Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 111
Текст из файла (страница 111)
рефракции у (на рис. 6) довольно большой и составляет в кварце -!7', в В!))) 505-8', в ВаС1 -!О', в КС1-2!'. В пьсзоэлектрич, кристаллах вместо закона Гука (!) надо пользоваться системой ур-ний состояния, включающих электрич. позе и поляризацию (см. (уьегоагектричггтга). В этом слу- чае из-за влияния пьеаоэффекта скорость распространении упругих волн несколько меняется, изменяется также значение групповой скорости.
При этом поток энергии в пьезоэлектрич. кристаллах иоя(но рассматривать состоящим иэ чисто упругой и взаимной знергии (энергии электромеханич. связи). Но в основном для пьезозлектрич. кристаллон картина распространения объемных упругих волн остается такой же,как и для непьеаоэлектрич. кристаллов, т. е.
в этом случао так)ке возможны чистые, кназипродольные и квазипоперечныс волны, конич. рефракция для акуспгч. осей 3-го порядка и т. д. Аниаотропия кристаллов усложняет так)ке законы отражения и преломления упругих волн на границах раздела сред: углы падения н отражания могут быть равными, кроме того, падающая волна может при отражении и преломлении расщепляться на несколько волн разных типов, н т. ч. поверхностных (рис. 7). Закон преломления и отрая(ения волн на границе раздела н общем случае можно записать так( г!и Ф, 51н Ф, 5!о Ф, 5(н О, 5)о Ф, 5) (5) г г г „г ).
5 с 5 где ф! — угол падения продольной В (или сдвиговой о") волны, скорость к-рой гш ч„ф!' — угол отражения продольной волны Х ' со скоростью 51., (Рг' — Угол отРажениЯ сДвиговои волны о со скоростью гя., )у!"— угол преломления продольной вол- Ркс. У. Расщепление нноскнх продольной Ь н сдэнгоной 8 волн нрн наагннн нх на границу раздела двух твердых тел. ны В5 со скоростью гь", )()г" — угол преломления сдвиговой волны о" со скоростью гз". На высоких (гиперзвуковых) частотах пространственная периодичность кристаллич, решетки приводит 296 РАСПРОСТРАНЕНИЕ РЛЬТРАЗПРКА к пространственной дисперсии упругих волн.
В этом случае упругая волна из плоскополяризованной может стать поляризованной по кругу, или циркутярнополяризованной, и может наблюдаться т. н, явление акустич. активности. Вдоль акустич. осей образуются две циркулярнополяризовапные волны (лево и право поляризованные), к-рые имеют несколько различающиеся скорости. Результирующий вектор поляризации, возникающий в результате сдвига фаз из-аа запаздывания одной волны по отношению к другой, окааывается повйриутым на нек-рый угол гр,к-рый линейно растет с проходимым волной расстоянием ( и пропорционален квадрату частоты звука.
Экспериментально ато явление обнаружено в кварце на гиперзвуковых частотах. В кристаллах возможно существование нескольких типов поверхности ние волн, для к-рых в большинстве случаев аналитич. Решения получить невозможно и требуются численные расчеты на ЭВМ.
Однако ряд обгцих закономерностей, характерных для обьемных волн в кристаллах, остается справедливым и для поверхностных волн, напр. влияние аниаотропии кристалла на направлоние потока энергии. Среди физич. механизмов, обусловливающих затухание звука в кристаллах, можно выделить слегтузощие: расселние звука на микродефектах, поглощение, обусловленное термоупругими н тепловыми эффектами, дислокационное поглощение, ПОГлащспие, выаванное взаимодействием упругой волны с тепловыми колебаниями кристаллич.
