Рассеяние света в критической точке

Необходимо отметить, что имеются определенные области состояний макроскопических систем, для которых характерно существование сильно развитых флуктуаций. Это прежде всего состояния вблизи критических точек равновесия жидкость—пар или жидкость—жидкость (для расслаивающихся растворов), а также состояния вблизи точек фазовых переходов второго рода. Резкое возрастание интенсивности рассеянного света вблизи критических точек жидких систем носит название критической Опалесценции. Велики относительные флуктуации параметров малых систем. Известным проявлением флуктуаций в малых объемах служит броуновское движение, обусловленное флуктуациями случайной силы, действующей на броуновскую частицу со стороны соседних молекул жидкости. [c.149]

Показатель т) может быть измерен в прецизионных экспериментах рассеянию света вблизи критической точки (см. [28]). [c.94]

Для полного понимания этих данных необходимо располагать информацией о межмолекулярных силах в системе, с одной стороны, а также микроскопической теорией действующего на молекулу электрического ноля — с другой. Согласно предположению Смолуховского [171], сильное увеличение интенсивности рассеянного света вблизи критической точки обусловлено флуктуациями плотности. Эйнштейн [62] обошел трудности, связанные с применением формул Релея к системе частиц, предположив, что жидкость состоит из изотропных элементов объема с диэлектрической проницаемостью 8, которая непрерывно меняется вследствие флуктуаций плотности или концентрации. Вычисляя работу сжатия или работу осмоса, которыми сопровождаются соответственно флуктуации плотности в однокомпонентной или флуктуации концентрации в двухкомпонентной жидкостях, Эйнштейн связал рассеяние с сжимаемостью Б однокомпонентной системе или с ее аналогом — осмотическим давлением в двухкомпонентной системе. [c.98]

В последние годы значительный интерес вызывает рассеяние света в критической области фазового перехода жидкость — пар ). Как известно, по мере приближения к критической точке коэффициент рассеяния стремится к единице. При этом рассеяние вперед составляет значительную долю пропущенного света, так что коэффициент экстинкции становится весьма большим и его нельзя измерить обычными способами. [c.106]

Физическая причина, вызывающая столь значительное дополнительное рассеяние света вблизи критической точки Кюри, состоит в том, что в этой температурной области возникают большие тепловые флуктуации некоторой характерной величины т], которая фигурирует в теории фазовых переходов второго рода, развитой Ландау, и служат там количественной мерой степени упорядоченности [107, 51]. Флуктуация величины г приводит к тому, что в кристалле, например, оказываются возможными появление и исчезновение областей, свойства которых отличны от свойств кристалла при равновесной температуре Т. В качестве параметра т] могут быть выбраны различные характеристики среды. Для уяснения физического смысла г укажем на некоторые примеры. Так, в сегнетоэлектриках в качестве характерного параметра г обычно может быть выбрана компонента спонтанной поляризации Р . Флуктуация Y] в этом случае вызовет появление и исчезновение малых областей спонтанной поляризации при температуре выше температуры Кюри, т. е. где в равновесном состоянии такое явление невозможно. [c.61]

Вдали от критической точки флуктуации не так велики, как в области критической точки, но они существуют и ими объясняется молекулярное рассеяние света в чистом веществе. [c.584]

Картина рассеяния света в широкой окрестности критической точки [c.281]

Классическая теория рассеяния света была предложена Орнштейном и Цернике [142—144]. Они выразили О (г) через так называемую прямую корреляционную функцию С (г), которая предполагалась отличной от нуля лишь в области порядка радиуса межмолекулярных взаимодействий. Допуская, что в критической точке [c.112]

Из этого краткого обзора ясно, что весьма желательно было бы располагать более подробной экспериментальной информацией о рассеянии света в газах вблизи критической точки. [c.118]

Очевидно, имеется большое число волновых векторов, расположенных в точках высокой симметрии, на осях или в плоскостях симметрии. Эти векторы перечислены в табл. 3. При этом выбран один вектор из каждой звезды и его координаты выписаны в явном виде. Согласно определению, данному в т. 1, 32 [см. (32.10)], этот вектор является каноническим волновым вектором своей звезды. Изучения фононов, симметрия которых задается векторами (и их звездами), соответствующими критическим точкам, оказывается достаточно для объяснения основных экспериментальных результатов по инфракрасному поглощению и комбинационному рассеянию света в совершенных и несовершенных кристаллах (см. гл. 3 и 4). [c.105]

