Диэлектрические свойства увлажненных природных и искусственных дисперсных сред при криогенных температурах

• Автор: Филиппова, Татьяна Георгиевна
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Чита
• Количество страниц: 124 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Введение

1. 1. Основные положения теории диэлектриков для дисперсных систем

1.2. Структура и диэлектрические свойства воды и льда

1.3. Диэлектрические свойства грунтов и горных пород

Выводы и постановка задачи

ГЛАВА II. ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Введение
2.1. Низкочастотные измерения относительной диэлектрической проницаемости
2.2. Высокочастотные измерения в резонаторах и свободном пространстве
2.3. Подготовка образцов
Заключение
ГЛАВА III. ИЗМЕРЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ДИСПЕРСНЫХ СРЕД НА НИЗКИХ ЧАСТОТАХ
Введение
3.1. Изучение температурной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости увлажненных дисперсных сред на основе песка
3.2. Изучение диэлектрических характеристик древесины и искусственных сред
3.3. Диэлектрические свойства дисперсных сред, увлажненных другими полярными жидкостями
3.4. Особенности фазовых переходов и их связь с изменением диэлектрических параметров
3.5. Исследование влияния квазистационарного электрического поля на диэлектрическую проницаемость дисперсных сред
Выводы
ГЛАВА IV. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ
КРИОГЕННЫХ СРЕД В СВЧ-ДИАПАЗОНЕ
Введение
4.1. Резонаторные измерения электромагнитных свойств увлажненного песка, их зависимость от температуры и квазистационарного электрического поля
4.2. Измерение СВЧ - свойств искусственных сред и других объектов
4.3. Радиометрические исследования диэлектрических свойств дисперсных сред на основе песка при фазовом переходе вблизи 0°С
Выводы
ГЛАВА У. МОДЕЛЬ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РЕЛАКСАЦИИ . УВЛАЖНЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ СРЕД ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ
ТЕМПЕРАТУРАХ
Введение
5.1. Модель диэлектрической релаксации увлажненных дисперсных сред
5.2. Экспериментальное подтверждение перколяционно-кластерной модели
5.3. Особенности измерений диэлектрических характеристик увлажненных дисперсных сред
5.4. Возможности практического использования результатов исследования
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Радиофизические измерения параметров природных и искусственных сред широко используются как в научных исследованиях, так и в различных практических приложениях. Такие исследования позволяют получить информацию о внутренней структуре вещества без его разрушения. Одним из важных направлений радиофизических исследований является диэлектрометрия дисперсных сред (ДС). Данное направление включает в себя измерение диэлектрических характеристик ДС, их зависимости от температуры и других внешних параметров, на основе чего возможно решение задачи о физических свойствах и особенностях структуры таких сред.
ДС включает в себя широкий класс объектов, как искусственных, так и природных, в том числе грунты, знание физико-химических параметров которых имеет важное прикладное значение. Увлажненные ДС - сложные гетерогенные системы, особенностью которых является возможность значительного преобразования структуры и свойств при фазовом переходе вода-лед. При этом температура фазового перехода в ДС сильно зависит от взаимодействия молекул воды с поверхностью частиц других компонент. При изменении температуры ДС, пройдя через точку фазового перехода - 0°С, содержит воду как в твердом, так и в жидком состоянии, что определяет особенности и многообразие диэлектрических свойств.
Несмотря на широкое изучение ДС, до сих пор появляются все новые и новые данные об их необычном поведении (то же относится и к средам со сложным химическим строением). Например, в работе [1] в кристаллах СаСиТцОп при увеличении температуры выше 100 К на килогерцовых частотах наблюдался резкий рост действительной части диэлектрической проницаемости вплоть до значений ~ 105. В субмиллиметровом диапазоне это значение, напротив, росло с понижением температуры и изменялось от 75 до 110 (на частоте 600 ГГц). При этом наиболее удивительным оказалось отсутствие сегнето-электрических свойств в исследуемом веществе.

Глава II. Техника и методика эксперимента
Введение
В данной главе приводится описание экспериментальных установок и методов, используемых для измерения диэлектрических характеристик различных ДС при изменении температуры от +20° до -180°С. Особенностью данной работы является ее комплексный характер, заключающийся в одновременном использовании нескольких различных методов для исследования физических характеристик увлажненных ДС и их модельных аналогов. Это позволяет существенно увеличить количество и качество получаемой информации о физических свойствах исследуемых объектов.
Изучение диэлектрических параметров исследуемых ДС проводилось как в низкочастотном диапазоне с использованием метода измерительного конденсатора, так и в СВЧ-диапазоне - резонаторным методом. Кроме того, выполнялись радиометрические исследования в свободном пространстве на частотах до
37,5 ГГц.
Одновременно с диэлектрическими проводились калориметрические исследования, что позволяло получить дополнительную информацию о процессах, происходящих в формирующейся криогенной среде.
Наряду с вышеизложенными, выполнены измерения влияния квазиста-ционарного электрического поля на низкочастотные и микроволновые диэлектрические параметры мерзлых ДС.
Исследовались гетерогенные мелкодисперсные среды различной природы (кристаллические, некристаллические, полимерные, состоящие их органического вещества), увлажненные полярными жидкостями - обычной Н20, тяжелой водой И20, этиловым спиртом С2Н5ОН и их смесями. Проводились также измерения диэлектрических характеристик древесины с ориентацией волокон параллельно и перпендикулярно электрическому полю и искусственной среды, состоящей из сухого песка и металлических частиц.