Espalhamento de luz em uma mistura binária de gases poliatômicos

Abstract

Resumo: Diferente técnicas de espalhamento de luz forneceram, ao longo dos anos, importantes informações a respeito das propriedades físicas e químicas dos materiais. Em fluídos, especificamente em gases, o estudo das interações entre luz e átomos fornece informações sobre a constante dielétrica e coeficientes de transporte. Lord Rayleigh, um dos primeiros a estudar a coloração azul do céu, escreveu em seus Scientific Papers que a origem da luz visível se dá pelo desvio de seus cursos regulares das partículas que compõem o meio. Como se sabe da teoria clássica do eletromagnetismo, ondas incidentes exercem força sobre as partículas, que são aceleradas e emitem radiação. Flutuações na densidade, pressão, velocidade e fluxos de calor resultam na perturbação da constante dielétrica. Da teoria do eletromagnetismo, é possível relacionar o campo elétrico espalhado com flutuações na constante dielétrica, como será apresentado no capítulo segundo. Em experimentos de espalhamento de luz, a grandeza medida em laboratório é chamada de fator de estrutura dinâmico. Utilizando a teoria das funções de correlação, mostra-se que tal grandeza é calculada a partir de correlações em tempos diferentes do campo elétrico espalhado, e portanto, de flutuações na constante dielétrica. O objetivo deste trabalho é, então, calcular o fator de estrutura dinâmico para uma mistura binária de gases poliatômicos utilizando uma teoria de seis campos: densidade da mistura, concentração de um constituinte, divergente da velocidade da mistura e temperatura; e uma teoria de 9 campos, em que soma-se a velocidade relativa dos constituintes.

Abstract: Different light scattering techniques have always provided important informations regarding the physical and chemical properties of materials. In fluids, or more specifically in gases, the study of the interactions between light and atoms provides informations about the dielectric constant and the transport coefficients. Lord Rayleigh, one of the first to study the blue-colored sky, wrote in his Scientific Papers that the origin of the light we are able to see is due to small suspended particles which divert from its regular course. As it is known from the classical theory of electromagnetism, the incident electromagnetic wave exerts a force on the particles, which accelerate and emit radiation. The fluctuations in density, pressure, velocity and heat fluxes appears in the dielectric constant. From the classical theory of electromagnetism it is possible to derive a relation between the scattered field and fluctuations in the dielectric constant. This procedure will be shown in the second chapter. In light scattering experiments, the quantity measured in laboratories is called dynamic structure factor. From the theory of correlation functions, it can be shown that this quantity is derived from correlations between the scattered electric field at different times, and, consequently, from dielectric constant deviations. Therefore, the objective of this work is to calculate the dynamic structure factor for a binary mixture of polyatomic gases using a six field theory: density of the mixture, concentration of one gas, divergent of velocity of the mixture and temperature; and a nine-field theory, composed of one more equation for the relativity velocity.