , происходит смеще-:гле ишлиуыов и максимумов кривой, что можно объяснить уменьшением эффективного радиуса пьезопластиш, а полученные результата использовать для более точного учета дифракционных явлений в .эксперименте .

Результаты исследования показали, .что при значительной добротности пьезодвсна, например при работе со средагш с калым зкус-тическпм сопротивлением (газы), вид кривой зависят от величины с - tKaT'w , ».с. добротности Q приводит к соответ-

ствующему уменьвшкгз значащий ка , я _

к существенному отклонению дифракционного поля от поля ио^гсБсгс излучателя.

Формула (3.2) позволила так ze проанализировать зависимость дифпоправок от величины расстройки частоты возбугдения пьезодиска v = t/io , где fo - фундаментальная частота пьезопластины, что в принципе невозможно для поля поршневого излучателя. Было получено,

что амплитуда ссетлляций в зависимости, от S значительно

возрастает л прп увеличении v может увеличиться ка порядок, при уменьшении v - осцилляции уменьшаются. РСроме того показано, что величина ге - (v - i)(ka)2 = const определяет семейство одинаковых кривых.

Е интерферометре ультразвуковой луч испытывает многократную дифракцию при отраяешях от пьезопластзн, а следовательно, дифракционное поле и дич«оправки в rorrep$epo?i8Tpe долвнн существенно отличаться от дифракционного поля п дафпоправок для поршневого тслуч»т9ля. Это потверндают экспериментальные исследования даф-рзкциотгных язлоний в ультразвуковом резонаторе, провиденные автором. Несмотря на то, что для импульсного метода и для интерферометра дифракционные поправки имеют один и тот же порядок, их функциональные зависимости от S существенно различаются и использование одних а тех ш поправок, как это обычно делается для обеих методов измерения, неправомерно. Используя результата теоретических работ Вайнштейна Л.А. по дифракции в резонаторах, автор получил простые поправочные формулы, хорошо списывающие дифракционные потери в резонаторе с плоскими пьезопластшами :

1/Q„ = 0,0482-Х2'SL°'5(1 - 0,5-S°'=)/a%

' (3.3)

Дс/с = 0,0733- (Я/а)г(1 - 0,328-S°'°) , .

где -добротность колебаний в резонаторе, определяемая только

3 1108

дифракционными потерями, ¿с - дифракционное завышение скорости ультразвука, Б = 1Л/аг есть обобщенное расстояние мевду пьезо-пластинаш , X -длина волны ультразвука, а - радаус пьезопластин. Так как низкочастотные потери в резонаторе являются в основном -дифракционными, то эти формулы можно использовать для прямого учета дифракционных потерь в резонаторе, иинуя использование эталонных жидкостей.

На основе формул (3.3) были так же получены формулы для интерферометра с переменным расстоянием.

4. ИСЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ УЛЬТРАЗВУКОВОГО РЕЗОНАТОРА С ПЛОСКИМИ ПЬЕЗОПЛАСТИНАШ

Автором было показано, что основные расчетные формулы, применяемые при измерении акустических характеристик жидкостей в резонаторе, 'справедливы лишь для идеального резонатора.

Далее автор получил выражение для электрического импеданса одномерного резонатора и показал, что анализируя его, можно получить обобщенное резонансное условие как для четных, так и для нечетных колебаний в резонаторе. На резонансных частотах электрический импеданс имеет вид: Ът = (1/1шСо)[1 + 6] , (4.1) где 9 = 8т) к^0 е1п*(1с1/21о)/1(к1й)г , Со - емкость пье&Ъпласти-1Ш, 0 - добротность резонатора, ш = 2%1, I - частота, 1а = с1/2й, \ - коэффициент электромеханической связи, т] - коэффициент соко-лебаняй пьезопластин, в дальнейшем рассмотренный подробно в формуле (4.3), \ , й и с4 - волновое число, толщина и скорость ультразвука для пьезопластпны, соответственно, у - отношение акустического сопротивления жидкости и пьезопластин. Из выражения (4.1) видно, что электрический импеданс резонатора складывается из емкостного сопротивления недеформируецой пьезопластпны и импеданса Ъ& , вносимого движением пьезопластины. Как показывает анализ, величина на низких и высоких частотах диапазона резонатора значительно меньше емкостного сопротивления пьезопластины, поэтому лишь малая часть электрического напряжения генератора связана с возбуждением механических колебаний и при работе на этих частотах можно использовать достаточно высокое электрическое напряжение возбуждения.

Теоретическое исследование влияния спектра собственных частот на измерение акустических параметров в ультразвуковом резонаторе показало, что наличие неосновных резонансных пиков малой ам-

шштуды, которые связаны с колебаниями, имеющими более высокое значение радиального волнового числа и названные саталлэташ, приводит к дополнительному уширеншэ резонансных шзков, з значит и к ошибкам при измерения. Теоретически полученное завышезше поглощения достигает до 12% и его в принципе невозможно исключить за счет использования эталонных жидкостей. Экспериментальная проверка подтвердила наличке сателлитов, причем реальное завышение, оцененное по эталонным яидкостяи, достигало до 25%. Как показал да-«шкейший анализ, влияние сателлитов на измерения мояно на порядок уменьшить, если выполнять радиусы внешних электродов at а аг мвккааш, чт радиусы » . причем согласно условию

а /а = 0,704 и аг/а - 0,331. При отом яиплитудц 1-го п н-ro сателлитов близзш к нулю, a вклады остальных сателлитов являются знакопеременными и значительно компенсируют друг друга, их влияние на измерения становиться меньше 1%.

На основе использования соответствующих граничных условий была получена амплитудно-частотная характеристика одномерного ультразвукового жидкостного резонатора, вмещая вид:

US = (2hzD7/lílcD)eíri*(k4d/2)/AS , (4.2)

где И5-ашлитуда электрического напряжения, возникавдего на приемной пьезопластшш при отсутствии электрической нагрузки, h -пьезоэлектрическая постоянная, D - амплитуда электрической индукции в возбуждаемой пьезопластине, 7 = p2c2/pici , cD - модуль упругости пьезопластйны при постоянном D , с> и с - скорости ультразвука в пьезопластинах и кидкости, р4 и р2 - плотности пьезопластин и кидкости, соответственно, А = sin kd-sin к2Ь -- 7*сов к^-сов кгЬ , S = sin k^cos k2L + 7' eos k^ sin k„L , k? и 2L - волновое число и толщина слоя для жидкости. При резонансе выражение (4.2) имеет вид : |U/Uo| = 66/(1 + 0), где У -амплитуда электрического напряжения, снимаемого с приемной пьезопластйны, Uo - амплитуда возбуждающего напряжения, в определяется формулой (4.1), б = Z /(Z + 1/1соСо) есть коэффициент передачи по напряжению из акустической цепи в электрическую, Z - комплексное сопротивление электрической нагрузки . Из полученной формулы следует, что выходное наряжение всегда меньше возбуждающего.

Для одномерного резонатора потери энергии в пьезопластинах оказывают существенное влияние на измеренные акустические параметры. Используя полученную выше амплитудно-частотную характеристику, автор получил простую поправочную формулу, с помощью которой

нокно было легко оценить и учесть влияние любых потерь энергии в пьезопластинах на результаты ультразвуковых измерений:

<Г* = О^р + 3^(0/8^3/(1 + ат}) , (4.3)

где а = сгй/сЪ , т)~1 = усоБ\й + 7"1в1пгК1(1 , (4.4)

к4<1 = тш)/ша , - круговая фундаментальная частота пьезопластин, <31 - добротность пьезопластин, Сг - добротность жидкости. Величину т] назовем коэффициентом соколебашй, который равен отношению интенсивности ультразвуковых волн в пьезопластинах к интенсивности ультразвуковых волн в жидкости. Величина т) является периодической функцией частоты. На частотах близких к шп = шоп (п = = 0,1,2,...) при 7 = 0,1 величина т] = 10 , интенсивность волн в пьезопластинах в 10 раз больше, чем в жидкости, потери в пьезопластинах значительны. Между частотами шп интенсивность волн в пьезопластинах на порядок меньше, чем в жидкости, а следовательно потери пьезопластин невелики. Благоприятная для измерений область частот, в пределах которой т] = 0,1 - 0,3 , определяется неравенством п + 0,2 £ ш/шо 5 п + 0,8 .

