Компоненты Мандельштама — Бриллюэна в жидкости

Поглощение гиперзвука и ширины компонент Мандельштама — Бриллюэна в жидкостях [c.316]

В экспериментах, описанных в [599, 609], наблюдалось, что в последовательном рассеянии возникало до девяти эквидистантных линий, а в работе [630] при рассеянии в сероуглероде наблюдалось семнадцать компонент, Измерение скорости гиперзвука дано в табл. 16. Поскольку ширина полосы флуоресценции рубина составляет а смещение компоненты Мандельштама — Бриллюэна в жидкостях имеет 0,2 то в принципе можно было бы наблюдать до пятидесяти линий последовательного вынужденного рассеяния. До сих пор наблюдалось лишь меньшее число компонент. Возможно, что это объясняется недостаточной интенсивностью возбуждающего света, а возможно, что причина в другом. Этот вопрос еще должен быть подвергнут анализу. На рис. 102 приведена фотография спектра вынужденного рассеяния Мандельштама— Бриллюэна в нитробензоле при различных температурах. Полученные результаты опытов с последовательным рассеянием позволяли надеяться, что по большому числу узких эквидистантных линий можно будет определить скорость гиперзвука с большой точностью Оптимистические оценки [599] предполагают повышение современной точности измерения скорости гиперзвука на два порядка. Однако столь высокая точность определения скорости вряд ли реальна из-за неконтролируемого нагревания, возникающего в области фокуса луча лазера [630]. [c.414]

В М. а. для исследований обычно применяется УЗ- и гиперзвуковые волны в газах — в диапазоне частот Ю Гц, а в жидкостях и твёрдых телах — в диапазоне 10 —10 Гц. Использование оптич. методов, а именно измерение смещения и ширины компонент Мандельштама — Бриллюэна рассеяния и определение по ним скорости и коэф. поглощения звука, позволило расширить диапазон применяемых частот вплоть до десятков ГГц. [c.194]

Итак, для простых одноатомных жидкостей сдвиг частоты в первом приближении пропорционален термодинамической скорости звука Vo Из выражения (59) также вытекает, что отношение интенсивностей компонент Релея и Бриллюэна — Мандельштама определяется формулой Ландау — Плачека (38). [c.130]

В жидкостях наблюдаются 2 компоненты Мандельштама — Бриллюэна. В твердом аморфном теле — 4 компоненты, 2 из к-рых вызваны продольным и [c.127]

Процесса. Это относится, строго говоря, ко всем жидкостям, но различие между (7.4) и соответствующей термодинамической формулой выступает особенно сильно, когда в жидкости обнаруживается заметная дисперсия скорости звука. Примером могут служить такие жидкости, как бензол, сероуглерод, четыреххлористый углерод и др., в которых нами была обнаружена дисперсия МО—20% (см. гл. VI). Вследствие дисперсии скорости звука интегральная интенсивность в этих жидкостях должна быть примерно на 20— 40% ниже вычисленной из термодинамических значений параметров. Интенсивность центральной компоненты, так же как и /мб, должна рассчитываться с учетом скорости рассасывания изобарических флуктуаций. Но если флуктуации давления меняются быстро, что выражается в смещении компонент Мандельштама— Бриллюэна на величину 10 гц, то изобарические флуктуации плотности изменяются несравненно более медленно. В рассеянном свете они проявляются в виде несмещенной линии, максимум которой соответствует со=соо. Полуширина этой линии для различных жидкостей несколько различна, но в среднем лишь немного отличается от 6(0/-- 10 гц. Таким образом, в формировании центральной компоненты принимают участие процессы, почти на три порядка более медленные, чем процессы, обусловливающие смещенные линии. [c.114]

Для большей части жидкостей, изученных разными авторами, Q jX заключено в пределы от 0,5 до 0,7, и, следовательно, с точки зрения существующей теории нельзя ожидать заметной деполяризации компонент Мандельштама — Бриллюэна. [c.311]

Рассмотрение упомянутых выше работ с методической стороны показывает, что они в различных пунктах несвободны от недостатков, иногда очень существенных [29, 53, 243]. И возможно, что именно методические недостатки привели к тому, что была найдена конечная и даже значительная деполяризация компонент Мандельштама — Бриллюэна в маловязких жидкостях. [c.312]

Таким образом, нам представляется, что в маловязких подвижных жидкостях компоненты Мандельштама — Бриллюэна и центральную компоненту с хорошей фотометрической точностью можно считать полностью поляризованными. [c.314]

