Теплофизические свойства двуокиси углерода - Алтунин В.В.
Скачать (прямая ссылка):
В последнее время опубликованы работы, в которых коэффициенты теплопроводности и температуропроводности измеряли интерференционным методом, обладающим высокой чувствительностью и позволяющим проводить измерения при малых разностях температур (порядка 0,03 К) и четко фиксировать начало возникновения конвекции по изменению вида интерференционных полос [10.3, 10.57]. Но, по-видимому, более точными являются измерения коэффициента температуропроводности по уширению линии Рэлея А(0р в спектре рассеянного (лазерного) света [10.46, 10.56, 10.58]. В этом случае вообще не требуется создания градиента температуры в исследуемом слое вещества. Изучение жидкостей и газов методом рассеяния света считают одним из перспективных направлений исследования природы критического состояния веществ. Полученные этим методом результаты детально обсуждаются в обзорах [10.16, 10.20, 10.29]*. Упомянутые выше оптические исследования коэффициента температуропроводности [10.2, 10.3, 10.46, 10.58] подтверждают наличие особенности а и X вблизи критической точки СОг.
Поведение кинетических коэффициентов в критической области исследовали с разных позиций в опубликованных недавно теоретических работах (см. [9.6, 10.28, 10.44] и обзор [9.55]). Полученные в этих работах выводы в общих чертах совпадают и сводятся к следующему.
Полный коэффициент теплопроводности
Х = Х0 + 8Х, (10.2}
где ко не зависит от 0, а бх —особая часть коэффициента теплопроводности, зависящая от близости 0 к нулю. Не слишком близко к критической точке, когда добавки к кинетическим коэффициентам (бх) не превышают значений этих величин, экстраполированных из далекой области (Хо), теплопроводность растет вдоль критической изохоры по закону
Х — ©-*. (10.3)
* Заметим, что свету соответствует сравнительно узкий диапазон длин волн в широком спектре электромагнитного излучения. Поэтому нельзя надеяться получить исчерпывающую информацию о свойствах веществ только методом рассеяния света. Дополнительные сведения можно получить, изучив рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов.
466
Поскольку теплоемкость Ср и изотермическая %т возрастают по закону
то при условии (10.3) температуропроводность а-.
сжимаемость
(10.4) должна
стремиться к нулю по закону
а~©г*, (10.5)
где у* = у—
Из табл. 90 следует, что критический индекс 4я близок к 2/3. Найденные с помощью оптических измерении значения 7* заметно отличаются и нуждаются в комментариях. В работе Суини и Кумминса [10.58] измерения А(ор для СОг выполнены в интервале (Г — Гкр) =0,02 — 5,3 К и найдено, что у* = 0,73±0,02. Однако Кейс и Сенджерс [10.55] обратили внимание на то, что в [10.58] допущена неточность при определении ко. Для правильной зависимости Аю((>), восстановленной по опытным данным Ленайндра [10.42] при ?=200—700° С, и измеренных в [10.58] величин Асор для интервала (Т — ГКр) = = 0,06 — 1,5 К новое (правильное) значение у* оказалось равным 0,62 ±0,02.
Таблица 90
Значения критических индексов для С02 по данным разных авторов
Группа исходных данных, источник
Источник
%т 12.361 1,25 — — 31,06 [2.36
р—и—Т [2.901 1,21 — — 31,04 [2.90
р—V—Т 16.351 1,22б±0,007 — — 31,00 [6.35
X 110.481 — 0,627 — 31,04 [10.39]
ЯП0.491 — 0,67 + 0,02 — 30,96 [10.50]
X [10.423 — 0,63+0,03 — 31,00^0,04 [10.44]
а [10.31 — — 0,77 31,04 [10.2]
Д(оР~а [10.581 — — 0,62 ±0,02 — [10,55]
В результате обработки экспериментальных данных других авторов о зависимости корреляционной длины | от 0 получено значение критического индекса v = 0,60—0,63 (см. в [10.29, 10.46]). Это означает, что найденное в [10.55] по измерениям Асор значение у*=0,62 является достаточно надежным.
Напомним, что по классической теории критических явлений Yкл=l,0, Vкл = 1/2 и, следовательно, 4^ = 72 и у*л = 1/2. Но экспериментальные данные о термодинамических свойствах и кинетических коэффициентах дают иные значения критических индексов (см. табл. 21 и 90), свидетельствующие о «неклассичности» критической точки. Анализ экспериментальных данных о термодинамических свойствах, результаты которого обсуждались в разд. 2.3 и 2.4, указывает на адэкватность
30*
467
масштабной теории критических явлений. Результаты проверки динамической масштабной теории на опытных данных о кинетических коэффициентах СОг также являются обнадёживающими [9.55, 10.44].
Таким образом, в настоящее время существование ярко выраженной особенности коэффициента теплопроводности в критической области не вызывает сомнений. Однако в условиях реального эксперимента по измерению теплопроводности в критической области (где появляется пространственцая и временная дисперсия всех характеристик жидкости, вероятен конвективный перенос тепла, становится определяющим влияние примесей и т. п.) трудно избежать ошибок, о чем свидетельствуют большие (до 200% и более) расхождения имеющихся опытных данных на пиках теплопроводности СО2. В связи с этим в качестве первоочередной рассматривается задача согласования опытных данных в области, не слишком близкой к критической точке.
Поскольку измерения теплопроводности СОг выполнены различными методами, то целесообразно сопоставить опытные данные, полученные одним и тем же методом, а затем сравнить различные группы измерений.
