Курсовая: Изучение двойного лучепреломления наведённого ультразвуком - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Изучение двойного лучепреломления наведённого ультразвуком

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 174 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Содержание: Введение …………………………………………………………………3 Глава I Теоретическая часть. §1 Жидкокристаллическое состояние вещества……………………….5 §2 Теории акустического двулучепреломления в жидкостях…………7 А. Теория Люка…………………………………………………………...7 В. Теория Френкеля……………………………………………………...10 С. Теория Петерлина…………………………………………………….12 §3 Акустическое двулучепреломление для случая деформируемых молекул. А. Теория Петерлина…………………………………………………….15 В. Теория Бадо……………………………………………………………17 §4 Анализ основных выводов теории двойного лучепреломления наведённог о акустическим полем……………………………………….18 Глава II. §1Акустооптическая установка для исследования двулучепреломления нав едённого ультразвуком в изотропной фазе жидких кристаллов…………………………… ……………………………………20 §2 Термостатирование исследуемых образцов…………………………22 §3 Подготовка образцов к исследованию………………………………..24 §4 Методика измерения двулучепреломления наведённое ультразвуком в из отропной фазе жидких кристаллов…………………………………….25 §5 Анализ полученных результатов и их обсуждение………………….28 Выводы……………………………………………………………………..30 Рисунки……………………………………………………………………..31 Литература………………………………………………………………….35 Введение Если молекулы жидкости распределены случайным образом, то эта среда явл яется оптически изотропной даже если молекулы сами обладают оптическо й анизотропией. Любая ориентация молекул приводит к анизотропии среды, к оторая проявляется в том, что среда становится двулучепреломляющей. Ориентация молекул может быть вызвана приложением электрического, маг нитного или гидродинамического полей, а также воздействием на среду уль тразвуковых волн. Соответствующие эффекты известны как двулучепреломл ение в электрическом поле (эффект Керра), двулучепреломление в магнитном поле (эффект Коттон – Мутона), двулучепреломление в потоке ( эффект Максв елла ) и акустическое двойное лучепреломление. Последний эффект впервые наблюдал Люка [1] в 1938 году. Для обнаружения этого эффекта он использовал ка сторовое масло, которое благодаря большой вязкости имеет довольно боль шую постоянную Максвелла. Опыты Люка повторил С. Петралья [2] с несколькими вязкими жидкостями. Более подробное исследование провёл В. Н. Цветков с соавторами [3]. Для этой цели был выбран ряд вязких жидкостей в виде различ ного рода масел. Была исследована зависимость акустического двойного л учепреломления от частоты ультразвука, от его интенсивности, а также в з ависимости от температуры. Эффект акустического двойного лучепреломления имеет место в жидкостях и растворах вследствие ориентации частиц или молекул при прохождении ч ерез среду ультразвуковой волны. Необходимым условием существования э ффекта ориентации под действием поля звуковой волны является анизотро пия формы молекул, другими словами форма молекул должна отличаться от сф ерической. Жидкие кристаллы в изотропной фазе представляют собой удобный объект д ля исследования акустического двойного лучепреломления благодаря том у, что при температурах выше температуры перехода “ жидкий кристалл - изо тропная жидкость ”мы имеем дело с жидкостью, являющейся изотропной по вс ем своим физическим свойствам, молекулы которой обладают ярко выраженн ой анизотропией формы. Несмотря на достаточно большую вязкость изотроп ной фазы молекулы легко ориентируются в поле ультразвуковой волны, что п озволяет проводить исследования зависимости двойного лучепреломлени я от частоты ультразвука, его интенсивности, а также в зависимости от тем пературы. Измерения величины акустического двулучепреломления позво ляют получить величины времён релаксаций и диффузионных постоянных дл я изотропных фаз различных жидкокристаллических соединений, а также дл я коллоидных растворов и растворов макромолекул. Первые опыты по измерению акустического двулучепреломления в изотропн ой фазе нематических жидких кристаллов провёл В. Н. Цветков [3] на образцах ППА. Однако из его данных не следует характерная для предпереходного сос тояния НЖК температурная зависимость времени ориентационной релаксац ии. По-видимому, это связано с тем, что наблюдение акустического двулучеп реломления связано с рядом трудностей. Прежде всего, его легко маскируют различные побочные явления в звуковом поле (акустические потоки, кави тация, образование стоячих волн, повышение температуры среды из-за погло щения звука и т. п.). Кроме того, одновременно с измерением двулучепреломле ния, инициированного звуком, нужно уметь регистрировать интенсивность звука в точке наблюдения. Прошло более 30 лет с момента первых опытов, пока удалось получить более надёжные данные о критическом поведении акусти ческого двулучепреломления