Формула (4.3) позволяет в случае необходимости получить истинное затухание в жидкости на резонансных частотах пьезопластин. С помощью формулы (4.3) были проведены оценки влияния потерь в пьезопластинах на результаты измерений поглощения ультразвука с использованием эталонной жидкости. Была получена специальная формула для соответствующих оценок и с помощью ее показано, что использование эталонной жидкости при измерениях позволяет существенно уменьшить погрешность измерений, связанную с потерями энергии в пьезопластинах, которая будет минимальна, если эталонная жидкость будет иметь не только скорость, но и плотность, близкую к плотности исследуемой жидкости. При значительном отличии импедан-сов эталонной и исследуемой жидкости погрешность измерений можно учесть с помощью полученных автором формул.

Автором была проведена оценка потерь энергии пьезошгастинами одномерного резонатора на излучение в воздух. С помощью соответствующих граничных условий были , найдены решения волновых уравнений и получена формула для потерь резонатора, связанных с излучением в воздух 1/0изл= 47от]/тт, где 7о - отношение акустических со-, протавлений воздуха и пьезопластины, п - число полуволн в падкости, 1} - коэффициент соколебашй (формула 4.4), С5изл-добротность резонатора при наличии потерь только на излучение пьезопластин в воздух. Из полученной формулы видно, что потери резонатора на из-

¡учение в воздух могут быть на два порядка меньше, чем были бы ютери аналогичного слоя жидкости без пьезопластин. Это связано с шлостью величин 7 и т^ . С физической точки зрения это объяс-гяется тем, что пьезопластиш играют роль сильно отражающего чет-(ертьволнового слоя, сильно уменьшающего поток звуковой энергии в юздух. Расчеты показывают, что потерн могут быть существенными шшь на низких частотах диапазона резонаторов,, но обычно достаточно малы и при измерениях их монно не учитывать.

к .иггжяование физических основ ультразвукового РЕЗОНАТОРА

с богнуядм 1

Малые дифракционные потери в резонаторах с нох-а^тх.^: пьеяо-[реобразователями способствовали их широкому распространению для [сследования акустических параметров жидких сред. Однако закон-гость их применения для исследования акустических параметров сред Требует теоретического обоснования. Автором был рассмотрен идеа-ъный ультразвуковой резонатор с вогнутыми пьезопреобразователя-и. Используя теоретические результаты для открытых резонаторов, штор получил выражение для амплитуды сигнала на приемном пьезо-¡реобразователе в виде:

со

ф = -(уос1/х2)-У рп(х1)рп(хг)/(7п51п 2Ш , (5.1)

п- о

■до - амплитуда колебательной скорости на поверхности возбуж-[аеного пьезопреобразователя, связазшая с возбуждающей силой, ;г - - Ь), 2Ь - расстояние ыезду осевыми точками пьезопреоб-тзователей, К - радиус их внутренних поверхностей, х = кйр2, х( [ хг - параметры, определяющие диаыетр внешних электродов пьезо-реобразователей , р = агс51пС (ИГ°'5а1, к - волновое число идкости, 2а - диаметр пьезопреобразователей, =

= /ехр(-х/2)Ьп(х)йх/п! , Ьп(х) - полином Лаггера степени п, 7 =

о

; к^с! , к^ = к - (2п + 1)а/Ь, а = агсБ1п(1/Н)°'5, п - целое число. • юрмула (5.1) описывает амплитудно-частотную характеристику резо-атора, в которой значения Рп(х) определяют амплитуду составля»-их спектра, а значения Ле кЬ = щ/2 + (2п +1)о - частотный спектр колебаний, где числа я = 1,2,3,... при п = 0 определяют ос-:овные пики, используемые для измерений, а при п > 0 - сателлиты, аражение (5.1) с точностью до постоянного сомножителя совпадает аналогичным выражением для идеального резонатора с плоскими пье-опластинаии.поэтому все расчетные соотношения применяемые для

,4-1Ю8

определения коэффициента поглощения в нем, будут справедливы и для резонатора с вогнутыми пьезопреобразователяш. Значение скорости ультразвука, необходимое при расчете коэффициента поглощения, следует находить по формуле, учитывающей за счет параметра а кривизну поверхностей: с = + 2о/%) .

В резонаторе с вогнутыми пьезопреобразователями сателлиты имеют такую ке амплитуду, как и основной пик, и измерения вблизи резонансной частоты пьезонреобразователей просто невозможны из-за высокой спектральной плотности частот. В данном разделе было проведено исследование зависимости амплитуды резонансных пиков, которая определяется выражением (5.1), от условий возбуждения и приема колебаний в резонаторе. Для анализа величину •у(х1)^(хг), где ^(х) = Рп(х)/То(х) , рассматривали как относительную амплитуду сателлитов по сравнению с основным пиком. Величина у(х) для различных значений х , как функция от п , была рассчитана по формуле (5,1) с помощью ЭВМ. Было показано, что в области значений 1 £ х £ 10 амплитуда сателлитов резко уменьшаются, происходит аномальное уменьшение спектральной плотности частот резонатора. Экспериментальная проверка подтвердила теоретические результаты. Исследованное явление позволило за счет выбора диаметра электродов пьезонреобразователей резонатора по формуле а2 = = хА,(ЬН)°'э/2%, где 1 < х < < 10, максимально уменьшить амплитуду сателлитов, причем существенно увеличить амплитуду основных пиков. Были даны разнообразные рекомендации для выбора диаметра электродов резонаторов, имеющих специфические метрологические задачи.

Автором было проведено широкое экспериментальное исследование механизма потерь в резонаторах. Малые дифракционные потери в таких резонаторах связаны с тем, что колебательная энергия в них концентрируется к оси симметрии системы, экспоненциально спадая в радиальном направлении. С точки зрения геометрической оптики лучи, составляющие малый угол с нормалью к поверхности после многократных отражений от пьезопластин возвращаются обратно к оси резонатора. При этом геометрические поверхности, которых касаются лучи, максимально удаленные от оси, являются каустическими и за их пределы лучи не попадают. Особо добротные колебания в резонаторе возникают, если радиус каустики более, чем в е раз меньше радиуса пьезопластины. С учетом этого граничная частота высокодобротных колебаний определится по формуле £ = 1,66 -с(ЬК)°'5/а2, . (5.2)

где с - скорость ультразвука в жидкости, И - радиус кривизны пьезопреобразователей, 2Ь - расстояние между ними. Из формулы (5.2) еидно, что решающее значение для понижения рабочей частоты резонатора имеет увеличение диаметра пьезопреобразователей. С этой цель» был изготовлен резонатор с диаметром пьезопластин из кристаллического кварца 2а - 150 мм, 2Ь = 15 мм, К = 1100 мм. Метрологические возможности различных ультразвуковых методов исследования релаксационных процессов в жидкостях в существенной мере зависят от собственной добротности измерительной камеры йо, которую бы она имела при заполнении ее непоглощащей жидкостью. Величину Яа легко оарийетгь, гнчдемя из общих потерь колебательной энергии потери на поглощсзгпс э »идкости, по формуле -= - ас), где ¡3 - измеренный коэффициент затухания ультра-