Молекулярное рассеяние света может вызываться не только флуктуациями плотности, но и другими причинами. Интересным примером может служить рассеяние света в растворах. В обычных условиях молекулы растворенного вещества настолько равномерно перемешаны с молекулами растворителя, что весь раствор в оптическом отношении представляет собой почти столь же однородную среду, что и чистый растворитель. Флуктуации концентрации растворенного веш,ества в растворителе могут быть причиной рассеяния света. В обычных условиях флуктуации концентрации и обусловленное ими рассеяние света малы. Однако существует много комбинаций веществ, которые ниже определенной температуры Т , называемой критической температурой смешения, растворяются друг в друге только частично, а выше этой температуры смешиваются в любых пропорциях (см. т. И, 123). При критической температуре смешения две жидкости полностью смешиваются друг с другом только при вполне определенных весовых отношениях. Такова, например, смесь 20 частей по весу сероуглерода и 80 частей метилового спирта при температуре — 40 °С. При критической температуре смешения надо ожидать особенно больших флуктуаций концентрации, подобно тому, что имеет место для флуктуаций плотности вблизи критической точки. Действительно, при критической температуре смешения наблюдается очень сильное рассеяние света, аналогичное критической опалесценции. [c.607]

До сих пор мы рассматривали средние величины, характеризующие систему в состоянии термодинамического равновесия. Однако в любой системе все время происходят отклонения от этого состояния, называемые флуктуациями. Они ведут к ряду явлений, обнаруженных и изученных экспериментально. Местные отклонения плотности в газах, жидкостях и твердых телах вызывают рассеяние света в прозрачных телах, так называемое молекулярное рассеяние света. Особенно сильное рассеяние получается в жидкостях вблизи критической точки. Это так называемая критическая опалесценция — явление, долгое время остававшееся непонятным, так как оно, как и вообще флуктуационные явления, по существу противоречит термодинамике при том формальном понимании ее положений, которое им придавали прежде. Объяснение флуктуационных явлений могло быть дано только уже в рамках статистической теории, с точки зрения которой они неизбежно должны иметь место в любой системе. [c.241]

Интенсивность света, рассеянного на адиабатических флуктуациях плотности, вблизи от критической точки и в самой этой точке никаких катастрофических изменений не претерпевает, слабо меняется, оставаясь конечной во всей области изменения температуры, между тем как второе слагаемое, определяющее интенсивность света, рассеянного на изобарических флуктуациях, вместе с в критической точке обращается в бесконечность. [c.54]

В этом случае в критической точке интенсивность рассеянного света остается конечной, но при этом возникает другая нелепость. А именно, интенсивность рассеянного света оказывается теперь пропорциональной не объему V, как естественно ожидать, [c.55]

Известно, что вблизи критической точки совершенно прозрачная среда становится мутной— происходит интенсивное рассеяние света, причем в непосредственной близости от критической точки интенсивность рассеянного света / Это явление носит название критической опалесценции. [c.310]

Указание Смолуховского на наличие флуктуаций, приводящих к оптическим неоднородностям вблизи критической точки, не ограничивается одним только объяснением критической опалесценции. Оно показывает, где надо искать причину нарушения оптической однородности среды, приводящую к рассеянию света вообще. Дело в том, что хотя однородное распределение молекул удовлетворяет второму началу термодинамики (такое распределение соответствует максимуму энтропии системы), в системе всегда возможны отклонения от наиболее вероятного (среднего), соответствующего максимуму энтропии распределения. [c.318]

В 1910 г. Эйнштейн дал количественную теорию молекулярного рассеяния света вдали от критической точки, основанную на идее возникновения оптических неоднородностей среды вследствие флуктуаций диэлектрической проницаемости, As. [c.584]

