بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق تجربی پخش شوندگی حرارتی مایعات آلی استون، کلروفرم، متانول وتترا کلرید کربن با استفاده از روش طیفنگاری لیزری عدسی شدگی حرارتی دوپرتویی تپی اندازهگیری شد. این کار یک بار با اندازه گیری زمان ایجاد و بار دیگر با اندازهگیری زمان واهلش عدسی شدگی انجام گرفت. مقادیر به دست آمده با مقادیر محاسباتی گزارش شده در منابع، مقایسه گردید و نتایج به دست آمده با دو روش در این کار نشان داد که روش اول یعنی استفاده از زمان ایجاد عدسی شدگی نسبت به زمان واهلش آن برای اندازه گیری کمیت مزبور از دقت بیشتری برخوردار، و به مقدار تئوری نزدیکتر است.
واژه های کلیدی: طیف نگاری لیزری عدسیشدگی حرارتی، ضریب پخش شوندگی حرارتی، زمان واهلش، زمان ایجاد
01مقدمه
در چند دهه اخیر، روشهای مبتنی بر پدیده فوتوترمال برای تشخیص فرایندهای غیرتابشی خواص ساختاری، اپتیکی و حرارتی مواد از قبیل طیف نگاری فوتوآکوستیک، طیف نگاری عدسی شدگی حرارتی و... توسعه یافته است.[1] بخشی از فرایندهای غیر تابشی با استفاده از روش های آشکارساز اپتیکی متداول قابل اندازه گیری نیست، اما روش های ترمواپتیکی از قبیل طیف نگاری عدسی شدگی حرارتی - TLS - 1 و طیف نگاری فوتوآکوستیک - PAS - 2 میتوانند برای این منظور مناسب باشند. افت وخیزهای حرارتی ایجاد شده بوسیله فروافتهای غیرتابشی باعث ایجاد گرادیان دمایی، تغییر چگالی، و به دنبال آن ایجاد گرادیان ضریب شکست در محیط می شوند.
در نتیجه محیط مانند یک عدسی اپتیکی عمل میکند و باعث واگرایی نوری میشود که از میان نمونه میگذرد. این پدیده عدسیشدگی حرارتی نام دارد. تشکیل عدسیشدگی حرارتی، باعث پهن شدن شعاع لکه پرتو گمانه3 میشود که به صورت کاهش شدت روی آشکارساز مشاهده میگردد. در میان روشهای فوتوترمال، TLS یک روش معتبر، توانمند و چندکاربردی است. این روش برای اندازه گیری موادی حتی با ضریب جذب 10-8 نیز قابل استفاده است.[5] در این تحقیق، اندازهگیری ضریب پخش حرارتی - - D برای نمونه های مختلفی از قبیل استن، کلروفرم، متانول، به دو روش استفاده از زمان ایجاد عدسی شدگی - کاهش شدت - 4 و زمان سپری شده برای برگشت وضعیت از شروع عدسیشدگی به حالت قبل از تابش - افزایش شدت - 5 محاسبه شده است.
02نتایج و بحث
D ضریب پخش حرارتی، l ضخامت عدسیشدگی حرارتی، N تعداد مولکولها برcm3، K رسانایی حرارتی، چگالی جرمی، CP ظرفیت گرمایی ویژه، ضریب شکست محیط، فرکانس پرتو گرمایش، P - t - توان لیزر تپی بهصورت تابعی از زمان، w شعاع پرتو، J ثابت ژول، سطح مقطع جذب فوتون، n تعدادفوتونهای جذب شده می باشد. ثابت زمانی مشخصه از طریق رابطه به پخشپذیری حرارتی و شعاع پرتو مرتبط است.[1,4,6] رابطه - - 3، رابطه نظری ضریب پخش حرارتی تعریف شده است .[1,4,6] ابتدا از رابطه - - 3، D مربوط به یکی از حلالها - استن - را محاسبه و عدد بدست آمده بهعنوان مرجعی برای تعیین بقیه ضرایبی که از طریق رابطه تجربی بدست میآیند استفاده میشود.[4]
با توجه به اینکه اعتبار رابطه تجربی - 6 - تایید شده است، از این رابطه برای بدست آوردن ضرایب پخش حرارتی سایر نمونه ها استفاده می کنیم.[7] مقادیر تئوری ضریب پخش حرارتی حلالهای آلی در جدول 1 داده شده است.[7,8]به کمک رابطه تجربی - 6 - و دادههای بدست آمده از آزمایش، ضریب پخش مربوط به همان نمونههای جدول1، در جداول 2و3 ارائه شده است. در جدول 2 زمان ایجاد عدسیشدگی - زمانی که طول میکشد تا عدسی شدگی روی دهد - برای محاسبه ضریب پخش استفاده شد. لازم بهذکر است که برای محاسبه ضریب پخش مایعات آلی کلروفرم و متانول از استن، و برای محاسبه ضریب پخش استن از کلروفرم به عنوان مرجع استفاده شده است. در جدول 3 زمان واهلش عدسی شدگی - زمانی که طول میکشد تا نمونه خنک شود و عدسیشدگی از بین رود - به کمک اسیلوسکوپ اندازه گیری شده است، تا از این زمان برای محاسبه ضریب پخش نمونه ها استفاده شود.
مانطور که مشاهده می شود ضرایب پخش حرارتی های محاسبه شده از طریق استفاده از زمان ایجاد عدسیشدگی - جدول - 2 به مقادیر نظری ضریب پخش حرارتی - جدول - 1 نزدیکتر میباشند، و درصد خطای کمتری نسبت به مقادیر جدول 3 دارند. بنابراین برای محاسبه ضریب پخش این مایعات آلی با استفاده از رابطه - 6 - ، بهکارگیری زمان ایجاد عدسیشدگی از درصد خطای کمتری در مقایسه با استفاده از زمان واهلش عدسیشدگی برخوردار است.
.3 شرح آزمایش
برای انجام این آزمایش از یک ساختار لیزری دو پرتویی استفاده شده است. تپهای Qسویچ شده یک لیزر Nd:YAG مد TM00 بهعنوان پرتو گرمایش6، و باریکه لیزر پیوسته هلیم- نئون 5mW - با طول موج - 632nm با پایداری مناسب، بهعنوان پرتو گمانه استفاده شده است. تپهای پرتو گرمایش که دارای انرژی 100میلیژول بودند، توسط یک عدسی همگرا با فاصله کانونی 50 میلیمتر برروی نمونه متمرکز شدند. نمونه در داخل یک سلول کوارتز با فاصله نوری یک سانتیمتر قرار داشت. پرتوهای گرمایش وگمانه به