звука в акустической камере с исследуемой жидкостью, 1 - частота, а и с - коэффициент поглощения и скорость ультразвука в жидкости. По аналогии с подобными резонаторами для электромагнитных волн величина собственной добротности резонатора ожидалась порядка 106 , а £ = 60 кГц. Экспериментально было получено <Зо = = 105 и ^ ^ 400 кГц. Такое различие в собственных потерях колебательной энергии можно было объяснить дополнительными потерями, связанными с колебанием пьезопластин. С этой целью были проведены исследования с резонаторами, имеющими одинаковые диаметры вогнутых пьезопреобразователей 2а = 30мм и различные расстояния между ниш 2Ь = 4 -г 30 мм. С увеличением расстояния потери уменьшились на порядок, хотя согласно формуле (5.2) дифракционные потери при этом должны только увеличиваться. Данный результат указывает на сильное влияние собственных колебаний пьезопластин на потери в резонаторе. Стоячая волна в резонаторе есть результат многократного отражения гауссова пучка между пьезопреобразователяия, который распространяясь в жидкости и преломляясь на границе, должен и в пьезопластине так же распространяться в виде гауссова пучка. При этом волновой фронт пучка по мере его распространения изменяет свою кривизну. Это привело автора диссертации к мысли о том, что для получения меньших потерь в резонаторе пьезопреобразова-тель необходимо выполнять в виде пьезолинз с существенно различными радиусами кривизны. Были изготовлены резонаторы с одинаковыми 2а , 2Ь , но с различными радиусами кривизны внутренней и внешней поверхностей. Результаты измерений показали, что на низ-

5-110»

ких частотах диапазона измерений такие резонаторы имеют втрое меньшие потери, чем резонаторы с одинаковыми радиусами кривизны. Это экспериментально доказало, что применение пьезолинз способствовало уменьшению собственных потерь в резонаторе. Результаты исследований так же показали, что кривизна пьезолинз слабо влияет на собственные потери в резонаторе и существует оптимальное значение кривизны пьезолинз, т.к. при слишком большой их кривизне волновые фронты гауссова пучка должны существенно отличаться от сферической формы, которую имеют пьезолинзы, и возникает сложное движение пьезопластин, связанное с значительными потерями колебательной энергии. Описанные резонаторы автор диссертации отнес к ' типу рассогласованных резонаторов, которые тем не менее могут с успехом использоваться при исследовании сильно поглощаюпрх жидкостей, так как при малых Ь имеют большой частотный интервал между пиками резонатора.

Проведя теоретические расчеты для резонаторов, автор показал, что синфазность колебании: поверхностей пьезолинз будет выполняться, если параметры резонатора будут удовлетворять условиям: Я/^ = 1 + (2И/Ь2)(с/с2)г(1 - 1/21*2), ЬгКг = (с/сг)гаг/б, где с4 и сг - скорость ультразвука в пьезолинзе (вдоль оси симметрии) и в жидкости, соответственно, Ь - толщина пьезолинз в центре, б = 1 - Ьуъ. , - толщина края линзы, В^ и Кг -радиусы кривизны внешней и внутренней поверхностей пьезолинз. Резонатор, рассчитанный по этим формулам, называется согласованным, а с параметрами, отличающимися от него - рассогласованным.

Ультразвуковой резонатор (рис.2) состоял из титанового полого цилиндра 1, имеющего прецизионно выполненные специальные проточки 2, в которые вставлялись линзы 3 из монокристалла кварца х - среза и приклеивались химически инертным герметикой. При исследованиях свыше 1 МГц измерялась ширина резонансного пика &.£ на уровне 0,5 интенсивности, на частотах ниже 1 МГц для определения затухания измерялось время спада свободных колебаний в резонаторе 1 , в течении которого амплитуда затухающих колебаний уменьшалась в е раз.

Диапазон частот от 70 кГц до 20 МГц перекрывался несколькими однотипными резонаторами различных размеров (Таб.1).

вд-8

Рис.2. Схема ультразвукового резонатора: I -цилиндрический корпус, 2 - пьезолинзы, 3 - исследуемая жидкость, 4 - трубка для заливки жидкости, 5 и 6 -корпус те-рмостатирующей рубашки, 7 -контактные проводники, 8 - винты, 9 -трубки для ввода термостатирующей жидкости.

Таблица I

Параметры ультразуковых резонаторов

Резонаторы Объем, мл Диаметр, мм R^.hm йг,мм 21>г ,ММ ia,МГЦ

* 8 1900 155 -2460 1160 101,4 1.0

Я 9 92 45 -282 160 61 2,5

Л 10 20 38 -461 220 20 4,5

К II 0,6 10 -75 50 7,5 20

Собственная добротность резонаторов для частот свыше irp достигает значений <2о = (1+2)10б , что на порядок превышает возможности известных методов измерения и позволяет исследовать поглощение ультразвука в жидкостях, недоступное ранее для исследования. Для выяснения измерительных возможностей вышеописанных резонаторов было проведено исследование поглощения ультразвука в ряде жидкостей, в которых реверберационным методом были обнаружены релаксационные процессы на частотах ниже 1 МГц: толуол, бутиловый и изобутиловый спирты. Однако низкочастотное поглощение оказалось на порядок и более меньшим, чем в этих работах, т.е. низкочастотные релаксационные процессы, обнаруженные реверберационным методом не подтвердались, величина a/f2 = const. Это расхождение можно объяснить неточностью методик учета потерь колебательной энергии в реверберационных методах измерения.

Малая величина погрешности измерений в резонаторе для f > irp по сравнению с другими методами может позволить в перспективе довести точность измерений поглощения до

6.ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА И ЕЕ ДИСПЕРСИИ В ЖИДКОСТЯХ

Исследование скорости ультразвука в жидкостях имеет самостоятельный интерес в молекулярной акустике, как метод определения их адиабатической сжимаемости. Измерение дисперсии скорости ультразвука, позволяют определить релаксационные параметры жидкости.

Метрологические возможности различных методов зависят от точности фиксации отсчета при измерении скорости ультразвука, которую автор теоретически оценил для наиболее зарекомендовавших себя методов. Задавшись точностью фиксации амплитуды или фазы сигнала, равной 0,01 , автор получил простую формулу, давдую погрешность

измерения скорости Ас , зависящую только от точности фиксации отсчета, для всех известных методов : Дс/с = т^/в , где б - добротность исследуемой жидкости. Величина т^ для всех методов, использующих отсчет, связанный с фазой сигнала, составляет 0,002+ <-0,01. При использовании отсчета по максимуму амплитуды сигнала величина т^ на порядок больше.

Полученные результаты позволили оценить перспективы точных измерений дисперсии скорости ультразвука. Получена специальная формула, из которой следует, что если релаксационная часть веда-чины а/£* на порядок больше ее остаточной части, не связанной с релаксацио!£К!Ш процессом, то в принципе точность измерение дисперсии может достигать 0,2% , что на порядок точнее, чем релаксационных параметров с помощью поглощения ультразвука. Слизко такая точность ограничивается на низких частотах наличием дифракционных ошибок, неточностью измерений расстояния или перемещения, температурной нестабильностью жидкостей. В резонаторах в силу простоты температурной стабилизации и высокой точности отсчета частоты резонансов есть принципиальная возможность проводить точные измерения дисперсии скорости.