решетки — фононами (см. Поглощение звука); кроме того, в металлах и полупроводниках существует специфич. вид поглощения звука, обусловленный взаимодействием ультразвука с злектронами проводимости; в ферромагнитных кристаллах дополнительное поглощение УЗ обусловлено движением доменных стенок и спин-фононним взаимодействием; в сегнетоэлектрич. кристаллах наблюдается специфич. возрастание поглощения вблизи точки фазового перехода (см. Сегнетозлектричсство). В кристаллах поглощение звука, так иге как и все другие физич, своиства, анизотропно н может быть описано введением тензора вяакости з)цкг.
С учетом последнего закон Гука приобретает вид: Оим оц = Сцыиьг+ дцьг —, (6) а распространение плоских волн частоты ы описывается ур-нисм, аналогичным (4): (Г;а + РАР;ь — рсгсгь) иь = О, (7) где тонзор диссипации Ры определяется свзрткой тепзора вязкости з)цгг по направлениям вектора волновой нормали: Ри, =- зд гг и пь В случае малого поглощения в ур-пни (7) можно разделить действительную и мнимую части: Пе() Г;А — рс'гса ( = О, (8) пес).РП вЂ” 2 о — з,з ) =О.
(9) Ур-ние (8), как и ур-ние (3), позволяет определить фазовую скорость УЗ-вых волн (их поляризацию), а ур-ние (9) — коэфф. поглощения каждан из изонормальных волн: и* ам = —,Рм, 2 ос' где индекс т = (, 2, 3 относится к одной из изонормальных волн, Р',."„— собственные значения тензора диссипации Ры. При наличии поглощения авука групповая скорость упругой волны также становится комплексной. Номпоненты тензора вязкости могут быть определены как экспериментально, так и из микроскопических (модельных) теорий, описывающих данный механизм поглощения звука.
В нск-рых случаях необходиыо применение нелинейной теории (см. Нелинейное поглощение звука). Нелинейная кристаллоакустика аанимается исследованием распространения и взаимодействия УЗ-вых волн конечной амплитуды в кристаллах. Ур-ния нелинейной кристаллоакустики, как и в линейном случае, могут быть получены иэ ур-ния движения кристаллич.
среды (3), но с использованием нелинейного закона Гука: оц = Сцы.нг+ Сцьгегиьгггег+.... Здесь С, А㠄— тензор 6-го ранга, т. н. тензор модулей упругости 3-го порядка. Методом последовательных РАСПЫЛЕНИЕ приближений можно получить ур-ние, описывающее генерацию 2-й акустич. гармоники в кристалле, к-рая происходит в общем так же, как и в изотропиой среде (см. Нвлинейиыв эфб)вити), однако приводит к нек-рым особенностям. Наряду с генерацией акустич. гармоник нелинейное вэаимодвйствие упругих волн в кристаллах приводит к преобразованию частоты, а также к комбинационному рассеянию звука иа звуке. В пьеаоэлектрич. кристаллах наряду с упругой нелинейностью необходимо учитывать т. н.
пьезоэлектрич. нелинейность. Исследование нелинейного взаимодействия упругих волн в кристаллах имеет значение не только для объяснеяия поглощения звука в кристаллах, но также длн описания тепловых фононных вааимодействий и лежит в основе теории работы яового класса нелинейных акустич. устройств— корреляторов, конволюторов. УЗ-вые волны в кристаллах используютси для создания УЗ-вых и гиперзвуковых линий задержки, акустооптич.
устройств и др. устройств анрстсэлвктроники. Лит,г Федоро э Ф. И., Теория упругих если э нрнстагигах, М., 1965; К а й Д ж., Физичссние овойства нрлйталлон, М., 1967; Александров К. С., Анустнческая кристаллография, в сбл Проблемы современной нристаллографин, М., !975; Т а н е р Д ж., Р э м п т о н В., Гидер. звук в Физике твердого тела, М., 19751 Т р уэлл Р., Эаьбаум Ч., Чин Б., Ультразвуковые методы в фйэине твердого гела, пер. с англ., М., ! 972; М е р н у л о в Л. Г., Я н о в л е в Л. А., Особенности распространения и отражении ультразвуновых лучей в кристаллах, »Ануст. ж.э, 1962 т.