в изотропной фазе жидких кристаллов. Не так давно Мартиноти и Баде [4] повторили опыт Цветкова с образцом ПАА, примен ив вместо непрерывных звуковых волн импульсные сигналы. Это позволило с вести к минимальным перечисленные выше побочные эффекты. Чтобы уменьши ть ошибку в значениях интенсивности звука, в процессе измерений регистр ировали только её относительное изменение. Целью данной работы является изучение метода наблюдения двойного луче преломления наведённого ультразвуком, для исследования температурной зависимости величины акустического двулучепреломления в изотропной ф азе холестирилмистата на частотах 3,2 Мгц и 9,8 МГц в широком температурном и нтервале вплоть до температуры перехода “изотропная жидкость-мезофаза ”. Характерной особенностью эксперимента является применение импуль сных сигналов вместо непрерывных звуковых волн, что позволяет свести к м инимуму различного рода изменения в среде (нагревание среды из-за поглощ ения звука, возникновение акустических потоков и т. п.), возникающие в резу льтате самого процесса измерения, особенно в узком температурном интер вале в окрестности температуры перехода “изотропная жидкость - мезофаз а”, где восприимчивость мезофазы очень велика. Специфические свойства холестирилмистата позволяют проверить основн ые выводы теоретических представлений явления двойного лучепреломлен ия наведённого ультразвуком. Глава 1 Теоретическая часть. §1 Жидкокристаллическое состояние вещества. Обычно в молекулярных кристаллах упорядоченно как положение, так и орие нтация молекул. Однако у некоторых из них в определённом для каждого тем пературном интервале существуют фазы с меньшей упорядоченностью. Нап ример, может остаться упорядоченной ориентация молекул, но отсутствова ть корреляция их положений. В этом случае исчезает препятствие к взаимно му перемещению молекул, т. е. исчезает прочность и модуль сдвига, однако со храняется анизотропия. Механические свойства и свойства симметрии эти х фаз промежуточные между свойствами жидкости и кристалла. По этой причи не они часто называются жидкими кристаллами [5]. Более подходящее названи е – мезоморфные фазы, или мезофазы. В простейшем случае в жидкокристаллическом состоянии вещество находит ся в определённом температурном интервале Т1 – Т2; при температуре Т1 тв ёрдый кристалл плавится в жидкий кристалл, при Т2 / точка просветления / ж идкий кристалл переходит в обычную изотропную жидкость. Внешние признаки жидких кристаллов – высокая пластичность, доходящая до текучести; весьма часто связанное с нею отсутствие прямолинейных угл овых ограничений; способность образовывать капли, форма которых отлича ется от формы капель обычной жидкости. Вместе с тем эти вещества обладаю т свойствами, характерными для твёрдых тел, поскольку обнаруживают спон танную оптическую анизотропию, независимую от состояния течения или по коя, колоссальную оптическую активность, двулучепреломление, фотоупру гие и пьезоэлектрические свойства, электрическую и магнитную анизотро пию. Жидкие кристаллы можно разделить на две группы: термотропные жидкие кри сталлы, образующиеся в результате нагревания твёрдого вещества и сущес твующие в определённом интервале температур и давлений, и лиотропные. К изучению лиотропных систем, для которых переход в мезофазу легче всего вызывается изменением не температуры, а концентрации молекул, привлече но внимание большого числа исследователей. Однако проведение таких раб от сопряжено со значительными трудностями при интерпретации экспериме нтальных данных и установлении общих закономерностей, присущих лиотро пным жидким кристаллам. Значительно более однозначная ситуация реализ уется в случае термотропных жидких кристаллов. При этом термодинамичес ки устойчивое анизотропное состояние отделено от твёрдой и аморфно-жид кой фаз соответствующими фазовыми переходами с выделением (или поглоще нием) скрытой теплоты плавления. Поэтому термотропные жидкие кристаллы являются наиболее удобными для нахождения общих закономерностей, хара ктеризующих поведение анизотропных жидкостей и их смесей в обычных усл овиях и во внешних полях. Большинство известных термотропных фаз образовано органическими соед инениями, молекулы которых имеют вытянутую форму, например ароматическ ими соединениями, содержащими два и больше число бензольных колец, произ водными холестерина и т.