С целью повышения точности измерений скорости ультразвука и ее дисперсии были получены резонансные условия для резонатора с плоскими пьезопластинами, учитывающие дифракционные эффекты:

= 1ь(п + 2р2 + 6/1С + бэ/1С) , (6.1)

где 1п - резонансные частоты, п - номер резонансного пика, =

= аг^^^Ос^ - )] (1 = 1,3), к^ = %Ша1 , к. ,

, Ь± и 1а1 - волновое число, плотность, толщина, и фундаментальная 1-го слоя вещества, соответственно, = с/2Ь2, 7гХ = = 7(1 - %р1/к1Ъ1)/(1 - тир2/к2Ь) , Ъ2 - толщина слоя жидкости,

Р1 = Ст£/и:)-Иа(Ма + 2р)/[(МА + |3)г + рг]г, И. = 2а(к1Л)1 )°'3 ,

Т = РЛ/РЛ ■ 3 ~ РАДИУС пьезопластин, р = 0,824 , = 2,405.

С помощью полученных резонансных условий были обработаны экспериментальные данные для резонансных частот путем минимизация

м

величины Б = е (1 - £п)г по специальной программе на ЭБИ и най-

п=т

дены все параметры, входящие в формулу (6.1), где -га и И - инициальное и максимальное значение из измеренных ноиеров резонансных пиков. Для 46 значений среднеквадратичное отклонение измеренных частот от вычисленных по формуле (6.1) было порядка 10'л.

Аналогичные результаты были получены для друлы жидкостей. Определив параметры 1а1 , 1о1 и Ь по эталонной жидкости и измерив спектр частот в исследуемой, можно с хорошей точностью определить параметры и 7 , а значит сир для исследуемой жидкости.

С целью прецизионного измерения дисперсии скорости ультразвука были получены резонансные условия для согласованного ультразвукового резонатора с пьезолинзами, который имеет на несколько порядков меньшие дифракционные поправки. Спектр получаемых частот определяется по формуле: I = + (61 + б2 + 5э)/я], (6.2)

где б2 = 2агс81п /Ь/Кг , = аг^^.^Дф;. ) , 1 = 1,3,

тгА= 7Р - " Ст ■ аз = 1 " №Л>~*«УЬ "

- I)0'5 , дф. = к^ - агсгй/ Ъ. (1Г1- И"1) , 2Ь - расстояние между центрами внутренних поверхностей пьезопластин, и Ьэ -толщина пьезолинз в их центре, ^ и Лг - радиусы внешней и внутренней поверхностей пьезопластин, 7 - отношение акустических сопротивлений для жидкости и пьезопластин, к4 и кг - волновые числа для пьезопластин и жидкости. Измерив экспериментально спектр частот резонатора и используя метод наименьших квадратов, с помощью выражения (6.2) можно получить основные параметры резонатора.

Экспериментальное исключение температурной нестабильности исследуемой жидкости было достигнуто в резонаторе за счет практически одновременного измерения двух резонансных частот, одна из которых является опорной, с последующим пересчетом всех измеренных частот относительно среднего значения частоты опорного резонанса. При таком пересчете различные серии измерений совпадали с точностью 10~б и температурная нестабильность исключалась. Для пересчитанных значений частот £п путем минимизации величины

м

Б = е (1 - 1п)2 о помощью ЭВМ удается получить все параметры,

входящие в формулу (6.2) расчетным путем, Чтобы учесть небольшие поправки на дифракию, параметры в формуле (6.2) представлялись в виде: 71 = 7(1 - - р/!2) , 1 = 1, 3 , Аф; = а^ - а^ , Афз = аэТ - а4а5 , ао = 1 - а/1 , где дифракционные и другие эффекты учитываются параметрами Р2, ав . Предварительно все основные параметры, входящие в расчетную формулу, определялись теоретически. Затем подгонялись по очереди основные параметры , а« » аг « аэ » а*' Т • Р» • -Рз таким образом, чтобы Б было минимально. Этот цикл многократно повторялся до тех пор, пока в пределе не получались малоизменяющиеся через цикл значения иско-

I - 23 -

мах параметров. Затеи в цикл вводились параметры рг, с^, аа в цикл повторялся. После такой обработан на ЭЕМ зкспераиентальныг данных для воды были получены II параметров, с помощью которых иохно описать спектр частот для резонатора й8. Для 194-х значений 1п среднеквадратичное отклонение язнерешгых частот от вычисленных по фор15уле (6.2) было равно 3-Ю"5, а еслп йз принимать внимание несколько существенно выпадавдих паков, то отклонение разно Ю"5 . Это подтверждает справедливость полученных резонансных условий и указьпает на возможность измерения дисперсия -»лрп^фи ультразвука в диапазоне частот 0,07-20 !Л7д с пскоць» ультр5??ун0выг розокптором о Т*2 СМ/С.

Аналогичные результаты орли получен" >■■ резокатсраг.'я .-••< и »II. Измерив, по эталонным аидкостян основные параметры резонаторов легко рассчитать по спектру резонансных частот для любой не-релаксирующей жидкости величины и 7 .

Если жидкость имеет дисперсию скорости ультразвука, то для учета одиночного релаксационного процесса и расчета дисперсии скорости ультразвука величины я у представляли в виде : =•

- 1ьо9 , т = то0 , 9 = [1 + 5с/ (1 + г* /£*)], где Сс = Дст/со,

с I и т - значение с , 1 и 7 пса 1 « 1 , соответс-

о , ьо 'о ь 1 т

твекно, с - скорость ультразвука а годкостн, Лст - максимальная величина дисперсии скорости для асследуеного релаксационного процесса, 1>п - частота релаксации. Затем как и раньше поочередно для параметров £ о, Аст , I , 7о находился минимум величины 3. Данная методика расчетов позволяла непосредственно по измерению частотного спектра резонатора находить релаксационное параметры жидкостей. Результаты определения параметров релаксационных процессов по измерению дисперсии скорости а измерению коэффициента поглощения дает практически одинаковые результата. Например, для 0,65 М раствора Со50д в воде при 21°0 подучены Ос = 5,72 10а 1т = 602 кГц. Так как измерение дисперсии скорости для одного резонатора можно проведать в более широком спектре частот, то ис-зледоваше релаксационных процессов с помощью нзизрення дисперсии может быть в метрологическом отношении более выгодным.

7.ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ РЕВКРБЕРДЩТОННОГО (МЕТОДА

ИЗМЕРЕНИЯ

Проверка с помощью прецизионных методов измерения известных

результатов по исследованию релаксационных процессов в жидкостях, полученных реверберационными методами, показала значительную ненадежность этих результатов. Например, ультразвуковая релаксация в глицерине и триэтаноламине на частотах ниже I МГц не была обнаружена. Автор провел исследование физических основ реверберацион-ного метода экспериментально и теоретически. Как показало исследование конфигурации звукового поля в реверберационной колбе с помощью специальных зондов, чистые радиальные колебания в ней никогда не возбуждаются, а резонансные колебания создаются лучами, имеющими значительный угол с нормалью к поверхности колбы. Это означает, что потери на трение у стенок могут иметь решающее значение на величину коэффициента затухания реверберационного сосуда. Эти потери с хорошим приближением можно рассчитать по формуле <\ = 1,5-71(1с1г1/р)0'5/гс , где г} и р - коэффициент вязкости и плотность исследуемой жидкости, с -скорость ультразвука в ней, 1-частота ультразвука, г -радиус колбы, 7Ь = где V и уъ -

колебательная скорость частиц в жидкости и ее тангенциальная составляющая на границе. С помощью этой формулы для т^ = 1, г = = 0,05 м была рассчитана величина а/!2 для глицерина и триэта-нолаыана. Полученные данные по порядку величины хорошо коррелируют с избыточным поглощением в этих жидкостях.