Флуктуациями обусловлены многие экспериментальные наблюдаемые явления. Так, ло-кальные флуктуации плотности (и, следовательно, показателя преломления прозрачной среды) являются причиной молекулярного рассеяния света. Наиболее сильное рассеяние наблюдается в жидкости вблизи критической точки (критическая опалесценция), где флуктуации плотности особенно ве- [c.291]

Наличие ближнего порядка вблизи точки Кюри приводит к повышению интенсивности магнитного нейтронного рассеяния (так Называемое критическое рассеяние). Оно аналогично явлению опалесценции, наблюдаемому в жидкостях вблизи критической температуры. Опалесценция также обусловлена рассеянием света на очень малых упорядоченных областях. [c.227]

Постановка и классификация задач о рассеянии волн. Задача о дифракции на многих телах относится ко многим физическим явлениям, связанным с рассеянием волн на неоднородностях. (В оптике —критическая опалесценция смесей жидкостей, явление красной зари и голубого цвета неба, явление Тиндаля, когда ярко проявляется рассеяние поляризованного света в определенных направлениях, и-т. д. в ядерной физике —рассеяние нейтронов в теории металлического состояния —рассеяние электронных волн, Сюда же относят все случаи дифракции рентгеновских лучей.) Несмотря на то что эти явления принадлежат к различным областям физики, методы изучения рассеяния на совокупности неоднородностей сходны, поэтому повсюду применяют одинаковую терминологию. Рассмотрим основные понятия оби ей теории рассеяния волн на совокупности рассеивателей. Задача о рассеянии волн на многих частицах сложна и поддается анализу в двух крайних случаях. Когда поперечник рассеяния меньше геометрического сечения частицы (например, рассеяние длинных волн на жестких частицах, взвешенных в воде), то следует говорить о слабом рассеянии. Если поперечник рассеяния значительно больше, чем геометрическое поперечное сечение отдельных неоднородностей, то следует говорить о сильном рассеянии (например, рассеяние звука на газовых пузырьках в жидкости). [c.314]

Значительное рассеяние делает среду мутной, непрозрачной. Оно, естественно, появляется там, где создаются возможности для развития больших флуктуаций плотности. По этой причине сильно рассеивает свет веш,ество, находящееся в критическом состоянии. Это явление называется критической опалесценцией. (Следует заметить, что описанный метод исследования молекулярного рассеяния света вблизи критической точки, вообш,е говоря, неприменим. Точная теория критической опалесценции требует учета корреляции флуктуаций в близлежаш,их объемах газа они не могут считаться независимыми в состояниях с большей сл имаемостью, где флуктуации весьма велики.) [c.185]

Флуктуации плотности становятся очень большими при приближении к критической точке рассматриваемого вещества, так как при этом производная дР ду стремится к нулю. Этим объясняется так называемая критическая опалесценция, т. е. очень сильное рассеяние света в окрестности критической точки. Явление это было известно задолго до создания СмолуховсКим и Эйнштейном теории флуктуаций, но его причина оставалась неясной вплоть до появления работ этих ученых. В самой критической точке формула Эйнштейна (98.20) дает для интенсивности рассеянного света бесконечное значение. Отсюда следует, что в окрестности критической точки эта формула неприменима. Причина заключается в том, что флуктуации плотности в малых объемчиках б,К в окрестности критической точки уже нельзя считать статистически независимыми. Орнштейн и Цернике обобщили формулу Эйнштейна на случай рассеяния света вблизи критической точки. Так как здесь линейные размеры неоднородностей, на которых рассеивается свет, уже не малы по сравнению с к, то интенсивность рассеянного света не про- [c.606]

Измерения углового распределения интенсивности рассеянного света вблизи критической точки для чистого вещества приобрели особый интерес в связи с новыми теоретическими исследованиями Гитермана и Конторовича [606], в которых учитывается влияние пространственной дисперсии на распространение звуковых волн и рассеяние света (см. также 5). Функция g r) не поддается строгому теоретическому расчету в случае даже сравнительно простых органических жидкостей. Но она может быть получена из эксперимента по исследованию угловой зависимости интенсивности рассеянных рентгеновских лучей. [c.60]