п. Термотропные жидкие кристаллы также встречаю тся среди соединений, состоящих из молекул с дискообразной формой. По признаку общей симметрии жидкие к ристаллы можно разделить на три категории: смектические, нематические и холестерические. Для смектических жидких кристаллов ( СЖК ) характерен о риентационный и ближний одномерный трансляционный порядок. В большинс тве случаев молекулы смектической фазы расположены в виде слоёв, и в за висимости от порядка в пределах слоёв ра зличают СЖК со структуированными и неструктуированными слоями. Н ематические жидкие кристаллы ( НЖК ) характеризуются дальним ориентацио нным порядком в одном предпочтительном направлении L ( директор ) и полной свободой перемещения центров масс молекул вокруг длинных осей. Таким о бразом НЖК ведут себя как оптические одноосные системы с оптической ось ю, параллельной L, причём, как правило, ориентация обоих концов молекулы ра вновероятна. Холестерические жидкие кристаллы ( ХЖК ) имеют тот же порядок в расположении молекул, что и нематические, но предп очтительная ориентация не постоянная в пространстве, а изменяется в сре де от слоя к слою с расстоянием вдоль оси, перпендикулярной плоскости, со держащей молекулы с предпочтительной ориентацией L, регулярным образом. Степень закручивания характеризуется шагом спирали Р, отвечающим пово роту молекулы на 2П. Шаг спирали Р велик по сравнению с размерами молекулы . ХЖК являются по сути “хиральными” НЖК, т.е. лишены центра симметрии и вс егда оптически активны. При нагревании или при охлаждении вещества, мо лекулы которого имеют право- левую симметрию, фазовые переходы от твёрды х кристаллов к изотропной жидкости происходят обычно по схеме: ТК СЖК НЖК ИЖ ( ТК – твёрдый кристалл, ИЖ – изотропная жидкость ) При этом температуры переходов являются воспроизводимыми и легко обр атимыми. В веществах, молекулы которого оптически активны, фазовые перех оды осуществляются по схеме: ТК СЖК ХЖК ИЖ §2Теории акустического двулучепреломления в жидкостях. А. Теория Люка Теория, выдвинутая Люка [1], основывается на теории Рамана и Кришнана для двулучепреломления в потоке. Для объяснения поведения молекул в потоке Раман и Кришнан использовали гидродинамическую теорию Стокса, а также теорю Ланжевена-Борна, связывающую поляризуемость ориентированных м олекул с двулучепреломляющими свойствами среды. В соответствии с работой Стокса, каждый элемент объёма жидкости, характе ризуемый градиентом скорости G, подвержен действию сжимающего и растяги вающего напряжений, вызванных силами, действующими вдоль двух взаимно п ерпендикулярных направлений. Соответственно длинные оси молекул ориен тируются вдоль направления растяжения, а короткие вдоль направления сж атия. Каждая молекула стремится направить свою длинную ось под углом 450 к направлению скорости потока. Каждая из сил, вызывающих сжатие и растяжен ие элемента объёма среды равна (G, где ( - коэффициент динамической вязкости. Ориентированная таким обра зом среда обнаруживает оптическую анизотропию, проявляющуюся в появле нии двулучепреломления где n – коэффициент преломления жидкости, М – постоянная Максвелла, явл яющаяся функцией размера и поляризуемости молекул. Распространение ультразвуковых волн в жидкости сопровождается деформ ациями сжатия и растяжения, которые вызывают изменение формы каждого эл емента объёма. Таким образом молекулы в поле переменной звуковой волны д вижутся с различными скоростями, так что существует градиент скорости, н аправленный вдоль направления распространения звуковой волны. Люка пр едположил, что этот градиент действует таким же образом, как и градиент с корости, вызывающий ориентацию молекул в потоке, т.е. (1) сохраняет силу. Пр и этом жидкость ведёт себя как одноосный кристалл, оптическая ось которо го совпадает с направлением распространения звуковой волны. В местах ра стяжения молекулы ориентируются длинными осями вдоль продольной оси, ( ж идкость уподобляется положительному кристаллу ), а в местах сжатия – в п оперечном направлении ( жидкость уподобляется положительному кристалл у ). Для вычисления значения градиента скорости Люка рассмотрел прохожде ние через среду плоской волны, распространяющейся в направлении OZ, тогда смещение частицы среды будет равно Множитель характеризует поглощение волны, а , где - скорость звуковой волны. Соответственно для скорости частицы и градиента скорости движения им еем Откуда Где Если - плотность среды, - интенсивность звука, а W – плотность энергии звук овой волны, то Таким образом Подставляя (6) в (1) получаем для акустического двулучепреломления Проведя усреднение по времени в (7) находим где , f – частота звуковой волны. Согласно Раману и Кришнану где N0 – число молекул в единице объёма, k – постоянная Больцмана, Т – абсо лютная температура, а f(() – функция размера и поляризуемости молекул. Таким образом L – константа Люка. Основные заключения из теории Люка следующие: 1. величина прямо пропорциональна и ; 2. величина пропорциональна квадратному корню из интенсивности звука; 3. величина тем выше, чем больше величина, характеризующая асимметрию мо лекулы и увеличивается с увеличением оптической анизотропии молекул и коэффициента преломления среды; 4. знак зависит отанизотропии поляризуемости молекул; 5. поскольку зависит от длины волны, то должна наблюдаться дисперсия дву лучепреломления. В. Теория Френкеля В своей работе [6] Я. И. Френкель приписал появление акустического двулуч епреломления анизотропии