Введение к работе
Актуальность работы. Исследование козффициента поглощения и скорости распространения ультразвуковых волн является вахкк» средством изучения таких вопросов молекулярной физики, как природа кехзюлекулярннх сил и кикетиіса молекулярных процессов, вмоклих большое значение для дальнейшего 'развития молекулярной теории гладкостей. На частотах ниже нескольких МГц собственные потеря в измерительной ячейке обычно значительно превнЕзот акустические потери в исследуемой тзїдкостя и в низкочастотном диапазоне ультразвуковых волн существует целая область, в которой аку-птячвекае измерения невозможны или возможности их сильно страни-
*!9Ут ПушеоХВУгЩае I3TOJ*!I тязлчрипвпЯИ CZT^ZZTT.' '"* "«гтяпИМЄНТа-
льном яенлпчвнии паразитных потерь при излирелплх с «««птмп эталонных жидкостей, но законность этого нгаишчения далеко не очевидна. В известной автору литературе отсутствует рекомендации по принцидаальиоцу улучшению возмезкостей ультразвукових методов. Поэтому дальнейшее развитие ультразвуковой спектроскопии с целы) создания прецизионных измерительных устройств невозможно без тщательного изучения ее физических основ, позволящих изучить и кардинально уненьгать паразитные акуствчеекзе потери в измерительных ячейках, научно обосновать существующие и новые методы акустический спектроскопия и т.д.
Целью работы является создание новых низкочастотных методов исследования акустических параметров, позволяязщх исследовать релаксации в слабопоглощащпх япдких средах, а так ке развитие теоретических методов для анализа физических основ ультразвуково? спектроскопии, который несбходїїм для создания прецизионных низкочастотных акустических иатодов исследования.
Научная новизна. Теоретически разработаны и зк-спертіентально исследованы 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 репмть проблемы уменьшения спектральной ШЮТН0С.ТЙ их резонансных частот и т.д.
Разработаны прецизионные метода для измерений коэффициента поглощения ультразвука и дисперсии скорости ультразвука в жидких
- 4 -средах на частотах 0,1-20 МГц, которые позволяют исследовать акустические параметры жидкостей, поглощение которых на один-дев порядка меньше, чем то, которое могло быть измерено с помощью известных методов.
Впервые изучены акустические спектры ряда слабопоглощающах жидкостей и их смесей в широком диапазоне частот и температур, выполнен анализ конкретних молекулярных механизмов акустически наблюдаемых релаксационных процессов.
Показано, что на низких частотах целый ряд жидкостей или не имеет акустических релаксаций, обнаруженных ранее другими авторами, или их измеренные дассипативные свойства имели на один-два порядка завышенные значения .
Изучено влияние дифракционных явлений на измерения акустических параиетроа среда. Получены дафракциошше 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 колеблющегося пьезодиска как наиболее близкого по параметрам к реальному пьезоизлучателю. Показано, что дифракционные поправки для поля поршневого излучателя и пьезодиска совпадают только для достаточно высоких частот.
Практическая ценность. Разработанные низкочастотные методы позволяют исследовать новые слабопоглощающие акустические релаксационные процессы в кидкостях.
Разработанные методы 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 шдкостеи могут быть использованы для дальнейшего развития теории мицеллообразупцих веществ, теорий, опиеывапцах критическое состояние в смесях жидкостей в конформационнне процессы в жидкостях.
Выражения для коэффициента отражения ультразвукового луча от пьезопластшш, имеющей электрическую нагрузку, могут применяться для расчетов коэффициента поглощения в импульсных методах.
Дифракционные поправочные формулы могут быть использованы
для устранения дифракционных 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 изиерензл акустических па-рлкетрсв в жидких средах иогут быть использованы для исследования релаксационных и других свойств этих сред в разнообразных областях науки и техники.
Итор защищает: теоретически разработанные и з::спертїи?чт»«кно исследованные Фзпкческие оскиьы ирацгз^спггз? ультразвуковой спектроскопии, позволяемо проанализировать п пз порядок уненыпить акустические потери в изиерительных ячейках, получить теоретические выражения для акустических и электрических импедвнсов 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 скорсст ультразвука с поммцью резонаторов, инеицих пьезолннзовые преобразователи.
-экспериментальные результата по акустической спектроскопии новых классов слабопоглощапщх шэдкостей в широкой температурной интерволе и анализ конкретных молекулярных механизмов акустически набяэдаешх релаксационных процессов.
-дифракционные поправочные фориулы к измеренный акустическим параметрам для импульсного метода и интерферометра. Результаты расчета дифракционного поля для защемленного по крав колеблющегося пьеэоднека.
Личный вклад авторе: в теоретическом и экспериментальном анализе физических основ прецизионной ультразвуковой спектроскопии, в разработке и создании прецизионных изиерительных 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)j 5-ой конференции социалистических стран по жидким кристаллам (Одесса, 1983), 5-ой Всесоюзной конференции "Не-
тодика и техника УЗ-спектроскопии" (Вшшнвс, 1984), на 2-ой конференции по ходкий средам (Флоренция, Италия, 1993), на 12-ой Европейской химической мевдународной 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 маишописного текста, включая 34 рисунка и библиографические ссылки из 129 наименований.