Учитывая, что vf<,v, найдем, что поперечный дублет будет внутренним, т. е. более близким к несмещенной частоте, чем продольный дублет. Таким образом, в жидкостях с большой сдвиговой вязкостью и в твердых аморфных телах нужно ожидать не двух компонент Мандельштама — Бриллюэна, как в маловязких жидкостях, а четырех. [c.339]

Так как величина сдвига й определяется отношением скорости звука к скорости света, для наблюдения компонент Бриллюэна — Мандельштама требуется разрешение 1 10 . В свете, рассеянном жидкостями, эти компоненты впервые экспериментально обнаружил Гросс [88, 89]. Однако, к удивлению экспериментаторов, все спектральные измерения указывали, что, помимо дублета Бриллюэна — Мандельштама, в спектре присутствует третья, несмещенная компонента. Объяснение этого явления было дано в 1934 г. Ландау и Плачеком [103, 102] ). Звуковые волны представляют собой флуктуации давления при постоянной энтропии. В общем случае следует учитывать также флуктуации энтропии при постоянном давлении. [c.122]

Сжимаемость и соответствующая полная интегральная интенсивность рассеянного в СОг света приводились на фиг. 2 и 3. На фиг. И изображено отношение интенсивности центральной компоненты к интенсивности компонент Бриллюэна — Мандельштама. Поскольку для СОг рассматриваемые частоты фононов гораздо выше частоты колебательной релаксации [79], отношение интенсивностей дается модифицированной формулой Ландау — Плачека (63) с колебательной удельной теплоемкостью j = 0,06 кал/г-К [111]. В спектре света, рассеянного разреженным газом, а также жидкостью большой плотности, интенсивность более или менее равномерно распределена между центральной компонентой и боковыми компонентами. В надкритической области преобладает релеевская компонента. Однако интенсивность компонент Бриллюэна — Мандельштама, пропорциональная с , также возрастает по мере приближения к критической точке, хотя и гораздо медленнее. [c.133]

Смещение частоты может быть объяснено и чисто кинематически сдвиги частоты происходят из-за доплеровского эффекта при рассеянии света на движущихся решетках флуктуаций плотности. Это так называемый дублет Мандельштама — Бриллюэна-, смещенные спектральные линии находятся слева и справа от несмещенной спектральной линии. Несмещенная линия, теорию происхождения которой дали Л. Д. Ландау и Г. Плачек [181, появляется вследствие флуктуагщи энтропии (для некоторых жидкостей, например для воды, эта линия может отсутствовать). Все три линии, или триплет, образуют так называемую тонкую структуру линии рэлеевского рассеяния. Спектральная линия МБР слева от центральной линии, имеющая частоту / —й, носит название стоксовой компоненты, а справа от/в, имеющая частоту /о+ 2 — антистоксовой компоненты. Эффект МБР был впервые независимо обнаружен в опытах Е. Ф. Гросса [19] и Т. С. Ландсберга и Л. И. Мандель- [c.45]

Рассеяние света на тепловых акустических колебаниях [1, 3, 4] в принципе ничем не отличается от рассеяния на когерентных звуковых волнах. Однако его математическое описание несколько более сложно, так как тепловые возбуждения обладают широким спектром частот и волновых векторов, в результате чего рассеяние происходит во всех направлениях. Так же, как и в случае когерентных световых волн, при рассеянии на тепловых колебаниях наблюдается смещение частот дифрагированного света. Это смещение впервые было предсказано Мандельштамом и Бриллюэном именно для рассеяния на звуковых волнах теплового происхождения, что и послужило причиной называть его мандельштам-брил-люэновским рассеянием (МБР), в отлщие от рассеяния на неподвижных неоднородностях — рэлеевского рассеяния, происходящего без сдвига частоты [1]. В экспериментах с жидкостями обычно наблюдаются две смещенные линии мандельштам-бриллюэновского рйссеяния стоксова линия, имеющая более низкую частоту по сравнению с частотой падающего света (см. также 2), и антистоксова линия, характеризующаяся более высокой частотой. Для твердых кристаллических тел как правило наблюдаются три стоксовы и три антистоксовы компоненты в соответствии с тремя типами акустических волн в кристалле — одной квазипродольной и двумя квазипоперечными. При наличии свободной поверхности в результате рассеяния на тепловых поверхностных волнах в спектре рассеянного света могут появиться и дополнительные линии. [c.346]

