Використання теплового випромінювання для дистанційної ідентифікації рідин у закритих діелектричних контейнерах
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
Дистанційне визначення речовин, у тому числі і рідин, є актуальним завданням, вирішення якої вимагає принципово нових підходів як до методів, так і до техніки вимірювань. Пов'язано це з тим, що стандартні методи ґрунтуються на коливальних властивостях компонентів рідини: від атомів до клатратних комплексів, які реєструються спектроскопічними методами різних частотних діапазонах і не розраховані на дистанційне застосування. Звичні методи радіолокації зазвичай не прийнятні через неможливість потайного знімання інформації за допомогою активної локації та отримання на її основі даних за складом об'єкта опромінення [1-5]. Тому в даний час все ширше використовуються методи та прийоми пасивної локації, але для вирішення досить специфічних завдань дистанційної ідентифікації речовин вони мають бути значно модернізовані. У роботі [6] зроблено спробу застосування пасивної локації для досліджень водних розчинів солей. Але методика вимірювань не дозволяє проводити дистанційні дослідження через необхідність знаходження коефіцієнта відбиття від металу та заданого зразка водного розчину.
На сьогоднішній день немає чіткого розуміння того, як залежить термостимульоване випромінювання від складу макроскопічного тіла, а також від того, чи є теплове випромінювання рівноважним або нерівноважним. Об'єкт, що досліджується, при заданій температурі випромінює електромагнітні хвилі, пов'язані з тепловим рухом молекул і атомів його складових. Тому теплове випромінювання є випадковим (флуктуаційним), що означає рівність нулю середньої величини електромагнітного поля, але усереднені квадратичні по полю характеристики, що визначають його енергію (температуру), мають відмінну від нуля кінцеву величину. У цій роботі розглядаються вдосконалена методика і модернізований вимірювальний комплекс для дистанційного дослідження рідких розчинів як електролітів, так і неелектролітів за допомогою вимірювань і подальшого аналізу флуктуацій диференціальної температури проміжного рідкого середовища (дистильованої води), в яку вміщена ємність (тара). У роботі наводяться результати досліджень сумішей електролітів та неелектролітів різних концентрацій. Наведено приклад вимірювання нерівноважного теплового випромінювання розчину. Показано можливість розрізняти досліджувані рідини, а також з'єднувати компоненти розчинів даних концентрацій для отримання заданих властивостей всього розчину.
Блок інформації про статтю
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
Посилання
G. V. Antsev, G. P. Zhigulin, A. A. Makarenko, and V. A. Sarychev, Optoelectronic homing systems for high-precision weapons. Introduction to theory. Monograph. Radio engineering, 2017, ISBN: 975-5-93108-145-8.
S. M. Rytov, Theory of electrical fluctuations and thermal radiation. Moskow: Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1953.
E. A. Vinogradov and I. A. Dorofeev, “Thermally stimulated electromagnetic fields of solids,” Physics-Uspekhi, vol. 52, no. 5, pp. 425–459, May 2009, DOI: https://doi.org/10.3367/UFNe.0179.200905a.0449.
T. Yokouchi et al., “Electrical magnetochiral effect induced by chiral spin fluctuations,” Nat Commun, vol. 8, no. 1, p. 866, Dec. 2017, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-017-01094-2.
M. K. Hazra and Y. Levy, “Biophysics of Phase Separation of Disordered Proteins Is Governed by Balance between Short- And Long-Range Interactions,” J Phys Chem B, vol. 125, no. 9, pp. 2202–2211, Mar. 2021, DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.0c09975.
M. I. Shakhparonov, Introduction to the modern theory of solutions (Intermolecular interactions. Structure. Simple liquids) Textbook for universities. Moscow: Higher school, 1976.
V. F. Myshkin, V. A. Khan, V. P. Tsipilev, V. N. Lensky, V. A. Borisov, and B. Z. Kemelbekov, “About Shaping the Thermal Radiation in Optically Transparent Solid Objects,” Scientific Journal of KubSAU, vol. 60, no. 06, pp. 1–11, 2010, URL: http://ej.kubagro.ru/2010/06/pdf/32.pdf.
V. G. Artemov, A. Ryzhov, H. Ouerdane, and K. Stevenson, “Ionization differences between weak and strong electrolytes: the role of protonic quantum effects as perturbed by dielectric relaxation spectroscopy,” Aug. 2021, DOI: https://doi.org/10.26434/CHEMRXIV-2021-V9L4M.