среды, вызванной ориентацией молекул или час тиц этой среды. Механизм ориентации остаётся тем же самым, который был ра ссмотрен Люка. Однако, в отличие от Люка, Френкель принял во внимание тот ф акт, что ориентация молекул, вызванная прохождением через среду ультраз вуковой волны, не исчезает мнгновенно с исчезновением волны, а следовате льно и с исчезновением сил, вызывающих ориентацию. То есть ориентация мо лекул, а следовательно и анизотропия среды, устанавливается и исчезает н е мнгновенно, а в течении какого-то времени, называемого временем релакс ации. В общем случае, если силы, вызывающие ориентацию, определяются тензором , а среднее распределение молекулярных осей в пространстве определяется тензором анизотропии , то В жидкостях градиент скорости представляется тензором , который связан с соотношением где - постоянная, а принимает значения, равные I при i = k и 0 при . Для волны, распространяющейся вдоль направления OZ, для скорости частицы имеем или в комплексном виде Компоненты , , , тензора имеют вид Следовательно И Поскольку из (12) имеем откуда Если , то . Выражение для двулучепреломления можно получить, если предпол ожить,что из (1). Тогда где - угол, на который колебания молекул отстают от колебаний звуковой во лны, определяемый в виде - постоянная, а значение G взято из (6) с учётом . Уравнение (14) отличается от (7) н аличием релаксационного параметра. С. Теория Петерлина Петерлин [7] предложил кинематическую теорию акустического двойного л учепреломления , в которой, также, как Люка и Френкель, предположил, что дв улучепреломление возникает в результате ориентации молекул. В своей теории Петерлин рассматривает молекулы как твёрдые анизотропн ые эллипсоиды вращения с длинами большой и малой осей соответственно 2а1 и 2а2. Оси эллипсоида совпадают с осями оптических поляризуемостей, значе ния которых соответственно равны и . Если длина волны распространяющег ося в среде звука намного больше, чем размеры молекул, то градиент G, опред еляемый уравнением (4), вызывает поворот молекулы с угловой скоростью , при чём или в отсутствии поглощения В уравнении (16) - угол между большой осью эллипсоида и направлением OZ, а Таким образом, распределение осей эллипсоидов в пространстве в любой мо мент времени может быть выражено функцией распределения F. Принимая во в нимание действие теплового движения молекул, вызывающего их дезориент ацию, результирующее значение F можно записать в виде где D – коэффициент вращательной диффузии. Для D>>Gb решение (18) имеет вид где N0 – число молекул в единице объёма. Из (19) видно, что F и соответственно степень ориентации молекул увеличивае тся с увеличением частоты до тех пор, пока не достигает своего предельно го значения, зависящего от . Для величины двулучепреломления Петерлин получил следующее выражение Из него видно, что величина двулучепреломления осциллирует с частотой а кустической волны, но отстаёт от неё на угол и стрнемится к предельному з начению с увеличением частоты волны. Используя (5) можно записать где так что Для чистых жидкостей поэтому Если предположить, что , то из (24) получим Теория Петерлина, справедливая для описания поведения малых частиц в ра створе, не может быть обобщена на случай, когда размеры частиц достаточн о велики и становится заметным эффект ориентации из-за звукового давлен ия, когда неприменимы гидродинамические уравнения Стокса. В теориях предложенных Люка, Френкелем и Петерлином для жидкостей, состо ящих из анизотропных по форме молекул, каждая молекула имеет форму эллип соида вращения с главными осями, совпадающими с осями поляризуемрсти мо лекул. Основные выводы из этих теорий перестают быть справедливыми когд а размеры частиц становятся сравнимыми с длиной звуковой волны. Примеро м таких сред могут служить коллоидные растворы. Теория акустического двулучепреломления среды, содержащей частицы, фо рма которых отлична от сферической, впервые была предлжена Ока. В данной работе мы не будем останавливаться на рассмотрении теории Ока. §3 Акустическое двулучепреломление для случая деформируемых молекул. А. Теория Петерлина. Петерлин [8] предположил, что наличие деформируемых молекул в растворе пр иводит к тому, что поведение раствора при прохождении через него ультраз вуковой волны будет более близко к поведению чистой жидкости, чем к пове дению коллоидального раствора. Поэтому оптическое поведение такой сис темы было рассмотрено таким же образом, как и в жидкости, путём нахождени я выражения для связи анизотропии поляризуемости с двулучепреломление м. Выражение для величины двулучепреломления имеет вид г де С – концентрация молекул, Na – постоянна я Авогадро, М – молярная масса молекул. Соответственно Если - величина двулучепреломления в потоке, вызванного градиентом скор ости G для раствора, вязкость растворителя которого равна , то Петерлин вводит специфическую постоянную Максвелла, которая записы