Естественные и технические науки, № 6, 2012
Физическая химия
Апакашев Р.А., доктор химических наук, профессор Остапук Л.П., соискатель Усова Н. С.
(Уральский государственный горный университет)
ОПТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЯМОГО НАБЛЮДЕНИЯ СВЕТОРАССЕЯНИЯ В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ЖИДКОЙ СРЕДЕ
Приводится описание лабораторной оптической установки, позволяющей проводить прямое визуальное наблюдение характера светорассеяния в жидкой среде в широком интервале температур.
Ключевые слова: жидкое состояние вещества, светорассеяние, прямое наблюдение.
OPTICAL EQUIPMENT FOR DIRECT OBSERVATION OF LIGHT SCATTERING IN THE HIGH TEMPERATURE OF THE LIQUID MEDIUM
Presented by a description of the optical setup that allows direct visual observation of the nature of the scattering of light in a liquid medium in a wide temperature range.
Keywords: liquid state of matter, light scattering, direct observation.
Изучение характера рассеяния видимого света служит одним из основных источников информации о флуктуационных явлениях в жидкой среде, а также имеет важное значение для определения однородности жидкой среды и размеров возможных включений микрогетерогенных частиц. Рассеяние света в оптически чистых средах (не содержат каких-либо гетерогенных частиц) обусловлено флуктуациями плотности, образующимися в процессе хаотического теплового движения молекул. Дополнительными причинами возникновения оптической неоднородности в чистых средах с электрически анизотропными частицами являются флуктуации ориентации этих частиц.
Рэлеевским рассеянием или явлением Тиндаля называют рассеяние света в средах, содержащих неоднородности размером не свыше 0,1-0,2 длины волны падающего излучения. В подобных системах наблюдается характерное переливчатое свечение. Оно обусловлено рассеянием света вследствие его дифракции в микронеоднородной дисперсной среде. Эффект Тиндаля - важное средство для обнаружения микрогетерогенного состояния системы.
Несмотря на высокую информативность эксперимента, в отношении высокотемпературных жидких систем изучение характера рассеяния видимого света проводится редко из-за необходимости применения специального оптического оборудования. Отметим, что в настоящее время известны высокотемпературные приставки для серийно выпускаемых спек-трофотометрических приборов. Тем не менее, достаточно информативным является и непосредственное визуальное наблюдение прохождения светового пучка через светопропускаю-щую расплавленную среду. В этом случае аппаратурное оформление эксперимента не требует использования дорогостоящего спецоборудования и доступно каждой исследовательской лаборатории.
Следуя принципам простоты и преемственности экспериментальных достижений, авторами настоящей работы в качестве базовой методики контроля оптической однородности жидкой среды выбрана методика визуальных наблюдений с помощью щелевого ультрамикроскопа. Данный прибор состоит из специальной осветительной системы, направляющей в помещенный под микроскоп (или лупу) образец узкий интенсивный пучок света.
Естественные и технические науки, № 6, 2012
Осветительная система разработанной установки для прямого наблюдения светорассеяния в высокотемпературной жидкой среде компонуется из мощной (500 Вт) лампы накаливания 1 (рисунок), линзы Ьь формирующей изображение спирали лампы на горизонтальной раздвижной щелевой диафрагме 2, второй линзы Ь2, собирающей вышедший из диафрагмы свет в интенсивный пучок толщиной не более 1 мм. Линза Ь2 подбирается таким образом, чтобы кювета с расплавом, помещенная в изотермическую зону трубчатой печи сопротивления 3, находилась в ее фокальной плоскости.
Ь1
2
Ь2
шшшшш
У
у
-1-1-1-'
Ш////////////////////////////Л
3
1
Рис. Оптическая схема установки для прямого наблюдения светорассеяния в высокотемпературной жидкой среде Обозначения см. в тексте
Печь совмещается с юстировочным приспособлением, позволяющим плавно смещать ее по высоте, наблюдая при этом рассеяние света в любой области расплава. Последний помещается в кювету с плоскопараллельными хорошо отполированными стенками, изготовленную из оптически однородного кварцевого стекла.
Предлагаемая оптическая установка позволяет проводить информативное прямое визуальное наблюдение характера светорассеяния в жидкой среде в широком интервале температур. При этом нижняя температурная граница наблюдений соответствует температуре окружающей среды, а верхняя граница определяется химической активностью расплава по отношению к кварцевому стеклу, а также длительностью наблюдений и может достигать 1100 К и более. Важно, что применение средств видеофиксации оптического изображения позволяет автоматизировать соответствующий эксперимент и повысить объективность его интерпретации.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.