6, 56 1; А л е н с а н д р о е К . С., Распространение упругих воли по особеннмм направлениям в кристаллах, »Кристаллография», 1956, :4 1; В у ж в а А. Д., Л я м о н В. В ., Анустичесная активность и другие эффенты, обусловленные пространственной дисперсией в пристал»эх, там же, 1977, т. 22, 26 1. В, Е. Лэиов, К. В. Гэнчэр в. РАСПЫЛЕНИЕ а к у с т и ч ее к о е — получение аэрозоля из жидкости с помощью акустических колебаний звукового и УЗ-ваго диапазона. При Р, дисперсная фаза тонких суспензий и эмульсий, так исе как и растворенные в жидкости вещества, переходит в аэрозоль. В соответствии с тем, как подводится акустич.
энергия к зоне Р. — через игидкость или через гаэ, различают два способа Р. Первый способ подразделяется в свою очередь на две разновидности: Р. в слое и Р. в фонтане. В обоих этих случаях образование капель аэрозоля происходит в результате их отрыва от гребней стопчи х капиллярных волн конечнои амплитуды иа поверхности жидкости.
Диаметр капель аэроаоля х а 0,3)т, где Ан = — У Зпа!р/з — длина капилляриой волны. а — коаффицнент поверхностного патин!ения, р— плотность жидкости, 7 — частота внука. При Р. в слое стоячие капиллярные волны частот!а 0,5»» образуются на поверхности слоя экидкости, покрывающей пластину, колеблющуюся перпендикулярно своей плоскости с частотой А С увеличением амплитуды колебании пластинки амплитуда возбуигдаемых волн монотонно нарастает, достигая через иек-рое время предельной величины, после чего воляоаое движение, возбуя!даемое колебаниями, становится периодическим и устойчивым. При атом в отличие от линейного случая малых амплитуд гребни стоячих волн теряют свою синусоидальную форму и становятся похожими па сравнительно уакие нэычки, напоминающие капли.
С дальнейп!им увеличением амплитуды происходит отделение капель жидкости от гребнев таких волн. Обычно при Р. в слое исполгзуются колебания с частотой — десятков кГц, и диаметр капель составляет десятки мкм. Производительность акустич. Р. достигает нескольких литров и даже десятков литров в час, увеличиваясь с ростоы амплитуды колебаний поверхности и умсныпаясь при переходе к более вязким жидкостям. Толщина слоя жидкости должна быть небольшой — — долей мм, но не мсное А»!72. Такой вид Р. применяют для приготовления порошков и в УЗ-вых форсунках для Р.
жидкого топлива. В качестве распылительиых устройств используются роаонанСнЫЕ пэсэоэлелтричеслив преобразователи из пьезокерамики или магнитэстринциоииыв преобрагэватели стержневого типа с концентраторами, имеющими канал по оси (рис. 1). Жидкость вводится в канал 5 в узловой плоскости концентратора и растекается слоем по поверхности фланца 4, к-рый играет роль колеблющейся пластины. Амплитуда колебаний составляет от 10 до 30 мкм.
При акустич. Р. в фонтане стоячие папиллярные волны конечной амплитуды воабуждаются на поверхносэи РАСПЫЛЕНИЕ струи, возникающей вследствие эффекта фонтанирования жидкости в месте попадания на ее поверхность пучка мощных УЗ-вых волн, направленного Аэрозоль Ряс. 1. ультразвуковое устройство Лля распыления жидкого тостиоа: 1 — составиой полуьолковай эьеэокераиячэский преобразователь; 3 — пьоэокераккческке пластины; 3 — полуволяовой ступеэчозый койцеятратор; э — колеблющаяся поворхяоссь фланца, эа которой ароосхояэт распыление; 5 — ковал внутри кон- центратора. из глубины. Папиллярные волны возникают лиспь при наличии калиточки в струе УЗ-вого фонтана, т. к. кеногредствонной причиной их возбуждекия являются периодич.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
