Гистерезис полевой зависимости сигнала электрооптического светорассеяния в аэрозолях (стр. 2 из 2)

Рис. 5. Петля предельного гистерезисного цикла электрооптического рассеяния света в аэрозолях.

Увеличение напряженности поля в ячейке до максимума ЕМАХ соответствует наступлению режима электрооптического насыщения, когда все имеющиеся в наличии частицы ориентированы по полю. При последующем уменьшении напряжения на обкладках ячейки, как видно из осциллограммы, кри-вая дезориентации частиц идет не по кривой полевой зависимости, снятой в статическом режиме, а по совер-шенно новому пути а-б (рис.5). Точка б соответствует такому состоянию аэродисперсной системы, когда напряжение на обкладках ячейки и, соответ-ственно, напряженность ориентирующего поля, равны нулю. Однако электрооптический эффект в аэрозолях при этом оказывается не равным нулю, а определяется фотооткликом, которому соответствует отрезок об. Его можно назвать остаточным электрооптическим эффектом (остаточным светорассеянием). Появление остаточного светорассеяния говорит о наличии в наблюдаемом электрооптическом эффекте гистерезисных явлений. Электрооптический гистерезис заключается в том, что величина электрооптического эффекта, возникающего в коллоидах, зависит не только от напряженности ориентирующего поля, но и от пред-шествующего состояния (степени ориентации) вещества дисперсной фазы относительно дисперсионной среды. Далее, при перемене полярности синусоидального ориентирующего поля на противоположную и некотором первоначальном росте напряженности поля нельзя не заметить, что спад электрооптического эффекта будет продолжаться еще некоторое время (участок кривой б-в). Этот запоздалый спад фотоотклика при росте напряженности поля свидетельствует о том, что аэрозольная система как бы "сопротивляется" переориентации частиц. Для преодоления этого сопротивления и, следовательно, для полной переориентации системы аэрозольных частиц, необходимо создать в ячейке электрическое поле с обратной (отрицательной) напряженностью -ЕС, которую (проводя аналогию с магнитными явлениями) можно назвать коэрцитивной силой электрооптического эффекта. При дальнейшем увеличении на-пряженности электрического поля до величины -ЕМАХ получаем значение фотоотклика IГ=IМАХ, при котором наступает насыщение электрооптического эффекта для проти-воположно направленного поля. Последующее уменьшение напряженности ориентирующего поля до нуля только частично дезориентирует систему, сигнал плавно спадает по кривой г-б, при этом электрооптический эффект в аэрозолях в отсутствие поля опять будет характеризоваться не равным нулю фотооткликом, соответствующим отрезку об. Дальнейшее увели-чение напряженности электрического поля до величины ЕС снова полностью дезориентирует систему аэрозолей (участок кривой б-д).. Следующий за ним рост напряженности поля до величины ЕМАХ снова приводит к тому, что электрооптический отклик достигает преж-ней предельной величины IА=IМАХ (участок кривой д-а). Таким образом, для периодически меняющегося по гармоническому закону электрического поля зависимость возникающего при этом эффекта электрооптического светорассеяния в аэрозолях от напряжен-ности электрического поля в ячейке Е(I) нужно изображать в виде системы двух замкнутых полупетель абвгбда, - своеобразной баттерфляй-петли гистерезиса электрооптического эффекта. Гистерезис электрооптического светорассеяния в аэрозолях вызывается отставанием по фазе ориентации несферических частиц от напряженности поля в ячейке, в связи с чем направление вектора ориентации частицы в каждый момент времени является результатом его предыстории. Описанные гистерезисные явления наиболее ярко проявляются при насыщении эффекта, поэтому гистерезисную петлю, полученную при этих условиях (при напряженностях насыщения) можно считать предельным гистерезисным циклом электро-оптического эффекта.

Рис.6 . Нахождение электрооптического отклика системы аэрозолей на воздействие гармонического ориентирующего поля.

Электрооптический эффект квадратичен, поэтому система частиц реагирует только на величину напряженности поля и не реагирует на его направление. Если зеркально отразить левую экспериментально полученную полупетлю вгд относительно оси абсцисс (в положение вед), то получим классическую петлю гистерезиса абведа, которая имела бы место в том случае, если бы электрооптический эффект зависел от направления электрического поля (рис. 5). Гистерезис в аэрозолях - это явление, которое заключается в том, что физическая величина, характеризующая состояние системы частиц (светорассеяние), неоднозначно зависит от другой физической величины, которая характеризует меняющиеся внешние условия (напряженность электрического поля). Гистерезис будет наблюдаться в тех случаях, когда состояние аэрозольной системы в данный момент времени определяется внешними условиями, имевшими место в предыдущие моменты времени. Неоднозначная зависимость величин наблюдается во многих процессах, так как для изменения состояния тела всегда требуется определенное время, при этом реакция тела будет отставать от вызывающих ее причин. Классическим примером такой зависимости является петля гистерезиса, образующаяся при циклическом перемагничивании ферромагнетиков [6]. Для раз-ных условий опыта кривые электрооптического отклика получаются то более узкими, то более ши-рокими, что должно послужить темой для дальнейших исследований. Числен-но площадь петли гистерезиса, как следует из теоретических соображений, должна быть прямо которые хорасдует источник поля на один цикл пропорциональна поте-рям электроэнергии, переориентации всех частиц, содержащихся в единице объема аэродисперсной среды. По экспериментально полученной нами гистерезисной характеристике электрооптического отклика, которая соответствует предельному гистерезисному циклу, с помощью графоаналити-ческого метода трех проекций графически был найден отклик системы аэрозолей на воздействие гармонического ориентирующего напряжения. Этот отклик соответствует приводимым ранее осциллограммам процесса (рис.6). Полученные результаты свидетельствуют о применимости этого метода расчета нелинейных систем с гистерезисом для анализа поведения аэрозолей при их ориентации, которая возможна не только в электрическом поле, но и в других потенциальных полях (в поле тяготения, воздушном потоке и т.д. [7] ).

Список литературы

1. Электрооптика коллоидов. Киев.: Наукова думка, 1977. - 200 с.

2. Зуев В.Е., Копытин Ю.Д., Кузиковский А.В. Нелинейные оптические явления в аэрозолях. Новосибирск: Наука, Сиб. отд - ние, 1980.- 184 с.

3. Сушко Б.К. Влияние электрических полей на рассеяние света заряженными аэрозольными частицами // Вестник Башкирского гос. университета. - 2000. - №2-3. - С.10-14.

4.Войтылов В.В., Зернова Т.Ю., Трусов А.А. Экспериментальное исследование полидисперсности водного коллоида палыгорскита, суспензий E.COLI и PS.FLUORESCENS электрооптическим методом // Коллоидн. журнал.-2001.-Т.63.-№1.-С.25-31.

5. Толстой Н.А., Спартаков А.А., Трусов А.А. Электрооптические свойства лиофобных коллоидов // Коллоидн. журнал. -1966.- Т.28.- Вып.5.- С.735-741.

6.Кринчик Г.С. Физика магнитных явлений. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985.-336 с.

7. Долгинов А.З., Гнедин Ю.Н., Силантьев Н.А. Распространение и поляризация излучения в космической среде. М.: Наука, 1979.- 424 с.