вается в виде так, что С учётом того, что Полученное выражение для величины акустического двулучепреломления д ля случая деформируемых молекул совпадает с тем, которое было получено Петерлином для чистых жидкостей. В. Теория Бадо Бадо [9] модифицировал теорию Петерлина для акустического двулучепрелом ления в жидкостях и растворах макромолекул с учётом того, что внутреннее поле Ei , действующее на молекулу вследствие приложенного поля Е, не опре деляется выражением Лоренца - поляризуемость молекулы в направлении распространения звуковой волн ы, где а – эффективный радиус молекулы, имеющей сферическую форму. Использование этого выражения приводит к тому, что величины в (21) и в (41) зам еняются на Модель, преломления Бадо, была использована для описания теории двулуче преломления в потоке. Бадо предположил, что звуковая волна деформирует упругую сферическую м олекулу так, что оси вращения получающегося эллипсоида совпадают с напр авлением распространения звуковой волны. Тензор деформации при этом имеет вид где - коэффициент упругости, - вязкость растворителя. Ориентации и деформации молекул противодействует эффект теплового дви жения молекул, который не только стремится дезориентировать молекулы п о отношению к преимущественной ориентации, но и вызывают флуктуации фор мы молекул. В итоге где в (50) Это выражение для акустического двойного лучепреломления в растворе макромолекул во многих отношениях совпадает с выражением Петерлина. §4 Анализ основных выводов теории двойного лучепреломления наведённог о ультразвуком. Основным выводом из всех вышеперечисленных теорий акустического двойн ого лучепреломления является зависимость величины двулучепреломлени я от квадратного корня из интенсивности ультразвуковой волны и частоты ультразвука для чистых жидкостей и растворов макромолекул и изменение величины двулучепреломления, пропорциональное интенсивности звука, дл я коллоидных растворов. Физическими механизмами, обуславливающими ори ентацию молекул или частиц, взвешенных в жидкости, являются в первом слу чае наличие градиента скорости в поле звуковой волны в жидкости, характе ризующейся коэффициентом динамической вязкости , а во втором случае ори ентация частиц в растворе происходит благодаря эффекту давления излуч ения ультразвуковой волны. Теории для чистых жидкостей предсказывают уменьшение величины (n с умень шением вязкости жидкости. Теория Петерлина является наиболее полно отражающей поведение молекул в поле звуковой волны. Её законность зависит от применимости уравнения Джеффери, которое может быть использовано лишь для случая, когда можно пренебречь инерциальными силами и квадратичными членами уравнений Нав ье – Стокса по сравнению с поверхностными силами. Это условие справед ливо, когда , где - число Рейнольдса, G – максимальное значение градиента в поле звук овой волны, а – большая ось эллипсоида, и соответственно плотность и вяз кость раствора. Теории, представленные выше, хотя и не могут претендовать на абсолютну ю законность и правильность, указывают на высокую значимость изучения э ффекта акустического двулучепреломления. Исследования акустического двулучепреломления дают белее детальную информацию о молекулярной стр уктуре, чем та, которую получают из измерений двулучепреломления в поток е из-за того, что последние не позволяют измерить коэффициент вращательн ой диффузии D потому, что угол наклона молекул к плоскости течения всегда составляет 45. Получить значение можно из результатов измерений релаксац ионных эффектов при акустическом двулучепреломлении. Для растворов де формируемых молекул появляется возможность связать изменение времен р елаксации с различными молекулярными процессами. Глава II Экспериментальная часть §1 Акустооптическая установка для исследования двулучепреломления в изотропной фазе жидких кристаллов, наведённого ультразвуком. Акустооптическая установка для реализации и наблюдения двойного лучеп реломления наведённого ультразвуком, в изотропной фазе жидких кристал лов была собрана акустооптическая установка, общий вид которой схемати чно представлен на рис.1. Основными узлами установки являются : задающий генератор импульсов Г 5-15, модулятор, генератор звуковой частоты ГЗ-41, частотомер ЧЗ-41 осциллограф С1-74, фотолектронный умножитель ФЭУ-79, гелий-неоновый лазер ЛГ- 38, термоста т с помещенной в него кюветой, содержащей исследуемый образец, поляризат ор, анализатор, фокусирующая система, электромеханический модулятор, а т акже два нейтральных светофильтра, ослабляющие световой поток соответ ственно в 12 и 145 раз. Задающий генератор Г5-15 генерирует прямоугольный импульс длительност ью 10 мкс. и амплитудой 100 В /частота следования импульсов 500 Гц/, который подае тся на осциллограф, синхронизируя его развертку, и на модулятор, где усил ивается до напряжения 600 В. Усиленный модулятором импульс подается на ано д генерирующей лампы генератора