Техника - молодёжи 1988-11, страница 5

О.ОБОЭпа

273.1БК

Рис. 1. Фазовая диаграмма воды.

Эволюцию термодинамической системы можно проследить движением точки (в координатах температура — давление) по некоторой траектории. Например, если лед находится в состоянии, которое соответствует точке К, и его при неизменном давлении начать нагревать, этот процесс будет описывать на диаграмме горизонтальная прямая от К к точке Л. На своем пути система «пересечет» кривую сублимации 1, и лед сразу, минуя жидкое состояние, превратится в пар. Если же нагрев будет происходить при другом, более высоком давлении (на диагр мме это прямая М — N), то лед, «пересекая» кривую плавления 3, превратится в воду, а затем, пройдя рубеж кривой испарения 2, вещество перейдет в газообразное состояние.

Там, где сходятся кривые 1,2, 3, — тройная точка системы. В ней вещество может существовать сразу в трех агрегатных состояниях.

ные фазовые переходы в других материалах.

В каких веществах искать? Логика подсказывала — в таких, что хорошо поглощают свет и в которых молекулы слабо взаимодействуют друг с другом. Ведь молекула, поглотив квант, изменяет конфигурацию электронных оболочек, у нее может появиться дипольный момент. Он, в свою очередь, повлияет на энергию взаимодействия этой молекулы с соседними.

Нам было нужно, чтобы под действием света энергия взаимодействия молекул вещества сущест

венно изменилась (безразлично, увеличилась или уменьшилась). От нее зависит температура фазовых переходов. Но чем меньше исходная (без освещения) энергия взаимодействия, тем больше будет ее относительное изменение под действием света. И соответственно, эффект легче обнаружить.

Всем требованиям хорошо удовлетворяло органическое вещество — антрацен. Уже первые эксперименты, поставленные в 1968 году, оказались многообещающими. Подобно сильно охлажденной игле, луч (интенсивностью не ниже пороговой — 10¹⁸ фотонов на квадратный сантиметр за секунду) вызывал бурную кристаллизацию расплава антрацена. Жидкость замерзала!

Необычно вели себя и кристаллы, выросшие в световом потоке. Когда лампа выключалась (схема рабочей установки показана на рис. 2), они немедленно распадались, а при изменении интенсивности «родительского» луча «гуляла» и температура плавления кристаллов.

Светом нетрудно было вызвать и «дождь». Пары антрацена мгновенно собирались в капли. Этот эффект мы назвали фотоконденсацией, а рост кристаллов под действием света — фотокристаллизацией.

В дальнейшем столкнулись и с другими сюрпризами. Фотоконденсация происходила в ненасыщенных парах, а фотокристаллизация — в перегретых расплавах, то есть там, где, по традиционным представлениям, изменение агрегатного состояния было невозможно в принципе! Тем не менее — факт налицо. На приводимых фотографиях запечатлены отдельные

Рис. 2. Установка для изуч них 1вления фотокристаллизации работает следующим образом:

Ртутная лампа (1) мощностью 100 Вт через оптическую систему (2, 3, 4) освещает правую часть запаянной кюветы с исследуемым вещее эм (7). Когда лампа выключена, вещество в кювете находится в парообразном состоянии. Если включить лампу и с помощью диафрагмы постепенно увеличивать лоток света, то поначалу в кювете ничего не происходит. Но когда мощность излучения достигнет пороговой величины — порядка 10¹⁸ фотонов в секунду на 1 см²,— в световом пятнышке на стенках кюветы начнут расти кристаллы. Их можно увидеть с помощью микроскопа (8). Если же повысить температуру в правой части кюветы, кристаллы исчезнут.

В установке предусмотрены два термостата (5) и (6) — с их помощью можно создавать определенную температуру квк а правой, твк и в левой части кюветы. Соответственно появляется возможность уз-ивть, насколько изменяется температура фазового перехода вещества под действием светв той или иной интенсивности.

этапы роста кристалла антрацена даже не из перегретого расплава, а из ненасыщенных паров.

В конце концов нам стало понятно, что освещенность является

Последовательные стадии роста кристалла антрацена в луче саетв. Снимки выполнены с интервалом 4 с.