Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия), страница 140

Свойства Ф. изучают также в экспериментах по распространению тепловых импульсов (иипульсов Ф.), проводимых при сверхнизких темп-рах. Исследования тепловых импульсов позволяют определить скорость тепловых Ф., их рассеяние и времена релаксации в кристаллах. Тепловые импульсы созда«отея путем разогревания пленочных проводников 3 (рис. 2) короткими иьн пульсами тока, СВЧ импульсаьзи или лазерными импульсами. Пропзедшие через исследуемый кристалл (напр., А),Оз) тепловые Ф.

регистрируются сверхпроводящими пленочными болоиетрами д. При нек-рых условиях в газе тепловых Ф. можно возбудить волны фононной плотности, г. н. второй анук, скорость к-рого е, =- е1'у' з, где с — скорость обычного звука в кристалле. Второй звук впервыенаблюдался в жидкоьз гелии. В твердых телах второй звук наблюдался в моно- Рко. 3. Схема эксперкнепта о теплоэымн импульсами: 7— генератор импульсов тока; З вЂ” ппзкочный проэопкк»; з — образец; в — петэктор (бозометр)1 З вЂ” усилитель;  — осциллограф. кристаллах твердого гелия методом тепловых импульсов при Т = 0,51 К и давлении 54 атм, скорость его е, = = 160 м)с. Лито Н о с е э к ч А.

М., Основы механики крнетэзлкческой решетки, и., 1975; Р е й с л е н х Дк«., Фкэкка фонопоз, пер. с англ„ М., 1975; Фнэнческэя экуоткка, поп рех. У. Мэзопз, ~ер. с англ., т. 5, М., !973, гл. Е; П н т а е э с к н й Л. П., Второй звук в теерлом теле, «Успехи фкз. наук», 1968, т. 95, е. 1. В. и. Ломов. ФОНОННОЕ ЭХΠ— то же, что злекпзроакуетиевское эхо.

ФОНОН-ФОНОННОЕ ВЗАИМОДКЙСТВИŠ— см. Нелинейные взаимодействия в твердых телах. ФОТОН вЂ” квант полл электромагнитного излучения. Ф. обладает энергией е =- Ао, где т — частота эквивалентной Ф. электромагнитной волны, распространяющейся со скоростью е = 299,79.10« м'с, А — Планка иостолнкак. При частотах, соответствующих оптич. диапазону, Ф. наз, также световыми квантами, а прн частотах, превышающих — 10'з Гц,— гамма-квантами.

Ф. не имеет ни элекр т ич, зарнда, ни магнитного ьюмента. пин Ф. равен 1 (в единицах 6, где й == М2н), а его импульс р = — е)е и направлен в сторону распространения волны. Ф. подчиняется статистике Бозе — Эйнштейна. Ф, участвуют во взаимодействиях со всеми элементарными частицами, в т. ч.

с фоионами (см. Диу)ракциа света на ультразвуке, Мандельштама — Бриллюзка рассеяние). ФОТОН-ФОНОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИŠ— см. Диудракцил света иа ультразвуке, Мандельштама — Бриллюзна рассезиие. ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА — изменение скорости протекания химич. реакций в УЗ-вом поле или возникновение химич. Реакций, обусловленных действием ультразвука. 11 первой группе аффектов, характеризующихся изменением скорости реакции, относятся: ускорение гидролиза диметилсульфата, восстановление платинохлористоводородной кислоты с образованием каталитически высоко- активной металлич. платины, разложение диазосоединений с обраэованиеи соответствующих ароматич. углеводородов, ускорение эмульсионной полимериэации стирала, метакрилата и других непредельных соединений, ускорение нек-рых каталитич, реакций и т.

д. Это ускорение обусловлено действием различных физико-химич. эффектов, связанных с УЗ; двгаваяивй, див пврг ир иван и ам, ам уз ыирвва нивм, локальным нагреванием и др. Ко второй группе относятся все аффекты возникновения химич.

реакций под действием УЗ, к-рые в большинстве случаев наблюдаются лишь после возникновения в жидкости навиплаиии. Ззукохимич. превращения наблюдаются при интенсивности УЗ от долей Вт)смг до десятков или сотен Вт/смг на частотах от 1 кГц до нескольких МГц. Т. к. эти частоты на лгного порядков меньше собственных частот колебаний молекул, химич. изменений в системе вследствие резонансного поглощения УЗ не наблюдается н варьирование частоты в указанном диапазоне мало сказывается на характере воаникающих реакций.

Х. ц. у. при кавитации в ряде случаев можно отнести эа счет образования яа стенках кавитационной полости злектрич. микрозарядов и последующего электронного пробоя. Однако многие экспериментальные факты в рамках такого представления объяснить не удается. Более оправданным является представление о тепловом механизме химич. действия кавитации, т. к.

при адиабатич. сжатии кавитационного пуаырька темп-ра в ием может достигать 10вК', вто представление подтверждается экспериментальными данными. Болыпинство химич. превраплений под действием УЗ происходит в вояных растворах. При высокой темп-ре молекулы воды внутри кавитацнонного пузырька переходят в воэбужленное состояние и расщепляются на радикалы Н, ОН, а также, возможно, ионизируются с образованием гидра тированных электронов в„„ т. е. электронов с присоединенными к нии нейтральными молекулаии воды.

Частично радикалла рекомбинируют, причем состав конечных радикальных и молекулярных продуктов разложения воды э УЗ-вом поле зависит от природга растворенного в воде газа. В присутствии инертных гааов (Не, Не, Аг, Кг, Хе) конечными продуктами являются Н, ОН, в.„Н„Н,О,. В атмосфере кислорода первоначально образовавшиеся радикалы Н и в,, с наибольшей скоростью реэгирукп с Ол и основными продуктами расщепления воды являются НО„ О;, ОН и НгО,; в атмосфере водорода разнообразие продуктов разложения воды наименьшее и образуются только Н,в,„, Н,. Химич.

реакции, возникающие в жидкости при распространении УЗ, можно подрааделить на четыре типа: 1) окислительно-восстановительные реакции, протекающие в жидкой фаае между растворенными веществами и вродуктами расщепления внутри кавитационного пузырька молекул растворителя (воды) и гааов, напр. окисление К1, РеЯОв, НгРОг, ИагАзОг, бензойной кислоты и др., восстановление КМлОг, Се(ЗОв)„Кг(ре(С,Ов)в) и др.; 2) реакции между растворенными газами, водой и веществами с высокой упругостью пара, находящимися внутри кавитационного пузырька, напр. образование ХОг иа Нг и О„ХНг из Ж, и Нл, НСНО из СНв и Н,О; 3) цепные реакции в растворе, инициируеиые радикалами, появляющимнсл в результате расщепления в кавитационной полости к.-л. вещества, помимо 374 ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ТЛЬТРАЗВУНА воды, напр. стереоизомеризация малеииоеой кислоты или се эфиров в фумарозую, сенсибилизируемая атомами Вг, полученными при расщеплении в каеитационном пузырьке Вг или алкилбромидоз; 4) эзукохилзич.

реакции с участием макромолекул. Реакции этого типа, в отличие от предыдущих, могут инициярозаться УЗ и з отсутствии кавитации, в случае мехаиич. деструкции первоначально присутствующих в системе молекул полимеров: под действием звукового полн происходит механич. разрыв макромолекул, а полученные макро- радикалы способны инициировать полимеризацию. На химич. реакции затрачивается лишь часть поглоп1енной веществом энергии акустич.

колебаний. Для звукохимич. реакций, протекающих в растворах, отношение энергии, ватраченной на расщепление молекул воды (химико-акустич. энергии Е ), к общей поглощенной акустич. энергии Е наз. химико-акустическим кпд цха. При отсутствии и водном растворе веществ с высокой упругостью насыщенного пара внутри кавитационных пузырьков содержатся липгь пары воды и растворенный в ней газ; при атом энергия УЗ аатрачивается в любом водном растворе лишь на расщепление молекул воды и ц„ зависит только от природы растворейного газа. Напр., для реакций 1-го типа и атмосфере аргона цта = — 1,5.10 ' вне зависимости от койкретного состава раствора.

Основной эисргетич. характеристикой авукохимич. реакций является энергетич. выход, к-рый выражается числом молекул продукта, образовавсаихся при аатрате 100 эВ химикоакустич, энергии, Знергетич. выход продуктов окислительно-восстановительных реакций обычно не превышает нескольких молекул иа 100 эВ Етю а для цепных реакций он достигает тысяч молекул нз 100 эВ Е„а.

1(инетика авукохимич. реакций определяется скоростью образования и расходования радикалоз. Она имеет ряд особенностей, напр.: для нек-рых реакций характерны эффекты после- действия, т. е. зти реакции, возникшие под действиеи УЗ-вых волн, протекают з растворе и течение многих часов после отключения УЗ; для реакций с участием макромолекул необ- ходимо учитывать суперпозицию механодеструкции с реакциями радикалов, образующихся в режиме кавитации (прп достаточной интенсивности ультразвука). Особенностью аеукохимич. реакций является импульсный характер образования радикалов вследствие синфазного захлопызания навигационных пузырьков (по аналогии с импульсным характерен зеунилюминесценции). Темп-ра внутри пувырька распределена неравномерно, с максимумом в его центре; соответственно и пространственное распределение радикалов имеет аналогичную форму (сферически симметричное гауссово распределение). Пузырек представляет собой автономную с точки арення характера протекающих реакций систему — радикалы, образовавшиеся в соседних пузырьках, практически ие взаимодействузот между собой.

Минимальный радиус кавитационного пузырька (г, ) 10 ' см) и первоначальное число радикалов в неи ( — 10е — 10е) на много порядков превышают как размеры локальных областей иониаации жидкости (ыппоре), образующихся прн распространении ионизирующих излучений, и количество радикалов в каждой из них (напр., при действии т-лучей их не больше 10), так и число адикалов в еклетке» при фотолизе. . д. у.

по сравненизо с фотолизом, ионизирующими иалучениями, ударными волнами и другиыи физич. методами воздействия иа вещество имеет следующие характерные особенности: первоначальное пространственное разделезсие радикалов и растворенного вещества, участие инертных газов в физико-химич. процессах внутри казитационного пузырька и двойственная роль химически активных гааов, импульсный характер генерирования радикалов, концентрация энергии в центральной части кавитационного пуэырька. В большинстве технологич. процессов в растворах, связанных с применением УЗ, возникают различные химич.

реакции. Напр., уже в простейшем случае воздействия УЗ на воду, в к-рой растворен воздух, обраауются окислы ааота и перекись водорода. Зто обстоятельство следует учитывать при разработке и проведении различных технологич.процессов. Во многих случаях целесообраано испольаовать ХИРУРГИЯ ЗУаг УЗ-вые волны для инициирования химич. реакций, осуществления ряда новых путей сннтеаа и ускорения медленных реакций в системе.