ГЗ-41, работающего в режиме генераций тол ъко во время действия задающего импульса. Генератор ГЗ-41 может работать и в непрерывном режиме, который используется при настройке и юстировке ус тановки. Электрические сигналы с генератора ГЗ-4Т поступают на пьезоплас тинку, наклеенную на боковую стенку, кюветы с исследуемым образцом. Пьез опластинка преобразует электрические сигналы в упругие волны, которые начинают распространяться в исследуемой жидкости. Частота генератора ГЗ-41 контролируется частотомером ЧЗ-35А. Кювета с исследуемым образцом пом ещена в термостат, где ее температура контролируется с точностью 0.05 К. По о бе стороны от кюветы установлены поляризатор и анализатор, причем поляр изатор установлен таким образом, что на выходе из него свет поляризован под углом 45 относительно направления вертикали. Проходя через поляриз атор, фокусирующую систему, кювету и анализатор, луч от гелий-неонового л азера /длина волны 6328 А/ ЛГ-38 принимается фотоумножителем ФЭУ-79, сигнал с кот орого подается на осциллограф. Универсальный двухлучевой осциллогра ф С1-74 позволяет одновременно фиксировать электрический сигнал с генера тора ГЗ-41 /напряжение на пьезо- пластинке/ и сигнал с фотоэлектронного умн ожителя. Электромеханический модулятор представляет собой диск из неп розрачного материала, закрепленный на роторе электродвигателя, подклю ченного к источнику питания постоянного тока напряжением 24 В. На краю дис ка сделан прямоуголъный вырез. Электромеханический модулятор в совок упности с двумя нейтральными светофильтрами, ослабляющими световой по ток. соответственно в 12 и 145 раз, служит для определения интенсивности лазе рного луча при параллельном положении поляризатора и анализатора в отс утствие в среде ультразвуковой волны. §2 Термостатирование исследуемых образцов. При экспериментальном исследовании жидких кристаллов в области пере хода "изотропная фаза - мезофаза" ролъ термостатирования образцов очен ь значительна. Необходимость высокой стабильности термостатирования в близи фазового перехода связана с тем, что характерным масштабом измене ния физических величин в этом случае является величина где Т - текущая температура, а Т* - температура фазового перехода второго р ода. Кроме того восприимчивость исследуемых веществ к внешним воздейст виям, в том числе и к тепловым, сильно возрастает по мере приближения к Т. Для оценки требований, предъявляемых к термостату при исследованиях ж идких кристаллов вблизи перехода их в мезофазу, можно ввести следующие п араметры: 1. Погрешность поддержания средней температуры образца (Т. 2. Перепады температуры /градиенты/ в образце (Т. 3. Погрешность измерения температуры образца ( Tn . Поскольку в изотропной фазе жидких кристаллов Тn – Тn* обычно бывает по рядка 1°К, то и . Погрешность измерения температуры образца должна быть т акого же порядка. Для решения поставленных задач был изготовлен термостат с электронно й системой регулировки а поддержания заданной температуры /рис.4/. Основн ой частью является термостатируемый блок/1/, изготовленный из дюралюмини я, с полостью для кюветы и отверстием для термометра. Дюралевый блок поме щался внутрь азбоцементного кожуха /2/. Для лучшей термоизоляции простра нство между дюралевым блоком и асбоцементным корпусом заполнялись азб естовой крошкой /З/. Поскольку тепловыделение в кювете отсутствовало, и о на находилась в тепловом контакте с дюралевым блоком, мы считали, что тем пература кюветы была равна температуре блока. По внешней цилиндрическо й поверхности блокач в специалъно проточенных канавках располагались термометрический мост /два плеча из медного провода и два из манганиново го/ с сопротивлением плеч 30 ОМ и два нагревателя из нихромового провода по 36 Ом каждый. Балансировка моста при различных температурах проводилас ь внешним смещением в измерительной диагонали моста. Схема регулятора т емпературы блока приведена на (рис.5). Измерительный мост и источник смеще ния в цепи моста питались от батарей постоянного напряжения 1.4 В . Экспер иментальные измерения погрешности поддержания средней температуры об разца, а также перепадов температуры в верхней и нижней частях образца, п роведенные с помощью термопары, показали, что в термостате во всем интер вале термостатирования от З00оК до 425°К Измерения температуры дюралевого блока в ходе эксперимента проводилис ь с точностью ( 0.01К §3 Подготовка образцов к исследованию. При наличии химически чистого вещества основна я задача по очистке сводится к обеспыливанию образца. Общеизвестным и на иболее надёжным способом очистки жидкостей от пыли является их многокр атная перегонка, но жидкие кристаллы обеспыливатъ таким способом, ввиду их физико-химических свойств, очень трудно. Поэтому нами был использован способ фильтрования образцов через плотный тефлоновый фильтр с диамет ром пор 0.2 мкм. Для фильтрования был изготовлен специальный держатель фильтра, /рис. 3/, из готовленный из нержавеющей стали. 