Действительно, как следует из теории явления (см. 6, 7) и данных опыта (см. ниже), компоненты Мандельштама — Бриллюэна и центральная компонента в маловязких жидкостях полностью поляризованы, и поэтому в -компоненте они оказываются неослабленными. На компоненты тонкой структуры накладывается интенсивное и деполяризованное крыло, которое уменьшает контрастность картины и в некоторых случаях ведет к смегдению положения компонент Мандельштама — Бриллюэна и к искажению распределения интенсивности в них. Применение поляризатора уменьшает интенсивность крыла в г-компоненте почти в два раза, и таким путем заметно улучшаются условия измерения. При измерениях частот компонент Мандельштама — Бриллюэна в качестве поляризатора могут быть использованы соответствующим образом ориентированные поляроиды, призмы Глана или Николя. [c.184]

Описанные в литературе экспериментальные данные, относящиеся к этому вопросу, не согласуются между собой. Первое измерение поляризации компонент тонкой структуры, выполненное Вирусом [236], убедительно показало, что в толуоле релеевский триплет полностью поляризован. Тот же результат для толуола был получен еще раньше Раманом и Pao [499]. Качественные исследования Гросса и Сыромятникова [475] также показали, что не существует деполяризации компонент Мандельштама—Бриллюэна даже в таких вязких жидкостях, как п-крезол и фенол. К тем же выводам пришли Венкатесваран [257] и Сунанда Баи [258]. [c.311]

С другой стороны, все эти авторы были единодушны в том, что в спектре света, рассеянного стеклами, наблюдается довольно узкая и очень интенсивная центральная линия тонкой структуры. По-видимому, то обстоятельство, что все попытки найти компоненты Мандельштама — Бриллюэна в стеклах не дали положительного результата, побудило Рэнка и Дугласа [483] сделать пессимистическое замечание, что в силикатных стеклах в принципе не могут наблюдаться смещенные линии тонкой структуры. Их рассуждения приблизительно таковы стекло — это жидкость с максимальной вязкостью. Коэффициент поглощения (см. (5.21)), а полуши- [c.339]

Позже Венкатесваран [1721 провел исследование тонкой структуры в ряде вязких жидкостей и в том числе в глицерине и касторовом масле. Пользуясь для возбуждения рассеянного света линиями спектра цинка 4810, 4622 и 4722 А, он сумел наблюдать компоненты Мандельштама — Бриллюэна в глицерине вплоть до вязкостей 120,4/гз, а для касторового масла—до 6,04 пз. При этих вязкостях смещенные компоненты очень слабы по интенсивности. При уменьшении вязкости и-нтенсивность компонент росла. Уменьшение интенсивности компонент Мандельштама — Бриллюэна с ростом вязкости указывает на то, что явление релаксации еще не наступило. Если это действительно так, то критерий существования четкой тонкой структуры можно рассчитать из классического выражения для а (см. (5.21)). При этом окажется, что и для глицерина, и для касторового масла аЛ 1 и, следовательно, не должна была бы наблюдаться тонкая структура. Тот факт, что она наблюдалась, с несомненностью указывает на то, что релаксация уже наступила. А если это так, то при повышении вязкости тонкая структура должна становиться отчетливей, чем при уменьшении вязкости. Результаты Венкатесварана, казалось, противоречат тому,что следовало ожидать. Но это только кажется на первый взгляд. В дальнейшем мы попытаемся дать возможное объяснение кажущемуся противоречию.,Первое сообщение о том, что найдены отчетливые компоненты Мандельштама — Бриллюэна в плавленом кварце, было сделано Р. Кришнаном [225]. Работа была выполнена на спектрографе с камерным объективом с фокусным расстоянием, равным 3 .4 , и с разрешающей силой 30 000 в области линии 2536,5 А. Этой линией возбуждался рассеянный свет. На пути рассеянного света к щели спектрографа помещалась кювета с парами ртути при комнатной температуре. В парах ртути полностью поглощалась линия неизмененной частоты (см. 12). При температуре кварца 30° С наблюдались слабые линии, а при температуре 300° С достаточно интенсивные линии Мандельштама — Бриллюэна. Смещение компонент составляло Аг = +1, в то [c.341]