В критической точке (дР1ди)г = 0, и согласно (17.46) интенсивность рассеянного света бесконечна. В действительности же рассеяние в критическом состоянии очень велико, но конечно. Формула (17.46) в этом случае (и практически до 1—2 К от критического состояния) неприменима, так как она получена в предположении статистической независимости флуктуаций плотности в различных элементах объема v (в том числе и соседних) рассеивающего объема V. [c.305]

Условие спинодали др/ди) = О соответствует бесконечно большой снижаемости макроскопически однородной массы. Это означает, что бесконечно малым изменением давления можно вызвать конечное изменение объема вещества. Мыслимы два механизма высокой сжимаемости. 1) Изменение объема происходит за счет равномерного изменения всех межмолекулярных расстояний. 2) Развиваются микронеоднородности структуры в форме пространственно-временного чередования уплотнений и разрежений. Френкель говорил в этом смысле о геометрической и структурной сжимаемости. Реальной картине соответствует второй случай. Он наглядно подтверждается опытами по рассеянию света в окрестности критической точки (см. гл. 10). Структурная сжимаемость проявляется уже в простейшей трехатомной линейной модели [8]. [c.257]

Спонтанное зародышеобразование в метастабильной фазе обусловлено флуктуациями и служит их наглядным проявлением. Один из возмонлных механизмов возникновения островка изотропной фазы состоит в том, что в малом объеме флуктуационным путем создается достаточно большой радиальный градиент плотности. Тогда объем веш ества теряет устойчивость, и внутри него появляется пузырек или капелька со свойствами новой фазы. Минимально необходимая величина градиента плотности определяется свойствами переходного физического слоя между сосуществующими фазами [246]. С приближением к критической температуре переходной слой утолщается, а соответствующий ему градиент плотности стремится к нулю. На первый взгляд кажется, что для гомогенного зародышеобразования требуется существенное повьппе-ние уровня флуктуаций в метастабильной фазе по сравнению с условиями, которые имеют место вблизи линии насыщения. Однако экспериментальные данные не подтверждают этого. Результаты, изложенные в гл. 8, свидетельствуют о слабом росте сжимаемости на изотермах при достижимых перегревах н-гексана (/ 10 см -сек -). Следовательно, по (9.30) мало растут и флуктуации плотности в заданном объеме жидкости. Исключение составляет область вблизи критической точки. Такой же вывод можно сделать из опытов Джалалуддина и Замкова [118] по рассеянию света в перегретом эфире. Рассеяние сохраняет релеевский характер (/ — до тех пор, пока в жидкости не появится много зародышевых пузырьков, г > Гк. Аналогичный результат был получен Морман-ном [120], который наблюдал за рассеянием света в конденсирующихся пересыщенных парах. [c.274]

Возрастание времени релаксации около критической точки отражает замедленность рассасывания в системе флуктуаций экстенсивных параметров (энтропии, плотности, концентрации). Усиливаются не только пространственные, но и временные корреляции распределения молекул. В опытах [333] наблюдалось сужение линии рассеяния света в SF с приближением к критической точке но изохоре (рк — р)/рк 0,02. Для анализа флуктуаций фототока при регистрации рассеянного пучка использовалась специальная аппаратура с шириной полосы спектрального анализатора 10 гц (разрешающая сила — S-IO ). Источником света служил Не — Ne-лазер, ширина линии около 2 гц. Если амплитуда G временной корреляционной функции для рассеяния спадает экспоненциально, G ехр [— Fi], то интенсивность флуктуационного сигнала имеет вид [c.301]

B. П, Скрипов Уравнение состояния углекислоты и рассеяние света в окрестности критической точки , В. П. Скрипов и Г. В. Ермаков Исмедование предельного перегрева жидкостей в широком интервале давлений, И. И. Перельштейв Методы [c.306]