Обычно акустические потери в материале стенок и в исследуемой жидкости являются сравнимыми. Чтобы их уменьшить, ревербера-ционный сосуд выполняют из очень тонкого эластичного материала (резина и т.д.). При этом уменьшаются потери, связанные с поглощением в материале стенок и потери на трение у стенок. В ревербе-рационных сосудах с жесткими стенками на низких частотах диапазона измерений коэффициент соколебаний достигает 10 , что на порядок увеличивает потери стенок.

На основе формул, полученных в разделе 4, автор оценил потери энергии на излучение реверберационным сосудом в воздух. Наибольшими потерями обладают эластичные сосуды при атмосферном давлении (0 = 3000). В сосудах с твердой оболочкой эти потери на высоких частотах диапазона измерений на 2 порядка меньше, но на низких частотах приближаются к потерям сосудов с эластичной оболочкой

Сосуды с эластичной оболочкой имеют существенно меньшие суммарные потери и значительно большую надежность измерений. Особенно перспективно для измерений коэффициента поглощения ультразвука

на частотах .ниже 50-100 кГц использовать резонансные колебания эластичных сосудов, применяя для уменьшения потерь на излучение в

воздух неполное вакуу^рованпе по^рятеяьной камеры и исключая зти потери методом экстраполяции.

0. НИЗКОЧАСТОТНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ РЕЛАКСМЩИ В СЖБОПОГДШ'ОТШ

здких средах.

Прецизионная ультразвуковая спектроскопая на частотах свыше 50-100 кГц псзволяот уверенно исслелопзть релаксацаонкао прогзе-

ш, Амп недоступны для измерений ши релаксацион-

ные параштри которых

8.1. Конформадаоюше переходы иоле ¡су л

Исследование некоторых конфорнационных переходов молекул методами ультразвуковой спектроскопии на шзких частотах имеет ванное значение для получения или уточнения их термодинамических характеристик. Автором были проведены исследования таких переходов г; прогтилттюрмиатэ, бутилформиате, фурфуроле, даклогексаноле. Измерения били выполнена реаопзторнш и кчпуяыязш ггстсдгня ».диапазоне частот 70-150 кГц.

Релаксационный процесс в формяатэх связан с вращением зфир-ной группы молекул вокруг частично двойной связи С-0 и сушзот-вованпем дзух устойчивых состояний поворотных азснеров, пзлевдм разность энтальпий АНо . Измерения различных авторов даю? значительный разброс (в 4 разе > релаксационных параметров для бутил- л пропидформиатоз. Исследование форыиатов с помощью прециэшяшсЗ ультразвуковой спектроскопии позволило уточнить эта аэркнетры, указать на причины оаао'ок прз^дт^цях !.*ч?ояор исследования на низких частотах. Релаксациошше ц термодинамические параметры фэргжа-тов показаны в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Релаксационные и термодинамические параметры формиатов

Веще- Темпера- АЮ1? ЛНо АН2 <

ство тура, °К м^с1 КГЦ кДк /моль Дж/СмсльК)

Пропил- 293 203000 101 14,6 39,6 3,6 -0,57

формиат 313 125000 252

323 89100 386

343 40300 1030

Бутил- 293 182000 95 15,4 40,1 3,23 -1,7

формиат 323 51200 451

353 18100 1685

Анализ полученных и литературных данных по метил- и этилформиатам показывает, что не наблюдается существенного изменения частоты релаксации 1г от номера гомолога. Значения ДН0 для пропил- и бу-тилформиатов в пределах ошибки эксперимента совпадают и близки к значениям для метил- и этилформиатов, полученных раньше импульсным методом при высоких температурах. Значения АНо и ДН2 , полученные в литературе с помощью реверберационного метода, имеют заниженные значения. Малое изменение АН и АН в зависимости от

О 2

номера гомолога указывает на малое влияние длины алкильной группы на внутреннее вращение молекул формиатов.

С появлением прецизионной низкочастотной ультразвуковой техники появилась возможность надежно измерить релаксационные и термодинамические параметры конформационного перехода в фурфуроле. В молекуле фурфурола альдегидная группа вращается относительно частично двойной связи С-С , происходит конформационный переход между цис- и транссостояниями. Результаты измерений для различных температур показывают, что выше 0,5 МГц.экспериментальные кривые очень близки. Значительное различие проявляется на частотах ниже 0,5 МГц. Результаты измерения релаксационных и термодинамических параметры фурфурола показаны в таб.8.2 .

Таблица 8.2

Релаксационные и термодинамические параметры фурфурола

Температура,0« А-101? кгц ВЮ1? m'V шг <4 <

кДя/моль Да/(коль К)

313 14550 118 98 -16,0 45,3 16 10.5

323 6265 205 93

333 3246 295 81

343 1363 494 76

Ультразвуковые измерения дают значение ДН0 а несколько раз большое, чем янячькил тгттяда Физическими методами. Наде-аность последних однако гссьмг не«моока при заселенности г^мыт z более высокой энергией, в фурфуроле составляющей лиеь дота g. дола результаты других методов верны, то полученное значение АНо может быть связана с иной природой акустической релаксации в фурфуроле, например, с образованием и разрывом водородных связей при конформационном переходе или между молекулами.

Молекулы циклогексанола могут иметь две формы: "кресла" с экваториальным расположением гидроксильной группы и "скошенная занна" с аксиальной гидроксильной группой. Конформационныс перехода между ними обуславливают в циклогексаноле акустическую релаксацию. Существующие работы по циклогексаноду давт значительное расхождение как его релаксационных, так и термодинамических параметров. Для уточнения этих параметров были проведены акустические исследования циклогексанола. Результаты исследований приведены в таб.8.3.

Таблица 8.3

Релаксационные и термодинамические параметры циклогексанола

Температура, °К A IO'Ï м-'с2 кГц В-101® И1 с2 дно днг AS:

кДа/моль Да/(моль - К)

303 373000 55 613 -5,68 47 28,3 14,3

313 210000 99 423

323 103600 180 296

323 52900 315 260

Так как циклогексанол мало растворим в водэ, то исследовался 1,4% его раствор. Несмотря на то, что поглощение з сизса кзло, низкочастотная спектроскопия позволяет уверенно исследовать рала-

ксационный процесс. Измерения показали, что при растворении цик-логексанола в воде частота релаксации увеличивается всего на 30%.

8.2. Акустические спектры водных растворов поверхностно-активных веществ.

Экспериментальные исследования кинетики водных растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) в микрогетерогенном состоянии представляют большой практический интерес, поскольку с ней связаны основные полезные свойства данных систем. Акустически наблвда-еыын является одиночный релаксационный процесс, связанный со входом и выходом мономера ПАВ из мицелл, состоящих из нескольких десятков мономеров. Экспериментально исследовались акустические спектры растворов н-октилбензол-сульфоната натрия (ОБС) и децил-сульфоната натрия (ДСП) в интервале частот от 60 кГц до 6 МГц.

В рамках теории Аниансона обработка экспериментальных данных была проведена с помощью уравнений : цтах = А-0(1 -В'С)Г7(1 + + <//¡59), 2%1р = к/о2 + к_/юв , где цтах- максимальное значение поглощения, приходящееся на длину волны, 1р - частота релаксации, А = щ>иг(&У3)го/2Ш , 6 = с/с- 1 , с4 и с - концентрация мономеров и полная концентрация молекул ПАВ, соответственно, константа скорости диссоциации, га и о - число агрегации и дисперсия ыицеллярного размера, соответственно, цтах= Мри/2 , ДУ5 -изменение объема в результате обменного процесса, р - плотность раствора, Т - температура, И - универсальная газовая постоянная, и - скорость ультразвука, I) - постоянный коэффициент. Результаты обработки ультразвуковых измерений показаны в таб.8.4.

Таблица 8.4

Релаксационные и молекулярные параметры н-октилбензол-

сульфоната натрия (ОБС)

т°с Д7б-Ю* нэ/ноль к^ю! с"1 о Е-102 с4 10*, моль/м3 15 В-10 , с2/м га

30 6.1 3,06 20 -6,7 н,4 20,1 88

40 5.7 4,82 23 -6,4 11,5 16,9 85

50 5.4 7,67 23 -9,3 13,7 16,9 82

60 5.2 10,92 22 -9,8 14,8 13,5 78

Знэчезия й и с4 получены нз основании использования реологических данных. Величина потенциального барьера, подученная с использованием зависимости .г' от Т } рввна АН = 35,8 кДц/ноль, кажущееся изменение элтрспш Д5г -- 12? Да/К-аоль.

Аналогичные из?,:ароняя были проведаш в водкой растворе ДОТ. Результаты обработки эксперимент? показаны в таблице 8.5.

Таблица 8.5 Релаксационные и иолгкуллрше параметры децялсульфоната натрия (ЯШ)

'т" с ¿v , • 1 и" г» и3 моль -7 »г» П. ^ _ с п В-10* С, ю" ¿гатт» н4 В-10 о , _

30 5.03 7.74 14.3 -6.19 40.04 23.6

40 3.92 11.62 17.0 -2.46 38.02 31.9

50 4.43 12.0 14.8 -4.43 38.76 32.6

60 5.75 10.01 11.6 -1.Ю58 40.31 35.0

Исследования показал!:, что при приблшнэнии к критической концентрации шцеллообрязования как по температуре, так и но когцо-ятрациа поверхностно -жгепвкого компонента происходят уканьаоние частоты рчлаксации. Кабяодатацапся почта линейная завасамссть частоты релаксации от концентрация указывает на то, что релаксационный процесс контролируется диффузией.

8.3. Исследование механизм® поглощения звука в окрестности; критической точна расслаивглшя кидкостей.

Б бояь^гнстяе бинарных растворов, икенцих критическую точку расслашзянна, набледаатся релаксациоыгко процессы перестройки структуры ближнего порядке. Однако в --^которых рзсслатасха^хч бинарных растворах, например, метанол-н-гептан, сбагрулшас^и ярко выраженные аномалии теплоемкости и рассеяния света вблизи критической точка расслаивания, эти аномалии акустически не были обнаружены. Использование прецкгпо;п?о1 ультразвуковой спектроскопия дзго возноэдость обнаругать з нескольких смесях ранее нэ лпдавшееся критическое поглощение.

Для обработка экспериментальны* данных использовалась теорня релаксирукщей теплоемкости, в которой отношение коэСфгциэнтов по-

- 30 -

глощешя звука, определяется следующим выражение»«

а/а^ Сш^СНи)-1 [(/+ (й+и^и2]'1 -Л» , (8.1)

о

где а>пах- коэффициент поглощения звука при критической температуре Т0 , и - переменная интегрирования, со* = ш/шо , шо = шо-,1аг', ш*- приведенная частота, ш = 2%1, 1 - частота ультразвука, г -динамический критический показатель, г = (Т - Т_)/Тс , ыо = = (квТс/Зхг^г^) , г = га11!^ -радиус корреляции, V - критический индекс радиуса корреляции, го- радиус ближней корреляции, ^-постоянная Больцмана, т^ - регулярная часть сдвиговой вязкости. Частотная зависимость максимального критического поглощения при t = = 0 имеет вид :

ш I- ауТ С 21с ^ -1 т

с р

где Ср = + С{ , а - критический индекс теплоемкости, скорость звука при Тс , А и Сг - сингулярная и регулярная части теплоемкости, § - безразмерная связующая постоянная, аг - фоновый (некритический) коэффициент поглощения. Для обработки акустического эксперимента были проведены измерения сдвиговой вязкости и плотности раствора в необходимом температурном интервале. Значения констант А , Ср , Сг, а , ар , 2 были взяты из известных в литературе данных.

Исследуемые растворы имели следующие критические концентрации: метанол-н-гептан - 0,616 мольных долей метанола; метанол-бензол-вода - 30,6 весовых % метанола и 4,0 весовых % воды; мета-нол-цвклогексан - 28,94 весовых % метанола. Экспериментальные исследования проводились в диапазоне частот от 60 кГц до 150 МГц. Для всех исследуемых смесей в координатах а/? от Г1*ов приведены результаты, исследований поглощения в непосредственной близости к критической точке, которые дают экспериментальную проверку формулы (8.2). Получено хорошее согласие теоретических и экспериментальных данных.

Результаты обработки экспериментальных данных по формуле (8.1) позволили получить значения величин г0 , ё , шо , которые показаны в таблице 8.6.

Таблица 8.6 Параметры исследованных критических смесей

С;.:есн Го- Ч>-

К 10~1Ои Ю-'^Г'с2

Метанол-н-гептан 325,4 2,67 '6,41 0,22

Метанол-бензол-вода 297,8 4,6 2,14 0,14

Метаисл-цнклогексзн 318,9 3,6 3.52 0,21

йгппория радиуса ближней корреляции го хорошо согласуются со зпз-зсге;.™», полученный? из топаний. Величина g ,

зависящая от величин мекыолскудярного бссп?'ол°Яотбия, гыеет достаточно малые значения, по сравнению с другими жядкиил обьектзиа. Значения а/!2 для исследуемых смесей были одного порядка и на порядок меньшими, чем в известных критических смесях. Это связано главным образом с малыми значениями величин § и г0 . Применение прецизионной ультразвуковой спектроскопии позволило обнаружить критическое поглощение в целом классе малопоглощающих смесей вблизи точки расслоения.

8.4 Некритические релаксационные процессы вблизи точек фазовых переходов

Имеется ряд теоретических расчетов и экспериментальных работ, согласно которым скорость химических реакций должна зависить от степени близости к фазовому переходу второго рода. Цель данного исследования - попытка экспериментального обнаружения изменения скоростей протекания химических реакций вблизи критической точзси расслзшзакяя жидкость-жидкость.

в системе цдклогексанол-вода-метанол (ЦВМ) наблюдается релаксация, связанная с конформациошшм переходом в колекуле циклогэ-ксанола, которая не является диффузионно контролируемой. В исследуемой системе весовые доли компонентов равны: циклогексанол -п,26; вода - 0,54; нетзнол - 0-,20. Добавление метанола позволило на 127°К понизать критическую точку снеси. Наблюдаемое поглощение ультразвука в исследуемых растворах складывается из некритического поглощения аг и критического - ас , которое оценивалось по формуле (8.1). Для сшзея ЦШ прабяжееше к критической точке осуществлялось изменением температуры. Большое количество тешератур» широкий частотный интервал , а так ге высокая точность эксперт»-

- 32 - |

эта позволили методом наименьших квадратов разделить критические и некритические вклады в поглощение звука и определить релаксационные параметры конформационного перехода в циклогексаноле, которые согласуются с аналогичными данными для чистого циклогексакола и его некритических растворов. Это означает, что критические явления не оказывают существенного влияния на релаксационный процесс, связанный с конформационными переходами. Характерно, что критическое поглощение близко к значениям, полученным в предыдущем разделе.

В другой системе - гептан-уксусная кислота-вода (ГУВ) - протекает диффузионно контролируемая реакция, связанная с наличием процесса димеризации молекул уксусной кислоты, и в ней замедление процесса диффузии может сказаться на скорости химической реакции. В смеси ГУВ приближение к критической точке достигалось за счет малого изменения концентрации воды в смеси. Обработка экспериментальных данных в непосредственной близости к критической точке позволила разрешить критические в некритические вклады в поглощение звука и показала, что в пределах экспериментальных ошибок параметры незфитического релаксационного процесса имеют те же значения, что и в безводном растворе. Отсутствие изменения релаксационных параметров в зависимости от степени близости к фазовому переходу по-видимому связано с высокой концентрацией уксусной кислоты в исследуемой системе, что существенно уменьшает диффузионный контроль за реакцией димеризации. Проведенное исследование так же показало, что прецизионная ультразвуковая спектроскопия, позволяет изучать критическое поглощение при наличии независимых релаксационных процессов в компонентах смеси.

9. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основе теоретического и экспериментального исследования физических основ ультразвуковой спектроскопии созданы прецизионные методы исследования акустических свойств жидкостей.

С помощью прецизионных акустических методов обнаружены и исследованы акустические спектры для нескольких классов слабопогло-щаоцих жидкостей.

Обнаружены и исследованы акустические релаксации в критических смесях метанол-н-гептан, циклогексанол-метанол-вода, уксусная кислота-гептан-метанол, метанол-бензол-вода.

Впервые исследованы акустические релаксации в водных раство-

I pax поверхностно-активных веществ (октилбензол-сульфонат натрия,

| децилсульфонат натрия).

Исследованы в широком частотной и температурном интервале ультразвуковые спектры з фурфуроле, циклогексаноле, форматах и ах спиртово-водннх растворах. Определены кинетические а термодинамические параметры конформационных перегодов, обнаружено ил малое изменение в гомологическом ряду формиатов.

Выведены формулы для электрического импеданса и амплитудно-частотной характеристики ультразвукового жидкостного резонатора с плоскими пьезопластинами.

Получено выражение, описывающее амплитудно-частотную характеристику ша идеального ультрас^.^ггг'4 рс^пнятопа с вогнутыми пьезопреобразователякя, обнаружен aJJckt nrrc"» пмто уценызигга спектральной плотности частот в ультразвуковом резонаторе при определенных размерах электродов пьезопреобразователей, который позволяет значительно расширить высокочастотный диапазон измерений ультразвукового резонатора.

Выведено теоретическое выражение для электрического импеданса пьезопластины, нагруженной на среду через контактный слой, на основе которого проведен анализ условий возбуздения акустических импульсов и объяснены многие экспериментальные результаты.

Получено аналитическое выражение для акустического ампедзн-са, электрически нагруженной пьезопластины, которое дает возможность проводить разнообразные акустические расчеты для приемной пьезопластшш.

Найдено выражение для коэффициента отражения ультразвуковой волны от пьезопластины, имеющей электрическую нагрузку, которое позволило провести исследование влияния потерь в слое, пьезоплас-тинах и электрической нагрузки на измерения. Теоретически и экспериментально исследован эффект аномального поглощения "лгтрэяяу-кового луча пьезопластиной, имеющей электрическую нагрузку.

Получены дифракционные поправочные формулы как для импульсного метода, так и для интерферометра. Показано, что для обеих методов дифпоправка, описываются различными формулами, хотя по порядку величины близки между собой. Показано, что плоском резонаторе собственные низкочастотные потери в основном являются днф-ракционнныи.

Впервые получено и исследовано выражение для дифракционного поля защемленного по краю колеблющегося пьезодиска. Показано, что

ч

для достаточно высоких частот его дифракционные поправки близки к дифпоправкам для поля поршневого излучателя , а с понижением рабочей частоты уменьшаются. Впервые обнаружено и просчитано влияние добротности пьезопластины, а так же отклонения частоты возбуждения пьезопластины от резонансной на ее дифракционное поле.

Исследованы погрешности измерений в ультразвуковом резонаторе, связанные со спектром его собственных частот. Показано, что возникающие от этого ошибки могут быть на порядок уменьшены правильным выбором диаметра электродов пьезопластины..

Исследованы погрешности 'измерений в ультразвуковом резонаторе, связанные с потерями энергии в пь'езопластинах. Получены формулы для учета этих погрешностей. Показано, что несмотря на низкую добротность пьезопластин, добротность исследуемых пиков в резонаторе может быть высока и зависит от введенного автором коэффициента соколебаний пьезопластины.

Получено выражение для потерь энергии в резонаторе, связанное с излучением пьезопластин в воздух. Показано, что эти потери существенны лишь на низких частотах диапазона измерений.

Экспериментально показано, что ультразвуковой резонатор с вогнутыми пьезошгастинами имеет на порядок более высокую собственную добротность, чем резонатор с плоскими пьезопластинами, а применение пьезолинз еще более увеличивает собственную добротность резонатора.

Проведен теоретический анализ перспектив измерений дисперсии скорости ультразвука для исследования релаксационных процессов в жидких средах.

Получены и экспериментально проверены резонансные условия для резонаторов с плоскими пьезопластинами и пьезолинзами, имеющими различную толщину, необходимые для точного измерения дисперсии скорости ультразвука.

Разработан прецизионный метод для измерений коэффициента поглощения ультразвука в жидких средах на частотах 0,1-20 МГц, который позволяет исследовать на порядок более слабопоглощающие жит дкости, чем другие методы измерений.

Разработан прецизионный метод для измерений дисперсии скорости ультразвука в жидких средах на частотах 0,1-20 МГц.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты изложены в следуюпда работах:

I .Прецизионный метод для измерзнзя скорости ультразвука в жидкости на частотах 0,7-30 МГц. А;суст.н., 1969, т.15, вЛ, с.78--82. (совместно с Яковлевым B.S.).

2. Дифракционные поправки для поля поршневого излучателя. Материалы 13-ой Нэучно-т5»,конф.проф.-преподав.состава НЙИВТа, Новосибирск, I97G, с.376-373.

3. Дифракционные поправочные формулы .для ультразвуковые: измерений. ¿¿¡¿¿.-.z„t TQ7A. т.22, в.2, с.269-273.

4. ДкуогшаСйСС устройство. A.c. » 65?Ьг>>>, П.Л., 1?"°. ВАТ (совместно с Пугачевым Я.Н.).

5. Влияние дифракции на точность измерений поглощения ультразвука. Сб."Примен. ультраакустики к исследования вещества", Москва, 1981, в.31, с.20-22.

6. Ультразвуковая дифракция в интерферометре. Сб."Прим. уль-траакус. к исслед. вещества, Москва, 1981, в.31, с.18-20.

7. Пьезоэлектрический резонатор. A.c. Я 980250, Б.И., 1982,

№45.

8. Особенности измерения акустических параметров в зидких кристаллах на частотах иио 1 МГц. Сб."Прич. ультрзакустшш к исследованию вещества", Москва, 1382, вып.33, с.133-135. (совместно с Рящиковнм A.C.).

9 Способ измерения коэффициента поглощения ультразвука.

A.c. Ш 106S302, Б.H.ä 1983, ЙЗ (ссвчзстно с Прокопьезым В Л!, о Рящиковыц A.C.).

10. Устройство для измерения коэффициента поглощения ультразвука. A.c. й 1054764, Б.И., 1533, JM2 (совместно с Прокопьевыы

B.й. и Гящаковым A.C.).

11. О погрешности измерений в ультразвуковой резонаторе, связанной со спектром его собственных частот. Тр. 10-ой Всесоюз. акуст.конф., Москва, 1983, секция Н, с.11-14.

12. Кононенко B.C. Влияние потерь энергии в пьезопластинах ультразвукового резонатора на результаты измерений акустических параметров жидкостей. Тр. 5-ой Всесоюз.конф."Методика а техника ультразвуковой спектроскопии" Вильнюс, 1984,с.67.

13. Устройство для прецизионных измерений акустических параметров в малом объеме исследуемых веществ. Матер. 5-ой Всесоюз.

