题目：有机液体部分声学参量及其热力学关系的分子热力学研究

液体是现代工程技术大量实际问题广泛涉及的物质，也是自然科学特别是凝聚态物理所关心的对象。对液体性质的深入研究是一项长期的基础工作。 超声在液体中的传播特性和液体的性质、分子结构以及分子间的相互作用之间存在着密切的关系。由于利用声学参量可以计算液体的热力学量，这就使得用声学方法研究液体性质及微观结构成为一种可能的有效途径。它日益受到人们的重视，并被称为分子声学的新前沿。 本文旨在深入研究液体声学参量与液体热力学、统计物理特征间的关系，着重研究探讨这种关系的液体理论和状态方程上。所完成的工作主要是在分布函数理论基础上，以Carnahan-Starling 方程（简记CS方程）为工具，利用分子热力学方法，结合本文提出的假设，推导出了声速、声速温度系数、声速压力系数、非线形声学参量B/A等液体声学参量与反映液体分子结构和相互作用的参量――碰撞因数s和空间充填密度y 的热力学关系式，在此基础上探讨了这些声学参量的热力学内涵，用大量计算数据给出了这些关系式对烷类、苯类、酸类、醇类等有机液体声学参量和热力学量的预测结果。为检验对声速的预测精度，本文建立了一套测量液体声速的试验系统，其中采用了迈克尔逊干涉仪精确测量声传输距离，实现了超声连续波传输法对声速的测量。本研究不仅对系统地解释声学参量和液体热力学统计物理特征之间的关系，揭示了声学参量所反映的液体微观结构和分子间的相互作用之间的相互作用本质、、优化分子模型、选择热力学性质和声学特征有重要意义，而且对发展分布函数理论、以声学方法研究液体性质也有重要意义。 本研究得出的重要结论如下： 1、液体摩尔分子体积B与液体体积 、温度T存在如下关系： （ ） =0 （ ）T=(2-1/2s) 式中S为液体分子碰撞因数。利用此关系式，用CS方程导出的液体热力学量和声学量关系式具有较好的预测精度。 2、空间充填密度y 与液体的分子结构、分子间作用有密切关系。在同类有机液体中，随着族碳链长度增长、或取代基个数增多，y值增大，取代基的大小和性质影响y 值大小。 3、空间填充密度y 具有负的温度系数和正的压力系数，存在如下关系。它与液体的等压膨胀系数 、等温压缩系数 。 0 1、4、液体的等压膨胀系数 、等温压缩系数 和参量Y及S的关系为 其中 分别是关于Y和S的代数式： 5、液体的声速C和参量S、Y的关系为： 利用该式对有机液体声速的预测和实验值符合的较好。 6、液体声速系数与参量Y、S 及其系数的关系为： 式中分别是关于S和Y的代数式，由该式预测的声速负温度系数、正压力系数与文献规律一致。 7、有机液体非线形声学参量B/A与参量S、Y的关系为： 该式预测的B/ A 值与实验值及文学给出值符合。 8、用引力参数A修正后的CS方程，对有机液体热力学量 、BT和声速C的预测精度有所提高。 总之，本文首次在分布函数理论基础上，利用分子热力学方法，结合提出的假设，用CS方程推导出了典型有机液的部分声学量和热力学量的关系式，计算所得这些量的理论结果与实验值符合得的较好。表明了所提假设、CS方程及所得关系式在一定范围内具有较好的适用性。38