Надежные измерения поправки Орнштейна — Цернике вблизи критической точки газ — жидкость почти совершенно отсутствуют. В большинстве экспериментов по рассеянию света в газах в критической области (С2Н4, 8Гб, СО2) измерения проводились либо для фиксированного угла рассеяния (обычно 0 = 90°), либо в проходящем свете [28, 7, 135, 136, 15, 170]. Поэтому в настоящее время едва ли можно говорить об определении корреляционной функции или сжимаемости вблизи критической точки но результатам измерения рассеяния света. Авторы настоящей статьи произвели некоторые предварительные измерения ) рассеяния видимого света в СО2 в области критической опалесценции в интервале углов 15° < 0 <С 135°. В этом интервале не обнаружено угловой зависимости даже при температурах, отличающихся от критической на одну сотую градуса. Однако, поскольку вблизи критической точки не замечено соответствующего возрастания коэффициента экстинкции, вполне возможно, что при Т — Гс < 0,1 °С многократное рассеяние уже маскирует истинное поведение, согласующееся с теорией Орнштейна — Цернике. [c.117]

Сравнение табл. 41а, 416 и 41в показывает весьма хорошее общее согласие между результатами комбинационного рассеяния, обработанными с помощью концепции критических точек плюс теоретико-групповой анализ, и данными, полученными по рассеянию нейтронов. Хорошее согласие имеется также с результатами, полученными из инфракрасных спектров как на совершенных [91], так и на несовершенных кристаллах [102], где благодаря нарушению симметрии становятся активными однофононные процессы в критических точках на границе зоны, запрещенные в идеальной решетке. Темпл и Хатэвей [101] обнаружили также интересное свойство комбинационного рассеяния, заключающееся в том, что компонента (Г1- --) рассеянного света оказывается существенно интенсивнее, чем компоненты (Г12+) и (Г25+). Следует напомнить (см. правила отбора в табл. 37), что в обертонах могут быть активными все три представления. [c.193]

Пренебрегать взаимной свободной энергией уже нельзя, если основные учтенные члены в Д ]) обращаются в нуль. Так как они пропорциональны др1ди, то это имеет место в критической точке, где формула (32.9) в силу сказанного неприменима. Неприменимость ее непосредственно вблизи критической точки (практически в интервале температур 1—2 К), впрочем, видна уже из того, что йз нее вытекает для этой точки нелепый результат — бесконечная интенсивность рассеянного света ). [c.274]

Еще в своей основной работе (Ann. d. Phys., 1900, v. 25, p. 190 и 205) Смолуховский, не учитывая взаимодействия между разными объемами, пытался в критической точке, для которой квадратичные члены равны нулю, учитывать член четвертого порядка в разложении Ai ). Это, как мы видели, лежит вне границ применимости принципа Больцмана. Действительно, можно показать, что тогда мы приходим к внутренне противоречивому выражению для вероятности, ведущему также к нелепому результату интенсивность света, рассеянного объемом, пропорциональна не этому объему У, а У . Теория флуктуаций и рассеяния света для состояний, очень близких к критическому, свободная от этих недостатков, основанная иа учете взаимодействия, дана Орнстейном и Цернике. [c.274]

Дело заключается в том, что изотермическая сжимаемость Ру при приближении к кригическому состоянию сильно возрастает (она обращается в бесконечность в критической точке, если пользоваться уравнением Ван-дер-Ваальса). Вместе с тем, как это следует из формул (1.25) и (1.69), неограниченно возрастают и интенсивность рассеянного света /, и коэффициент рассеяния 7 , обращаясь в бесконечность при критической температуре. Формула (1.92) позволяет выяснить, какое слагаемое ответственно за огромное возрастание интенсивности рассеянного света. [c.54]

Много внимания в Статистической физике М. А. Леонтович удглил рэлеевскому молекулярному рассеянию света в окрестности критической точки. Основной подход к решению этого вопроса и аналогичных ему также разработан самим Леонтовичем. [c.7]