конф. "Метод, и тех. ультр. спектроскопии", Вильнюс, 1984, с.66 (совместно с Прокопьевым В.И. и Рящиковьш A.C.).

14. Исследование погрешности измерений в ультразвуковом резонаторе, связанной со спектром его собственных частот. Акуст. ж.,

1984, т.30, вып.6, с.785-789.

15. Устройство для измерения коэффициента поглощения ультразвука. A.C.II42786 / Б.И., 1985, JS8 (совместно с Прокопьевым В.И. и Рящиковым A.C.).

16. Дифракция ультразвукового луча, проходящего нормально слои сред. Известия высших учебных заведений "Физика", Томск,

1985, в.1, С.И8-НЭ.

17. о погрешности измерений в ультразвуковом резонаторе, связанной с потерями энергии в пьезопластинах, Акустич. ж., 1985, т.31, J66, с.814-817.

18. Прецизионный резонатор для измерений коэффициента поглощения ультразвука в жидкостях на частотах 0,1-6 МГц. Сб."Прим. ультраакус. к иссл. вещества", Москва, 1986, вып.37, с.48-53. (совместно с Прокопьевым В.И. и Рящиковым A.C.).

19. Малогабаритный ультразвуковой резонатор с вогнутыми пье-зопластинами для исследования параметров жидких сред. Сб."Прим. ультраакуст. к исслед. вещества". Москва, 1986, в.37, с.42-44. (совместно с Прокопьевым В.И. а Рящиковым A.C.).

20. Устройство для измерений акустических параметров в малых объемах жидкостей. Сб."Прим. ультраакуст. к иссл. вещества". Москва, 1987, в.38, с.132-136 (совместно с Прокопьевым В.И. и Рящиковым A.C.).

21. Прецизионный метод для измерения коэффициента поглощения ультразвука в жидкостях на частотах 0,1-20 МГц. Акустич. s., 1987, т.33, *4.-С.683-694.

22. Усторойство для измерения коэффициента поглощения ультразвука. А.с.1404927, Б.И., 1988, J623 (совместно с Кучуыовыы П.К. и Касторгиным A.A.).

23. Дифракционные поправочные формулы для ультразвукового интерферометра. Узбекский физический журнал, 1992, КЗ, с.44-48.

24. Влияние вязкости на затухание колебаний в реверберацион-ном сосуде. Узбекск. физич. журнал, 1992, К2, с.44-46.

25. Dynaraical characteristics of mixed micelles. 12 European Chevistry at Interfaces Conference, Lund, Sweden, 28 June - 2 July

1992 (совм. с Шиндером И;И,, Сэидовым А.А., Хабибуллаевым П.К.,

Чертковым Е.В).

26. Исследование зависимости амплитудно-частотной характеристика ультразвуковых жидкостных реоонагорсп с погнутыми и плоскими пьезопреобразоватйляй?и от размеров их электродов. Узбекский Физический ягу риал, 1902, J56, С.78-Й9,

27. 0 новом эффекте аномального уменьшения спектральной плотности частот з ультразвуковом резонатора с вогнутыми пьезолреоб-рязователяго!. ДАН, Россия, 19Э2, т.323, М, с.673-677 (совм. с Хабьбуллаевым П.К.).

¿С. пелаксация и фазовые переходы конечного ти-

па. ДАа, Го С СП.", 199»: т.324. .'М, э, Г '""""Qrintr

Й.Й., Саидовим А.А., Хабибуллаевым П. К., Чертковы и 2.3.;.

29. Dynamical characteristics of mixed micelles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 1993, v.76, p.167-170 (совместно с Шиндером И.И., Саидовым А.А., Хабибуллаевым П.К.).

30. Kinetics of premicellar and micelar states. 2-nd Liquid Mattpr Conference, 1993, 18-22 September, Firenze, 7G, P219 (совм. с Шиндером И.И., Саидошм А,А., лаСйбуллаев«« П.К., Чертковым Е.В).

Н Е Т И К Е

Ультрасес спектроскопиясынын физики эсасларынын теоретик ве эксперимента барлаглары нетикрсинде сувукдыкларьщ акустик хэсиетнамаларыны евренмегин прецизион методлары дередилди Ме-танол-н-гептан, циклогексанол-метанол-сув, уксус килотасы-гептан-метанол, метанол-бензол-сув ялы' критик гарындыларда акустик релаксация тапылды ве барланылды.-

Биринз^и болуп уст-актив маддаларын (октил бензол-сульфо-нагнатрия, децилсульфонат натрия) сув зргинлери'нде акустик релаксация барланылды. Фурфуролын, циклогексанолын, формиатларын Ее оларыц сув-спирт зргинлеринин ультрасес спектрлери йыгылы-гын ве температуранын гин чэклеринде евренилди. Конформацион гечишлерин кинетик ве термодинамик параметлери кесгитленди. Текиз пьезопластиналы ультрасес резрнаторьщ электрик импе-дансынын Ее амплитудо-йыгылык хэсиэтамаларынын формулаяары кесгитленди. Губерчек пьезолинзалы йдеал ультрасес резонаторын амплитуде-йыгылык хэсяетнамасыны кесгитлейэн авдатма алынды.

Пьезолинааларын злектродларынын кесгитли елчеглеринде ультрасес резонаторын йыгылык спе.ктраль дыкызлыгынын аномаль кемелмек эффекти тапылды. Контакт гатлагы аркалы среда билен багланышан пьеаопластинанын электрик импедансынын теоретик анлатмасы гетирип чыкарылды.

Электрик гаршылыклы пьезопластинадан ультрасес толкунла-рынын серпикме коэффициентинин анлатмасы тапылды. Щу анлатма-нын эсасында гечнрйлйзн елчеглере гатлакдакы, пьезопластйнада-кы, - электрик гаршилыклардакы йитгилерин тзеири евренилди.

Интерфеометр ве импульс методы учин дифракцион зффекти хасаба алян формулалар алынды. Шу ики методлар' учин дифракцион зффекти хасаба алян формулаларын дерелдэлери бирмензеш болсада дурли формулалар билен кесгитленйэндиги геркезилди.

Илкшнци болуп гапдалы гысылан ыргылдаян пьезодискин дифракцион мейданыныц анлатмасы алынды ве барланылды.

Ультрасес резонаторын ез хусусы йыгылык спектри билен багланышыклы ялнышлар барланылды. Пьезопластинаньщ электроды-

нын диаметрини догры сайланып алнан ягдайында елчег янышларыны 10 эссе кемелдип боляндыгы геркезилди.

Ултърасес резонаторын пьезопластиналарындакы энергия йит-гилери билен багланышыклы елчег ялнкшлары барланылды ве шу ялнышлыклары хасайа алян формула алынды. Пьеаопластинанын хова иехлеленмеги билен багланыльппиклы резонатордакы энергия йитги-лери учим анлзтма алынды. Бу йитгилери дине кнчи йыгылык диа-пагонапда елчеглер гечириленде хасаба алмаз: болар.

Губерчек пьезопластиналы ультрасес резонаторын хусусы асыллылыгы текиз пьезопластиналы резонатор билен денеидирилен-~~ Ю """" по пкоэплмиааттэр УЯаишпНПЯ СЙЯОНаТООЫН

'лусуси г.ртичдкч'н ,?к'?пс,ри"онта п гаркваилли.

Ультрасеснн тизлигинин дисперсиясыны такык елчемек учин дурли гальщлыкдакы текиз пьезопластиналы ве пьеэолинзалы резо-наторларын резонанс шертлери алынды ве зкспериментал барланылды.

Подписано с 1ИТО 12.nt.QS г. ферм»! «ОхМ'/',.. Оперативная печать. Уч. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ N 1 Юа. ПО "СамВен", ул. Венаека, 60.