0собенность фильтрования заключаетс я в том, чтобы отфильтрованная часть образца не соприкасалась с атмосфер ным воздухом и не загрязнялась им. Кратко опишем ход фильтрования. Держатель фильтра б помощью резиново го уплотнительного кольца и металлической гайки соединялся со стеклян ной трубкой, к которой был приварен шарик для ополаскивания и кювета. В тр убке имелось также олива для откачки воздуха из системы. Общий вид систе мы филътрования показан на (рис.3). В корпус держателя фильтра наливался расплав фильтруемого образца и через оливу проводиласъ откачка воздух а из системы с помощью форвакуумного насоса. В результате созданной таки м образом разности давлений расплав продавливается через фильтр. После заполнения кюветы на 1/3 проводилось ополаскивание кюветы, а затем эта по рция сливалась в боковой шарик. Все операции проводились без разгерметизации фильтрующей системы. О поласкивание проводилось тремя порциями расплава и сводило содержание пыли в кювете к минимуму, а затем кювета заполнялась полностью. Потом дер жатель фильтра закрывался крышкой с тефлоновым уплотнением и в кювете с оздавался вакуум. Откачав из заполненной сиетемы, воздух и перекрыв шлан г для откачки на оливе, кювета отпаивалась. §4 Методика измерения двулучепреломления наведённого ультразвуком в и зотропной фазе жидких кристаллов. Принцип работы установки для измерения акустического двулучепрелем ления заключается в следующем: Луч от лазера ЛГ-38 проходит через телескопическую систему, при помощи к оторой диаметр пучка уменьшается до 1.5 мм и падает на кювету, заполненную жидким кристаллом, под углом 90°относительно направления распространен ия звука, а на выходе из кюветы принимается фотоумножителем. В определен ном положении поляризатора и анализатора, между которыми находится кюв ета, /они скрещены/, свет через эту систему в отсутствие звука не проходит. Как только звук “наводит” двулучепреломление, в выходящем из кюветы све товом потоке появляется компонента с вектором поляризации, повернутым по отношению к анализатору на угол . В этом случае на фотоумножителъ пада ет световой поток с интенсивностью /падающий на кювету свет поляризован под углом 450 относитeльно направления вертикали/. Здесь - интенсивность с вета, измеренная при параллельном положении поляризаторов в отсутстви и звука. Для того, чтобы измерить , выходящий из кюветы световой поток моду лируется при помощи механического модулятора и после этого сигнал восп ринимается фотоумножителем. Для того, чтобы ослабить интенсивность све тового потока перед лазером ЛГ-38 устанавливаются два нейтральных светоф илътра, ослабляющие свет соответственно в 12 и 145 раз. Величина наведенного двулучепреломления связана с простым соотноше нием (8) где L - оптическая длина пути /диаметр звукового пучка/ ; В нашем эксперименте = 1 см; длина акуcтического пути равна 1.5 мм; частота за полнения импульсов 3.2 МГц и 9.8 МГц; длительность импульсов 10 мкс, частота их с ледования 500 Гц. В процессе измерения кювета находится в термостате, темпе ратура которого автоматически контролируется с точностью 0.05 С. Для того, чтобы изучать температурную зависимость якустического двул учепреломления, необходимо знание интенсивности звука в точке, где пров одится измерение. Так как коэффициент поглощениия жидких кристаллов до вольно сильно изменяется с температурой при приближении к температуре фазового перехода, необходимо учитывать поглощение звука, т.е. изменение его интенсивности. Температурная зависимость для коэффициента поглощения звука для хол естерилмиристата была получена из экспериментов по изучению распростр анения ультразвука в изотропной фазе холестерилмирстата в широком инт ервале температур выше точки просветления, а также в окрестности фазово го перехода, в основе которых лежит явление дифракции света на ультразву ке. [10,11] Интенсивность ультразвуковой волны, пропорциональная квадрату ее ам плитуды, определялась следующим образом. В воде, где поглощение пренебрежимо мало, измерялась амплитуда дифрак ционных порядков , возникающих в результате дифракции света на ультразв уке /дифракция Рамана-Ната/, в зависимости от напряжения, подаваемого на п ъезокристалл на самом краю стенки /стенки волновода/. Был построен графи к зависимости A от U, где А - амплитуда 1-го дифракционного порядка, U - напряжен ие на пьезокристалле. Таким образом измеряя напряжение на пьезокристал ле, мы можем определить интенсивность звука с учетом поглощения на расст ояиии, равном половине длины акустического пути в виде. где - коэффициент поглощения звука, d - полуширина лазерного пучка. В нашем случае d = 0.075 см. Измерение акустического двулучепреломления проводилось в следующем порядке; Сначала при отсутствии звука и при параллельном положении поляризато ра и анализатора измеряласъ интенсивность проходящего пучка В скрещен ном