Numéro
J. Phys. France
Volume 46, Numéro 5, mai 1985
Page(s) 727 - 731
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01985004605072700
J. Phys. France 46, 727-731 (1985)
DOI: 10.1051/jphys:01985004605072700

Photothermal measurement of the thermal conductivity of supercooled water

O. Benchikh1, D. Fournier1, A.C. Boccara1 et J. Teixeira2

1  Laboratoire d'Optique Physique, ESPCI, 10, rue Vauquelin, 75231 Paris Cedex 05, France
2  Laboratoire Léon Brillouin , C.E.N. Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France


Abstract
Thermal diffusivity measurements of supercooled water have been performed between + 40 °C and - 23 °C, using both optically induced periodic and pulsed heat source in two separate experiments. The resulting temperature field is analysed by monitoring the deflection of a He-Ne laser beam. The thermal conductivity, λ, as deduced from the experiments, decreases continuously with decreasing temperature. The analysis of λ is also discussed both in terms of the classical expression and in terms of a critical law. The influence of the hydrogen bond network structure is discussed, as well. It is verified that the classical relations between λ and the sound velocity, c, are respected, and consequently that the hydrogen bond network structure has the same influence over both λ and c.


Résumé
La diffusivité thermique de l'eau surfondue a été mesurée entre + 40 et - 23 degrés centigrade par une méthode sans contact, dans laquelle la source de chaleur, modulée ou pulsée, est créée optiquement tandis que le champ de température est analysé par la déviation d'un faisceau sonde. La valeur de la conductivité thermique, λ, déduite de ces mesures décroît de manière monotone avec l'abaissement de la température. L'analyse de λ suivant l'expression classique et en terme de loi critique ainsi que le rôle de la structure du réseau de liaison hydrogène sont aussi discutés. On constate que les équations classiques reliant λ et la vitesse du son, c, sont bien vérifiées. On conclut que le réseau de liaisons hydrogène a la même influence sur λ et c.

PACS
6125E - Molecular liquids.
6260 - Acoustical properties of liquids.
6590 - Other topics in thermal properties of condensed matter.
6660 - Thermal conduction in nonmetallic liquids.

Key words
acoustic wave velocity -- hydrogen bonds -- liquid structure -- measurement by laser beam -- photothermal effects -- supercooling -- thermal conductivity of liquids -- thermal diffusivity -- water