I. Saito, T. Watanabe, and T. Gotoh, “Modulation of fluid temperature fluctuations by particles in turbulence,” J Fluid Mech, vol. 931, p. A6, Jan. 2022, DOI: https://doi.org/10.1017/jfm.2021.939.
K. Ourabah and M. Tribeche, “Quantum entanglement and temperature fluctuations,” Phys Rev E, vol. 95, no. 4, p. 042111, Apr. 2017, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.042111.
K. P. Gaikovich and A. N. Reznik, “Near-field effect in thermal radio-frequency radiation,” Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, vol. 72, no. 11, pp. 546–549, Dec. 2000, DOI: https://doi.org/10.1134/1.1348477.
M. L. Levin and S. M. Rytov, Theory of equilibrium thermal fluctuations in electrodynamics. Moscow: Nauka, 1967.
P. D. Dixit, “Detecting temperature fluctuations at equilibrium,” Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 17, no. 19, pp. 13000–13005, 2015, DOI: https://doi.org/10.1039/C5CP01423A.
S. Song et al., “Transport dynamics of complex fluids,” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 116, no. 26, pp. 12733–12742, Jun. 2019, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1900239116.
Yu. A. Ilyinsky and L. V. Keldysh, Interaction of electromagnetic radiation with matter. Moscow: Publishing House of Moscow State University, 1989.
L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Statistical physics. Moscow: Nauka, 1964.
A. V. Pavlyuchenko and P. P. Loshitskiy, “Remote Identification of a Liquid in a Closed Dielectric Container in the Millimeter Wavelength Range. 4. Multi-Frequency Scanning,” Visti vyshchykh uchbovykh zakladiv. Radioelektronika, vol. 63, no. 3, pp. 139–153, Mar. 2020, DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347020030012.
P. P. Loshitskyi and D. Y. Mynziak, “Non-invasive method of determining of blood sugar,” Electronics and Communications, vol. 18, no. 5, pp. 31–42, Dec. 2013, DOI: https://doi.org/10.20535/2312-1807.2013.18.5.142743.
A. V. Pavlyuchenko, P. P. Loshitsky, and I. V. Ponomarev, “Radiometrychna identyfikatsiya hranulovanykh rechovyn [Radiometric identification of granular substances],” Ukrainian Journal of Physics, vol. 66, no. 6, p. 528, Jul. 2021, DOI: https://doi.org/10.15407/ujpe66.6.528.
L. G. Zhuravlev and V. I. Filatov, Physical methods of investigation of metals and alloys. Tutorial. Chelyabinsk: SUSU, 2004.
S. M. Markosyan, S. A. Antsiferova, and L. I. Timoshenko, “The Method of Differential-Thermal Analysis in Evaluation of the Efficiency of the Beneficiation of Sulfide Ores,” Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya, no. 3, 2014, URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=13389.
S.-S. A. Pavlova, I. v. Zhuravleva, and Yu. I. Tolchinsky, Thermal analysis of organic and macromolecular compounds (Methods of analytical chemistry). Moscow: Chemistry, 1983.
P. P. Loshytskyi and D. Yu. Myznyak, “Doslidzhennya neinvazyvnykh metodiv diahnostyky ta terapi [Research of non-invasive methods of diagnosis and therapy],” Medychna informatyka ta inzheneriya, no. 2, pp. 56–60, 2012, URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Mii_2012_2_12.
P. P. Loshytskyi and D. Yu. Myznyak, “Doslidzhennya kontsentratsiynykh zalezhnostey vodnykh rozchyniv [Study of concentration dependences of aqueous solutions],” Medychna informatyka ta inzheneriya, no. 2, pp. 29–35, 2011, URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Mii_2011_2_7.
Ye. I. Akhumov, “Gidratatsiya sakharozy v rastvorakh [Hydration of sucrose in solutions,” Russian Journal of Applied Chemistry, no. 2, p. 458, 1975.
L. D. Bobrovnik, I. S. Gulyy, and V. M. Klimovich, “Gidratatsiya i fazovoye prevrashcheniye sakharozy [Hydration and phase transformation of sucrose],” Sakharnaya prom-st, no. 6, p. 10, 1992.
