Форма критичної ізотерми рідин

Зміст
Метод та зразки для дослідження
Висотна залежність пропускання нейтронів
Висотна залежність густини зразків
Основні похибки вимірювання
Визначення критичної точки
Визначення та обробка критичної ізотерми
(P-V-T дослідження)
Критична ізотерма етану
Критична ізотерма двоокису вуглецю
Висновки
1

Метод пропускання повільних нейтронів використовується для дослідження властивостей речовин поблизу критичної точки “рідина – пара” (Тс).
З хроматографічного аналізу:
2
С2Н6
СО2
СН4(0,012%)
О2+N2 (0,02-0,05%)
С2Н2(0,002%)
С3Н6(0,008%)
- домішки
Метод та зразки для дослідження

В досліді отримували залежність інтенсивності пропускання нейтронів та густини речовини від рівня на якому знаходився зразок для різних температур в діапазоні (8..40оС).
Вимірювання проводилися після термостатування (~2•105с), відхилення не перевищувало 0,001К.
Якщо результати повторного вимірювання співпадали в межах похибки, то вважалося, що рівноважний розподіл густини за висотою зразка при даній температурі було досягнуто.
Рис.1. Висотна залежність пропускання
нейтронів зразком з етану при Т, оС:
1 – 31,297; 2 – 31,705; 3 – 32,043;
4 – 32,184; 5 – 32,207;
1 відн.од. = 5•10-5 м
Висотна залежність пропускання нейтронів
3

Перехід від пропускання до густини був проведений допоміжними вимірюваннями пропускання порожнього (10-3 мм. рт. ст.) і заповненого етаном зразка при Т~Тс, коли густина етану за висотою зразка однорідна і відповідає середній густині заповнення зразка.
Рис.2. Профіль густини етану за
висотою зразка при Т, оС:
1 – 32,361; 2 – 32,257; 3 – 32,197;
4 – 32,043; 5 – 31,940; 6 – 31,579;
Висотна залежність густини зразків
4

Випадкова похибка зумовлена в основному статистичною похибкою вимірювання пропускання.
Завдяки щілинному коліматору в "зоні спостереження” містився тільки вузький шар (~0,5•10-3 м) речовини. Оскільки розсіяння повільних нейтронів в етані є практично ізотропним, то за обраної геометрії і площі детектора (0,5х2 10-4 м) внесок багатократно розсіяних нейтронів у потік, що реєструвався детектором, не перевищував 0,5•10-4.
Основні похибки вимірювання
5

Визначення критичної точки
У експерименті Tc визначалась при зникненні стрибка густини "рідина – пара".
При T
При T>Tc теорія гравітаційного ефекту передбачає збільшення розмірів прямолінійної ділянки, яка спостерігається на експериментальних кривих висотної залежності густини.
Рис.3. Ізотерми висотної залежності
густини етану та товщина
прямолінійної області (мм) при Т, оС:
1 – 32,210 (2,2); 2 – 32,206 (1,7);
3 – 32,200 (0,18).
Для T<32,197оС прямолінійна область постійна і становить 0,5•10-3 м, а для T>32,197оС вона збільшується. Тому Тс=(32,197±0,003)оС.
6

Визначення та обробка критичної ізотерми
(P-V-T дослідження)
Варіювання ρс
Значення ρсsym, що прирівнює параметри ведучих доданків у вищезгаданних рівняннях форми ізотерми, тобто досягається асимптота антисиметрії хім.потенціалу.
Рівняння форми, що описує дані експерименту
Таким чином визначення асиметричних поправок форми пов'язане з критичною густиною.
7

Критична ізотерма етану
Далі дані з критичної ізотерми оброблялись методом найменших квадратів за формулою для експериментальних даних, причому знайдені величини D і δ були зафіксовані.
Критична ізотерма етану асиметрична, причому при однакових відхиленнях густини від критичної.
З метою визначення параметрів асимптотичного рівняння критичної ізотерми був проведений пошук ефективних значень δ±ef, D±ef при наближенні інтервалу апроксимації до вершини ізотерми.
Рис.4. Ізотерми густини етану при Т, оС:
8

Аналогічно була проведена обробка критичної ізотерми CO2. Як видно критична ізотерма вуглекислого газу асиметрична, причому знаки асиметричної поправки в рівнянні форми експериментальних даних для CO2 і C2H6 збігаються.
Критична ізотерма двоокису вуглецю
Рис.5. Критична ізотерма СО2.
9

Висновки
Визначення параметрів форми критичної ізотерми залежить від визначення кристичної густини;
Ефективні значення параметрів рівняння форми критичної ізотерми визначаються методом найменших квадратів(*);
В межах похибки експерименту критична ізотерма індивідуальних речовин може бути описана в рамках розширеного скейлінгу з включенням першої асиметричної поправки до простого скейлінгу.
*Булавин Л. А., Шиманский Ю. И.
Асимметрия критической изотермы этана // Физика жидкого состояния. – 1986. – № 10. – С. 136 – 142.
10