Для Ф. п. II рода характерно отсутствие скачков плотности в-ва, концентрации компонентов, теплоты перехода. Но точно такая же картина наблюдается и в критич. точке на кривой Ф. п. I рода (см. Критические явления). Сходство оказывается очень глубоким. Ок. критич. точки состояние в-ва можно характеризовать величиной, играющей роль параметра порядка. Напр., в случае критич. точки на кривой равновесия жидкость—пар — это отклонение плотности от ср. значения. При движении по критич. изохоре со стороны высоких темп-р газ однороден, и отклонение плотности от среднего значения равно нулю. Ниже критической температуры в-во расслаивается на две фазы, в каждой из к-рых отклонение плотности от критической не равно нулю. Поскольку вблизи точки Ф. п. II рода фазы мало отличаются друг от друга, возмояшо образование зародышей большого размера одной фазы в другой фазе [флуктуация), точно так же, как вблизи критич. точки. С этим связаны многие критич. явления при Ф. п. II рода бесконечный рост магнитной восприимчивости ферромагнетиков и диэлектрической во с приимчивос ти сегнетоэлектриков (аналогом явл. рост сжимаемости вблизи критич. точки жидкость—пар), бесконечный рост теплоёмкости, аномальное рассеяние эл.-магн. волн [световых в системе жидкость—пар (см. Опалесценция критическая), рентгеновских в ТВ. телах], нейтронов в ферромагнетиках. Существенно меняются и динамич. явления, что связано с очень медленным рассасыванием образовавшихся флуктуаций. Напр., вблизи критич. точки жидкость—пар сужается линия рэлеевского рассеяния света, вблизи Кюри точки ферромагнетиков и Нееля точки антиферромагнетиков замедляется спиновая диффузия (происходящее по законам диффузии распространение избыточной намагниченности) и т. д. Ср. размер флуктуаций (радиус корреляций) Я растёт по мере приближения к точке Ф. п. II рода и становится в этой точке бесконечно большим. [c.801]

Явление, напоминающее критическую опалесценцию, происходит также вблизи температуры фазового перехода второго рода. Как показали И. А. Яковлев п др. , в узком температурном интервале (ЛТ при фазовом переходе второго рода в кварце интенсивность рассеянного света возрастает Ю" раз по отношению к интенсивтюстп света, рассеянного по обе стороны от температуры перехода. Это явление хороню объясняется и количественно описывается теорией рассеяния света, развитой акад. Гинзбургом при фазовых переходах второго рода в области критической точки Кюри. [c.311]

С 1893 г. известно, что в критическом состоянии газ особенно сильно рассеивает свет он начинает, как говорят, опалесцировать. М. Смолуховский впервые (1908) указал, что критическая опалесценция возникает вследствие увеличения флуктуации плотности газа. Из-за неоднородного распределения плотности при флуктуациях коэффициент преломления среды в разных точках различен, и это вызывает рассеяние света. [c.304]

ОПАЛЕСЦЕНЦИЯ КРИТИЧЕСКАЯ — резкое усиление рассеяния света чистыми веществадш в критических состояниях, а также растворами жидкостей или газами при достижении ими критических точек. О. к. объяснена в 1907 М. Смолуховским (М. ЗтоШейолубк ), показавшим, что при критич. темп-ре сжимаемость вещества сильно возрастает, в связи с че.м энергия теплового движения его частиц становится достаточной для внезапного сильного увеличения числа микроскопич. флуктуаций плотности. В результате этого среда, практически прозрачная при темп-рах выше и нише критической, в критич. состоянии становится мутной средой. ОПЕРАТОР в математике, см. Линейний оператор. [c.409]

Вблизи точек Ф. п. 2-го рода наблюдается также аномальный рост флуктуаций. Так, флуктуации плотности вблизи критич. точки приводят к усилению рассеяния светя (т. н. опалесценция критическая), вблизи магнитных фазовых переходов усиливается рассеяние нейтронов на флуктуациях магн. моментов, структурные фазовые переходц 2-го рода в кристаллах сопровождаются аномальным рассеянием рентг. лучей. При флуктуац. явлениях вблизи Ф. п. 2-го рода резко замедляются процессы установления рав новесия в системе (см. Кинетика фазовых переходов). [c.272]

Дополнительно отметим, что тщательно проведенные измерения поверхностного натяжения ксенона [101], диоксида углерода [102], гексафторида серы [103] методом рассеяния света от интерфазы показали, что вблизи критической точки значения О заключены между 1,25 и 1,34. На рис. 2.10 показана типичная зависимость поверхностного натяжения индивидуальных веществ от температуры в логарифмических координатах. [c.83]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...