Введение 3
Глава 1. Основы теории диэлектрической поляризации
1.1 Поляризация диэлектриков 5
1.2 Поляризуемость 8
1.3 Поляризация диэлектриков в переменных полях 11
Глава 2. Методы измерения диэлектрической проницаемости
2.1 Диэлектрические измерения в постоянных и переменных полях 16
2.2 Широкополосная методика измерения диэлектрической проницаемости 21
2.3 Расчет диэлектрической проницаемости 22
2.4 Анализ погрешностей 24
Глава 3. Исследование структуры водно-спиртовых растворов методом диэлектрической спектроскопии
3.1 Структура водно-спиртовых смесей 26
3.2 Постановка задачи 29
3.3 Экспериментальная установка 30
3.4 Результаты исследования 32
3.5 Обсуждение результатов 37
Выводы 42
Список использованной литературы
Исследование диэлектрических свойств жидких и твердых диэлектриков - одна из наиболее фундаментальных и сложных проблем науки, имеющая большое теоретическое и практическое значение. В настоящее время центральное место в работах, посвященных изучению межмолекулярных взаимодействий в жидкостях и твердых телах, занимают исследования молекулярной структуры жидкости и динамики ее перестройки в ходе теплового движения. Для решения этих задач используются современные физические и физико-химические методы исследования: дифракционные, термодинамические и диэлектрические и другие методы.
Предполагают[1], что большая часть воды сохраняет тетраэдрическую структуру. Молекулы спирта, имеющие больший размер, при встраивании в структуру воды нарушают ее, тогда как встраивание молекул воды в структуру спирта не сопровождается существенным изменением последней. При растворении разной объемной концентрации спирта в воде, структура сетки водородных связей воды либо сохраняется, либо претерпевает деформацию[1]. Водно-спиртовые растворы представляют собой смешанные ассоциаты. Строение этих растворов в настоящее время не может считаться достаточно изученным.
Целью данной работы является изучение структуры водно-спиртовых растворов методом диэлектрической спектроскопии. Для достижения цели требуется решение следующих задач:
1. 1. Изучить основы теории диэлектрической поляризации и методы измерения диэлектрической проницаемости.
2. Освоить методику работы с измерительным комплексом NOVOCONTROL BDS CONCEPT 80 и программами регистрации WinDETA и обработки WinFIT экспериментальных данных.
3. Провести измерение диэлектрических спектров растворов вода-этанол в температурном диапазоне от 20оС до -150оС и проанализировать полученные данные.
В первой главе данной работы рассмотрены основы теории диэлектрической поляризации. Вторая глава посвящена методам измерения диэлектрической проницаемости. В третьей главе представлено исследование диэлектрической релаксации смесей вода- этанол методом диэлектрической спектроскопии при низких температурах.
В результате проделанной работы выполнено следующее:
1. Измерены диэлектрические спектры водно-спиртовых смесей(20%, 30%, 50%, 70%) в диапазоне температур -150оС - 20оС, с шагом 5оС.
2. Проведена подгонка экспериментальных данных распределением Гаврильяка-Негами и рассчитаны времена диэлектрической релаксации т.
3. Проанализированы зависимости Ьит(1000/Т), рассчитаны значения энергии активации процесса диэлектрической релаксации.
4. Показано, что по достижении концентрации этанола в области 40% меняется структура сетки водородных связей исследуемых растворов.