В чем заключается причина такого экспериментального результата, как следует из сказанного, было понято не сразу. Одна из причин отсутствия тонкой структуры в рассматриваемом случае могла бы заключаться в следующем основываясь на представлениях релаксационной теории, можно было предположить, что в случае, когда релаксирует большая величина т], будет велико и Ди/и, т. е. для больших частот жидкость будет вести себя как твердое тело. Предположим теперь, что Avlv это означает, что скорость гиперзвука при переходе от малых к большим вязкостям удваивается. Если бы было так, то это привело бы к весьма существенным следствиям, главным образом экспериментального характера. Действительно, интегральный коэффициент рассеяния для обеих компонент Мандельштама — Бриллюэна при наблюдении под углом 0 = 90° выражается формулой (18.13). Если вспомнить, что / 9о пропорционально а обратно пропорциональна квадрату скорости гиперзвука, становится ясно, что существенно зависит от скорости гиперзвука. Если предположить, что для частот 10 гц вязкая среда ведет себя как аморфное твердое тело и скорость звука, грубо говоря, удвоилась, то а вместе с ней и 7 9о уменьшится в 4 раза. Принимая во внимание, что (18.13) линейно зависит от абсолютной температуры, различие в интенсивности еще более увеличится, следовательно, можно считать, что интенсивность компонент Мандельштама — Бриллюэна в триацетине, глицерине уменьшится в 4,5—5 раз по сравнению с интенсивностью смещенных компонент в этих средах при комнатной температуре и малой вязкости. Вероятно этим и определяется результат Венкатесварана [172]. Если это так, то вместо 10—12 час экспозиции на нашей установке экспозиция должна достигнуть 50—60 час. В тех установках, где экспозиции длились сутками [172, 257], теперь она должна длиться неделями или, другими словами, эксперимент становится сверхтрудным. [c.342]

Как будет показано в 3, п. 1, спектр рассеянного света имеет триплетную структуру центральную компоненту Релея и две компоненты Бриллюэна — Мандельштама. При использовании лазеров удается измерить деполяризации отдельных компонент. Коэффициент деполяризации линий Релея и Бриллюэна — Мандельштама для различных жидкостей был измерен Рэнком и др. [156]. [c.110]

Проведенное здесь рассмотрение спектра жидкостей и газов, состоящих из одноатомных молекул, можно распространить па системы, состоящие из более сложных молекул, если известно приближенное обобщение линеаризованных уравнений гидродинамики (45), которое описывает фурье-компоненты флуктуаций в этом случае. Например, спектр системы сферически симметричных молекул с внутренними степенями свободы можно получить либо путем введения частотной зависимости объемной вязкости [129], либо путем добавления гидродинамического уравнения еще для одной переменной состояния, характеризующей внутреннюю степень свободы [131]. В частности, Маунтейн [129] детально рассмотрел случай, когда переход энергии от внутренних степеней свободы описывается одним временем релаксации. Этот релаксационный процесс приводит не только к изменению ширины и смещению компонент Бриллюэна — Мандельштама, по и к появлению новой несмещенной линии, которая впоследствии экспериментально была обнаружена [85]. При этом отношение интенсивностей компонент уже не подчиняется обычной формуле Ландау — Плачека (38) [129]. Если частота фонона v (к) к велика по сравнению с частотой релаксации внутренней моды, то отношение интенсивности центральной компоненты 1 к интенсивностям компонент Бриллюэна — Мандельштама 2/бм выражается формулой [129, 163] [c.131]

Смещение компонент Бриллюэна — Мандельштлма. Смещение компонент Бриллюэна — Мандельштама изучалось для нескольких веществ, главным образом жидкостей [11, 10, 30, 29, 61, 79, 92, 140, 151, 156—158, 169, 176]. Лишь в немногих работах определялась ширина компонент Бриллюэна — Мандельштама [10, 79, 29, 113, 169]. Если у молекул отсутствуют внутренние степени свободы, то измеряемая по сдвигу частоты скорость гиперзвука должна совпадать с низкочастотной скоростью звука. В принципе это можно проверить, наблюдая боковые компоненты в инертных газах. Измерения, проделанные для аргона при колшатной температуре и давлениях от 45 до 175 атм, действительно подтверждают указанное совпадение [158]. Недавно Флери и Бун [74] определили смещение компоненты Бриллюэна — Мандельштама в жидком аргоне вдоль кривой сосуществования фаз и вновь получили хорошее совпадение гиперзвуковых скоростей со скоростями звука, измеренными акустическими методами. [c.136]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...