Критична опалесценція
Критичною опалесценцією називають різке зростання розсіяння світла в околі фазового переходу. Поблизу критичної точки властивості рідини та газу стають нерозрізнимими. Як наслідок флуктуації набувають таких масштабів, що розсіюють видиме світло, і надають середовищу туманного та мутного вигляду. Це є індикатором критичного явища у флюїдах. При відповідних умовах воно спостерігається у багатьох речовинах.
Уперше про спостереження цього явища повідомив французький фізик Шарль Каняр де ла Тур у 1823 році в розведеному водою спирті, а важливість його встановив ірландський хімік Томас Ендрюс 1869 року після дослідів з переходу між рідиною та газом у вуглекислому газі; відтоді було відкрито численні інші приклади. 1908 року польський фізик Мар'ян Смолуховський першим пояснив явище критичної опалесценції великою густиною флуктуацій. У 1910 Альберт Ейнштейн продемонстрував кількісний характер зв'язку між критичною опалесценцією та релеївським розсіянням[1].
Зазвичай явище демонструють у бінарних сумішах, таких як суміш метанолу та циклогексану. При наближенні до критичної точки циклогексану розміри газової та рідкої області дедалі сильніше флуктують на значних масштабах (кореляційна довжина рідини розбігається). Коли розмір флуктуацій густини стає порівняним з довжиною світла середовище сильно розсіює й нормально прозора рідина затуманюється. Опалесценція не зменшується при подальшому наближенні до критичної точки, де найбільші флуктуації можуть стати навіть сантиметровими.
Оскільки критична точка більшості речовин, окрім деяких кріогенних газів, лежить в області тисків понад 30 бар, демонстрація критичної опалесценції вимагає прозорої посудини, що могла б витримати високий тиск, тоді як критичні явища в сумішах рідин можна демонструвати при атмосферному тиску й помірних температурах.
Флуктуації магнітних доменів у феромагнітних матеріалах поблизу точки Кюрі великі. А оскільки розсіяння нейтронів залежить від магнітного моменту атома, виникає критична опалесценція. Якщо спрямувати пучок нейтронів на феромагнетик, то в околиці точки Кюрі зразок стане для них непрозорим[2].
- ↑ Einstein, A. (January 1910). Theorie der Opaleszenz von homogenen Flüssigkeiten und Flüssigkeitsgemischen in der Nähe des kritischen Zustandes. Annalen der Physik. 338 (16): 1275—1298. doi:10.1002/andp.19103381612. ISSN 0003-3804.
- ↑ Van Hove, Léon (15 вересня 1954). Time-Dependent Correlations between Spins and Neutron Scattering in Ferromagnetic Crystals. Physical Review. 95 (6): 1374—1384. doi:10.1103/PhysRev.95.1374.
- Відео демонстрація критичної опалесценції в бінарній суміші
- Опис роботи Ейнштейна про денне світло та критичну опалесценцію з посиланнями
Детальнішу розповідь про демонстрацію критичної опалесценції можна знайти на