Главная Коллекция "Revolution" Физика и энергетика Перенесення тепла у молекулярних кристалах з фазовими переходами

Перенесення тепла у молекулярних кристалах з фазовими переходами

Дослідження ізохорної теплопровідності у молекулярних кристалах. Аналіз переносу тепла в затверділих інертних газах. Розрахунок внеску високочастотних мод у рамках дебаєвської моделі. Розсіювання фононів на флуктуаціях ближнього орієнтаційного порядку.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	автореферат
Язык	украинский
Дата добавления	26.07.2014
Размер файла	1,1 M

посмотреть текст работы

скачать работу можно здесь

полная информация о работе

весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Впервые были проведены исследования изохорной теплопроводности -фазы кислорода, твердого этана и гексафторэтана на образцах разной плотности. Исследована изохорная теплопроводность -O₂ в температурном интервале от 44 К и до начала плавления. Теплопроводность практически свободного образца слабо убывает с ростом температуры, в то время как на изохорах она возрастает.

Приведенные оценки показывают, что абсолютная величина теплопроводности близка к своему нижнему пределу, и значительная часть тепла в -фазе кислорода переносится «диффузными» модами. Рост изохорной теплопроводности может быть связан с уменьшением «вращательной» компоненты теплового сопротивления, вследствие затухания вращательных и магнитных корреляций в движении соседних молекул. Исследована теплопроводность твердого этана для трех образцов разной плотности в температурном интервале от 35 K и до начала плавления. В и фазах этана изохорная теплопроводность уменьшается с ростом температуры по зависимости более слабой, чем 1/T.

Такое поведение типично для ориентационно-упорядоченных фаз молекулярных кристаллов, и не обнаруживает каких либо особенностей, связанных с вращением метильных групп. При предплавильных температурах теплопроводность всех трех образцов выходит на «плато», наиболее вероятной причиной которого является появление «пластической» фазы. Проведен сравнительный анализ поведения теплопроводности этана и 1,1,1 - трихлорэтана, где имеются метильные группы, а также 1,1,2 - трихлорэтана и 1,2 - дихлорэтана, где они отсутствуют, который также подтверждает вывод, что вращение метильных групп не влияет заметно на перенос тепла в области «классического» вращения.

Экспериментальные результаты обсуждаются в рамках модели, где тепло переносится низкочастотными фононами и высокочастотными «диффузными» модами. Показано, что когда значительная часть тепла передается от молекулы к молекуле, необходимо учитывать возможность передачи вращательной энергии с узла на узел. Исследована теплопроводность твердого гексафторэтана - C₂F₆ для трех образцов разной плотности в температурном интервале от 90 K и до начала плавления. Наиболее плотный образец, выращенный под давлением 110 МПа, достигал условия изохоричности при 114 К; ниже этой температуры теплопроводность соответствовала изобарному случаю.

Наблюдался небольшой скачек теплопроводности при температуре 104 К, соответствующей переходу в С₂F₆. В низкотемпературной -фазе изобарная теплопроводность уменьшается при увеличении температуры, что характерно для ориентационно-упорядоченных фаз. Изохорная теплопроводность в -фазе практически постоянна непосредственно после перехода, и слабо возрастает с увеличением температуры вплоть до начала плавления. Такое поведение приписывается ослаблению трансляционно-ориентационного взаимодействия при растормаживании вращательного движения молекул C₂F₆вокруг оси C-C. Результаты настоящего исследования подтверждают вывод о том, что растормаживание одноосного вращения молекул, подобно растормаживанию вращения молекулы как целого, может приводить к росту изохорной теплопроводности при увеличении температуры.

Исследована изохорная теплопроводность твердых растворов (CO₂)_0.905Kr_0.095 и (CO₂)_1-_xXe_x (x=0.052 и 0.097) разной плотности в температурном интервале от 150 K и до начала плавления. Обнаружено необычное влияние точечных дефектов на теплопроводность. В то время как изохорная теплопроводность чистого CO₂ выше 150 К монотонно уменьшается при повышении температуры, теплопроводность твердых растворов CO₂/Kr и CO₂/Xe сначала убывает, затем проходит через минимум при 200-210 K, и при дальнейшем увеличении температуры возрастает вплоть до начала плавления. Такое поведение изохорной теплопроводности связывается с расторможением вращательного движения молекул CO₂ при растворении сферически симметричных атомов инертных газов.

Ключевые слова: изохорная теплопроводность, молекулярные кристаллы, нижний предел теплопроводности, фононы.

ANOTATION

Sagan V. V. Heat transfer in molecular crystals with phase transitions. Мanuscript.

Thesis for a candidates degree in physics and mathematics by speсiality 01.04.09 - low temperature physics. - B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of NAS of Ukraine, Kharkov, 2008.

The dissertation presents the results on the mechanisms of heat transfer in molecular crystals and their solutions above the Debye temperature.

The cases considered include orientationally-ordered and orientationally-disordered phases of molecular crystals with phase transitions (N₂, O₂, CO), rotation of the molecules about one preferred axis (C₂H₆, C₂F₆) and the atomic impurity effect on the thermal conductivity of molecular crystals (CO₂/Kr, CO₂/Xe). Both ordered and disordered phases have been investigated for the first time. It is shown that the isochoric thermal conductivity in the orientationally-disordered phases of molecular crystals changes by a low weaker than 1/T.

In orientationally-disordered phases it increases with temperature. This behavior can be attributed to the attenuation of phonon scattering at short-range orientation order fluctuations. A theoretical model is proposed, which permits a Debye model-based calculation of the contribution to the thermal conductivity from low-frequency phonons and « diffuse » modes in orientationally-ordered and orientationally-disordered phases.

Pioneering investigations of the isochoric thermal conductivity of the -phase of oxygen, solid ethane and hexafluoroethane have been performed on samples of varying density. It is shown that near and above the Debye temperature the thermally activated rotation of the methyl groups in solid ethane (C₂H₆) leaves the thermal conductivity unchanged. It was observed for hexafluoroethane that in same cases the enhancement of the molecular rotation about the preferred axis made the thermal conductivity increase with temperature, just as the rotation of the whole molecule does.

The influence of spherical inert gas impurities (Kr, Xe) on the temperature dependence of the isochoric thermal conductivity of solid CO₂has been investigated.

Key words: isochoric thermal conductivity, molecular crystals, lower limit to thermal conductivity, phonons.

Размещено на Allbest.ru

...