Ultrasonic Dispersion and Relaxation and the Bulk Viscosity Coefficient of a Liquid

A method has been described to evaluate the compressional relaxation time in a liquid from ultrasonic dispersion alone, using the property of the bulk viscosity of the liquid. Available experimental data on ultrasonic dispersions in liquids are used to calculate this relaxation time and hence the intermolecular binding (or activation) energy of the liquid. The bulk viscosity coefficient of the liquid is a complex and frequency-dependent quantity under the action of an ultrasonic wave, and is closely related to the compresional relaxation time of the liquid and the ultrasonic absorption and dispersion in the liquid. The variation of the relaxation time with temperature is evaluated from data on the variation of ultrasonic dispersion in the liquid, with temperature, leading to the evaluation of activation energy. Comparison of calculated values with available values shows fairly good agreement. However the results are found to be very sensitive to the accuracy of the dispersion data.

Zusammenfassung

Es wird eine Methode zur Bestimmung der Kompressionsrelaxationszeit in einer Flüssigkeit allein aus der Ultraschalldispersion beschrieben, die von der Volumenviskosität der Flüssigkeit Gebrauch macht. Zur Berechnung dieser Relaxationszeit und damit der intermolekularen Bindungs- (oder Aktivierungs-) Energie der Flüssigkeit werden die verfügbaren experimentellen Daten über Ultraschalldispersion herangezogen. Der Volumenviskositätskoeffizient der Flussigkeit ist eine komplexe und frequenzabhängige Größe, und er ist eng mit der Kompressionsrelaxationszeit der Flüssigkeit und der Ultraschallabsorption und -dispersion in der Flüssigkeit verknüpft. Die Änderung der Relaxationszeit mit der Temperatur wird aus Daten über die Temperaturabhängigkeit der Ultraschalldispersion in der Flüssigkeit ermittelt und führt zur Bestimmung der Aktivierungsenergie. Der Vergleich berechneter Werte mit vorhandenen Daten zeigt eine recht gute Übereinstimmung. Die Ergebnisse hängen allerdings empfindlich von der Genauigkeit der Dispersionsdaten ab.

Sommaire

On dispose d'une méthode pour évaluer la durée de relaxation compressionnelle dans les liquides à partir de la seule dispersion ultrasonore, en utilisant les caractéristiques de la viscosité volumique du liquide. Nous avons utilisé des résultats expérimentaux disponibles sur la dispersion des ultrasons dans des liquides pour calculer la durée de relaxation et done l'énergie de liaison intermoléculaire (ou d'activation) du liquide. Le coefficient de viscosité volumique d'un liquide est une grandeur complexe, dépendant de la fréquence de l'onde ultrasonore; elle est étroitement liée à la durée de relaxation compressionnelle du liquide, ainsi qu'a l'absorption et à la dispersion ultrasonores dans le liquide. Les variations avec la tempérapture de la durée de relaxation sont évaluées à partir de données des variations correspondantes de la dispersion ultrasonore, ce qui permet d'évaluer l'énergie d'activation. Les valeurs calculées sont en assez bon accord avec les données disponibles, mais elles sont très sensibles a la précision de ces données.