положении поляризатора и анализатора при наведении звуком двулуче преломления на экране осциллографа появляется сигнал с интенсивностью I . Угол поворота плоскости поляризации под действием звука определяетс я по формуле Зная угол поворота плоскости поляризации по формуле можно вычислить значение акустического двулучепреломления. Измеряя ак устическое двулучепреломление на амплитуде звука строятся график зави симости от для каждой температуры. Из этих графиков строится график зави симости от температуры при одинаковой амплитуде звука. Таким образом по вышеописанной методике о учетом нестабильности излу чения лазера и других ошибок при проведении эксперимента можно определ ить с точностью до 20%. §5 Анализ полученных результатов и их обсуждение. На рис.2 представлена температурная зависимость величины наведённого д вулучепреломления для двух исследованных частот ультразвука 3.2 МГц и 9.8 МГц(Таблица 1). Как видно из рисунка, на частоте 3.2 МГц наблюдается длительны й рост величины акустического двулучепреломления по мере приближения к температуре перехода ИЖ – ХЖК (для исследованного образца холестерил мистата эта температура Тс соответствует 83.4 0С). В то же время на частоте 9.8 МГц мы наблюдаем практически постоянное, не зав исящее от температуры, значение двулучепреломления, наведённого акуст ическим полем. Такая заметная частотная зависимость величины акустиче ского двулучепреломления в изотропной фазе холестерилмистата может бы ть объяснена с применением теории предпереходного поведения вблизи кр итической точки перехода ИЖ – ЖК Ландау-Дежена и современных представл ений об эффекте акустического двулучепреломления в изотропной фазе жи дких кристаллов [4,5]. Согласно этим теориям акустическое двулучепреломле ние определяется параметрами звукового поля и температурной среды сле дующим образом [6]: где - время ориентационной релаксации, - среднее значение показателя пре ломления среды, - интенсивность звука. Параметром, определяющим поведение в (4), является . Анализ выражения (4) да ёт следующие граничные условия Таким образом, если время релаксации ориентации молекул намного меньше периода звуковой волны, то величина акустического двулучепреломления должна быть обратно пропорциональна (Т - Тс*). Т.е. по мере приближения к темп ературе перехода ИЖ-ЖК Тс* должен наблюдаться рост величины акустическо го двулучепреломления. В противном случае, т.е. при намного большем перио да звуковой волны, молекулы просто не успевают следовать за изменением а кустического поля и величина акустического двулучепреломления перест аёт зависеть от температуры среды. Температурное и частотное поведение величины двулучепреломления, наве дённого акустическим полем, в исследованном нами образце показывает, чт о для частоты ультразвука 9.8 МГц выполняется условие , поэтому величина дв улучепреломления на этой частоте имеет очень слабую температурную зав исимость. На частоте 3.2 МГц температурное поведение величины наведённог о двулучепреломления имеет более сложный характер. Вдали от точки фазов ого перехода мы наблюдаем температурную зависимость, во многом аналоги чную той, что характерна для частоты 9.8 МГц, т.е. практически не изменяющеес я с температурой значение величины двулучепреломления. В температурно м интервале 92 – 84 0С величина двулучепреломления начинает монотонно возр астать, что свидетельствует о том, что в данном температурном интервале перекрываются два режима Выводы: 1. Изучение двойного лучепреломления наведённого ультразвуком показыв ает, что по мере приближения к температуре перехода ИЖ – ХЖК, наблюдаетс я значительный рост величины акустического двулучепреломления. 2. Таким образом, если время релаксации ориентации молекул намного меньш е периода звуковой волны, то величина акустического двулучепреломлени я должны быть обратно пропорциональны. 3. Температурное поведение величины наведённого двулучепреломления им еет более сложный характер Литература : 1. R. Lucas, Comp. Rend. , 206, 827 (1938) 2. L. Petralia, Rev. Acoust. , 8, 121 (1939) 3. Цветков В. И., Крозер С.П., ДАН СССР, 63, 653 (1948) 4. Martinoty P., Bader M., J. Phys. (Fr.), 42, 1097 (1981) 5. П. ДеЖен, Физика жидких кристаллов, М. Наука, 1977 6. Френкель Я. И. , Кинетическая теория жидкостей, Издательство АН СССР, М . , 1945 7. A. Peterlin, J. Phys. Radium, 11, 45 (1950) 8. A. Peterlin, Rec. Trav. Chim., 69, 14 (1950) 9. J. Bador, J. Phys. Radium, 15, 777 (1954) 10. Лерман В. Ю., Кады ров Ш. А., Кашаева Л. М., Узб. Физ. Ш., 3, 22 (1977) 11. Ультрзвук: Маленькая энциклопедия, М. 1979
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
— Папа, а что такое секвестр бюджета?
— Это, сынок, когда расходы на кнуты увеличивают, а на пряники — урезают.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по физике "Изучение двойного лучепреломления наведённого ультразвуком", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru