16. Kaatze U., Schafer M., Pottel R. The complex dielektric spektrum of aqueous methanol and isopraponol solution // Z. Phys.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
330

С.А. Сергеев, Э.Э. Гулманов, Р.
C
. Сергеев

Саратовский г
осударственный университет им.

Н.Г. Чернышевского

Исследование свойств водных растворов этилового спирта на
сверхвысоких частотах

Анализируются
особенности
экспериментального исследования

свойств
растворов
спирта
и деионизованной воды

на сверхвысоких частотах. Проведены измерения
коэффициентов отражения и передачи электромагнитных волн
волноводных секций,
заполненных
растворами

в диапазоне частот от 7,8

Г
Гц до 10,2

ГГц.

Показано, что
использование описанной методики исследования эффективно с точки зрения возможности
детального изучения свойств
растворов
в данном диапазоне
, в частности

определения
концентрации спирта
.

Ключевые слова:
растворы
, СВЧ излучение, коэффициент с
тоячей волны по напряжению (КСВН).

Экспериментальные исследования температурных зависимостей комплексных значений
диэлектрической проницаемости ε* = ε'


iε'' полярных жидкостей в микроволновой области
позволяют получить важную информацию о процессах поляр
изации, которая может быть
использована как для оценки теоретических представлений о фундаментальных
характеристиках веществ, так и в практических целях. В частности, на основании таких
исследований решаются проблемы контроля качества продукции пищевой, хи
мической,
медицинской и других отраслей производства
[
1
].

В настоящее время для измерения электромагнитных характеристик материальных сред
используются волноводные методы с применением полых волноводов
,
коаксиальных и
микрополосковых линий
,
резонаторные на

основе объемного резонатора
,
устройства с
использованием нерегулярного микрополоскового резонатора
,
методы измерения в
свободном пространстве
,
мостовые схемы

[
2
-
4
]
.
Для коллоидных и эмульсионных систем,
учитывая их специфику, одним из корректных методов и
змерения является волноводный
метод
[
5
-
11
].

В качестве объекта исследования нами выбраны
:
дистиллированная вода
,
этиловый спирт и его водные растворы
.
Этот выбор обусловлен
тем, что ч
истые жидкости
могут быть использованы для тестирования создаваемых измер
ительных средств
,
поскольку
электрофизические характеристики их представлены во многих литературных источниках
[
1
2
-
1
7].


В данной работе были измерены зависимости коэффициента
стоячей волны по
напряжению

(КСВН), а также зависимости коэффициента ослабления водных растворов
этилового спирта
в диапазоне частот 7,8÷10,2 ГГц
.

В эксперименте использовались волноводные секции, представляющие собой отрезки
прямоугольного волновода стандартного сечения длиной 5, 2
9, 52 и 114 мм с тонкими
слабопоглощающими пробками, изготовленными из материала, прозрачного для СВЧ
излучения, на фланцах, пространство между которыми полностью заполнялось исследуемыми
жидкостями [
5
].

Исследовались

образцы
растворов
, состоящих из деиони
зованной воды

и этилового
спирта различных концентраций (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95 %)
.

На рис
.

1
-
2

представлены графики зависимост
ей

КСВН и ослабления от частоты
спирта

95 %
,

растворов спирта

с различной
концентрацией воды, а также
деионизованной воды

в
331

диапазоне частот 7,8÷10
,2

ГГц для волноводн
ой

секци
и

длин
ой 5

мм.


Рис
унок

1


Рисунок

2

Видно, что при увеличении концентрации воды в
растворе

значения КСВН
332

увеличива
е
тся во всем диапазоне частот
: для чистого спирта КСВН составляет
4÷6,3, для воды


8,2÷9,8
.
Наиболее существенно КСВН меняется при изменении концентрации спирта в
растворе от 0 до 5 %, а наименее существенно


90÷95 %. О
слаблени
е с ростом
концентрации
воды в
растворе также увеличивается: наиболее существенно

изменения п
роисходят при
увеличении концентрации воды в растворе от 5 до 40 %.
По полученным данным были
рассчитаны частотные зависимости коэффициента поглощения эмульсиями микроволнового
излучения, которые показали, что увеличение массовой доли воды приводит к росту

поглощения. Поглощение также растет с увеличением длины волноводной секции.

И
спользование описанной методики исследования эффективно с точки зрения
возможности детального изучения свойств
растворов спирта

в данном диапазоне.

Показана
возможность определения концентрации воды в
растворе

с помощью данного метода.

Библиографический список

1. Потапов А
.
А
.
Диэлектрический метод исследования вещества
.
Иркутск
:
Изд
-
во Иркут
.
ун
-
та
, 1990. 256
с
.

2
. Беляев Б.А., Лексиков А.А., Тюрнев В.В. Микро
полосковый метод исследования диэлектрической
проницаемости материалов на сверхвысоких частотах // Приборы и техника эксперимента. 1995. № 6.
C
. 123.

3
. Демянов А.А., Семенов М.Г., Тамарин В.А. Измерение комплексной диэлектрической проницаемости
сильнопог
лощающих жидкостей // Приборы и техника эксперимента. 1974. № 3.
C
. 132
-
133.

4.
Сусляев В
.
И
.,
Кочеткова Т
.
Д
.
Микроволновые спектры диэлектрической проницаемости водных смесей
метилового спирта в области диэлектрической релаксации для температур
220
-
320
К
//
Известия высших учебных
заведений
.
Физика
.

2003.

9.
С
. 72
-
75

5. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на СВЧ. М: Физматгиз, 1963.
404
с
.

6.
Effect

of

microwave

radiation

on

polymer

microcapsules

containing

inorganic

nanoparticles

/
D
.
A
.
Gorin
,
D
.
G
.
Shchukin
,
A
.
I
.
Mikhailov
,
K
.
K
ö
hler
,
S
.
A
.
Sergeev
,
S
.
A
.
Portnov
,
I
.
V
.
Taranov
,
V
.
V
.
Kislov
,
G
.
B
.
Sukhorukov

//
Technical

Physics

.
2
006.
Т
. 32,
№ 1
.
С
. 70
-
72.

7. Investigation of absorption and reflection spectra of aqueous suspensions of nanoparticles in the X band of
microwave bandwidth / S.A. Sergeev
, S.A. Portnov, D.A. Gorin,
A.I. Mikhailov, S.S. Rumyantseva,
I.V. Taranov,

V.V.
Kislov,
G.B. Sukhorukov В сборнике:
Proceedings of SPIE
-


Saratov
Fal
l Meeting 2006: Coherent Optics of Ordered and Random Media VII. Сер. "Saratov Fall Meeting 2006: Coherent
Optics of Ordered and Random Media VII" sponsors: Russian Foundation for Basic Research, Russia, SPIE Russia
Chapter, Russia, Almus Ltd., Russia, Sar
atov State University SPIE Student Chapter, U.S. CRDF for the Independent
, 2007. С. 653606.

8. Влияние микроволнового излучения на полимерные микрокапсулы с неорганическими наночастицами /
Д.А. Горин, Д.Г.
Щукин, А.И. Михайлов, К. Кёлер, С.А. Сергеев, С.А. Портнов, И.В. Таранов, В.В. Кислов, Г.Б.
Сухоруков // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32, вып. 2. С. 45
-
50.

9. Сергеев С.А.,

Гулманов Э.Э., Сергеев Р.C. Исследование свойств водотопливных эмульсий
c

наночастицами м
агнетита на сверхвысоких частотах // В мире научных открытий. 2014. № 4(52). С. 148
-
160.

10. Формирование и исследование сферических пористых микрочастиц карбоната кальция, обладающих
магнитными свойствами / Р.С. Сергеев, А.С. Сергеева, Е.В. Ленгерт, С.А.
Сергеев //
Наноматериалы и
нанотехнологии: проблемы и перспективы: сборник материалов
III

Междунар. заочной науч. конф. для молодых
ученых, студентов и школьников. 14 февраля


15 мая 2014 г. Москва: Прондо
. 2014.
C
. 275
-
283.

11. Формирование и исследовани
е сферических пористых микрочастиц карбоната кальция,
функционализированных магнитными наночастицами

/ Р.С. Сергеев, А.С. Сергеева, Е.В. Ленгерт, С.А. Сергеев
// Новые материалы и технологии: состояние вопроса и перспективы развития: сборник материалов Все
росс.
молодежной науч. конф. 24
-
26 июня 2014 г. Саратов: ООО «Издательский Центр «Наука», 2014.

12.
Ахадов Я
.
Ю
.
Диэлектрические свойства чистых жидкостей
.
М
:
Изд
-
во стандартов
, 1972. 412
с
.

13.
Ахадов Я
.
Ю
.
Диэлектрические свойства бинарных растворов
.
М
:
Наука
, 1977. 400
с
.



water solutions.
I
. The alcohol rich
region // Chem. Phys. 1983. Vol. 78.

10.
Р
. 365
-
372.

15. Satoru Mashimo, Shinichi Kuwabara Dielektric relaxat
ion of mixtures of water and primary alcohol // J. Chem.
Phys. 1989. Vol. 90.

6. P. 3292
-
3294.

// Z. Phys. Chem. 1989. Vol. 165.
Р
. 3292
-
3294.

17. Szwarnovski S. A Transmision line cell for measurimg the permittivity of liquids over the frequency range 90
MHz to 2 GHz // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1982. Vol. 15.

15.
Р
. 1068
-
1072.


Приложенные файлы

  • pdf 83624802
    Размер файла: 641 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий