Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 123
Текст из файла (страница 123)
Бекзал.... Спирт атклазый Талуал Чатырбххларкстый углерод Ртуть Глицерин 1130 1324 259 920 1453 1023 157 С. а. в идеальных газах при заданной температуре не зависит от давления и растет с ростом температуры как 1'г . Изменение С. з., отнесенное к одному градусу, раныо Ла!ЛТ = »12Т. При комнатной температуре отыосительыое изменение С. 3, в воздухе при иаыененин темп-ры нз 1 градус составляет примерыо 0,17«ла. В жидкостях С. 3., как правило, уменьшается с ростом темп-ры, и изменение темп-ры на один градус составляет, напр., — 5,5 м!с град для ацетона и — 3,6 м!с град для зтилавого спирта.
Исключением иа зтого прави- ном давленки СР и при постоянном объеме Ср. В идеальном газе С. 3. г = р Т ° Т 1 р = ф' 7 и, где В =-8,31 Дж!моль К— универсальная газовая постоянная, Т вЂ” абсолютная темп-ра в Иельвииах, р — молекулярный вес газа. Это т. н. «лапласова» С.
3, В газе оыа совпадает по порядку величины со средней тепловой скоростью движеыия молекул. Величину с'=- у'110 ыаз. «ныотонозой» С, 3., она давала бы С. 3. при бесконечной теплопрозадности, при к-рой сжатия и разрежеыия происходилв бы изотермически. В действительных средах имеет место лзпласова С. 3. С. з.
в газах меньше, чем в жидкостях, а з жидкостях, как правило, меныпе, чем в твердых телах. В табл. 1 и 2 приведены значения ° С. з. для нек-рых газов и жидкостей, причем в тех случаях, когда имеется дисперсия, приведены значения С. з. для частот, меньших, чем частота релакса~и и. ла является вода, в к-рой С. в. при комнатной темп-ре увеличивается с ростом темп-ры на 2,5 мвс град, достигает максимума при темп-ре -74 'С и с дальнейшим ростом темп-ры уменьшается. С.
з. в воде растет с увеличением давления при»верно ыа 0,01»йа на 1 атмосферу; кроме того, С. 3. в воде растет с увеличением содержания растворенных в ней солей. В морской воде С. з. зависит от темп-ры, солености и глубины. Эти зависимости имеют сложный вид. Для расчбта С. 3. в морской воде используются таблицы, рассчитанные по змпирнч. ф-лам. Поскольку темп-ра, давчение, а иногда и соленость меняются по глубине, то звуковые лучи, распространяющиеся в море, испытывают рефракцию и искривляются, что определяет, в частности, такое явлеыие, как подводный звуковой каыал.
В сжиженных газах С. 3. больше, чем в газе при той же темп-ре. Так, например, в газообразном азоте цри темп-ре --195 "С С. 3. равна 176 м!с, а в жидком при той же темперзтуре— 859 и!с; в газообразном и жидком гелии при — 269 'С она равна соответственно 102 м/с и 198 м70. С. 3. з смесях гааов или жидкостей зависит от концентрации кавшонент смеси.
В газовых смесях С. а. хорошо описывается ф-лой с — -- ~влуРТ)р, в к-рой взят молекулярный вес смеси, определенный молекулярными весами компоыент с учетом их концентрация. В жидких смесях зависимость С. з. от концентрации компонент имеет довольыо сложыый характер, к-рый связан с видом межмолекулярных вааимодействий. Так, напр., в спирто- водных и кислотно-водных смесях при нек-рой концентрации имеется максимум С. 3„ а в таких смесях, как ацетон с сероуглеродом, бензол с четыреххлористым углеродом и др., при нек-рой концентрации С. 3. имеет минимум. В водных растворах солей С. з.
растбт с ростом концентрации во всем интервале концентраций. Т. о., измерения С. в. могут служить для определения и контроля концентрации компонент смесей и растворов. В жидком гелии С. 3. увеличивается при поыижении темп-ры. При фааовом переходе в сверхтекучее состояние имеется излом ыа кривой зависимости С. з. от темп-ры; кривые подходят к точке перехода с наклоыом разного знака.
СКОРОСТЬ ЗВУКА Скорость звука в твердых телах. С. 3. в изотропных твердых телах определяется модулями упругости вещества. В неограниченной твердой среде распространяются продольные и сдвиговые (поперечные) упругив валки, причем фазовая С. э. для продольной волыы равыа а <! — а) 1/ Кьа ).О 1' р <1+ а) <1 — 2а) У р а для сдвигозой 3~.О 2р<! та) )' р где Š— модуль Юнга, С вЂ” модуль сдвига, и — коэфф. Пуассона, К вЂ” модуль объемного сжатия. Скорость распространения продольных волн всегда больше, чем скорость сдвиговых волы, а имеыно выполняется соотношение е! ) е!УЗ .
Значения продольной и поперечной С. а. для ыек-рых твердых тел приведены в табл. 3. Табл. 3.— Скорость ззука в н ° которых твердых веществах еь м)е Материал е! н/с е, м)с 3762 Кварц плазл«ный.. Бетон 5760 Плексиглас Палжтнрал .. Стекла пнренс Стек!!а кран ° Стекло Флннт . !100— 1121 1120 1840— 2140 1860 2240 Ь170 4Ь40— ЬЗОО 3490— 4550 3280 284 0в 35ЬО 2389— 2560 ТеФлон Эбонит . Железа 3 180в 3240 1200 5000- 5200 2030 Золота . Магний Платина Сеннеп .
3065 167 0в 1730 700— 790 2440 3260— 3960 !960— 2400 4170— 4210 Ь630 Цкнк . 2960 Ннкель Серебро Углеродистые стали 1600— 1690 Збээ— 3700 Нержавеющая сталь !Х! ЗН9Т Титан ВТ-1..... Медь М2........ Латунь Л59. Ллюмнннезый сплав АМГ.... 5039 5072 3842 3450 2080 48ОО 5200 3!90 6320 5970 4200— ЬЗОО 267 0в 2680 2350— ЗЗЗО 5640 5100- 6120 3760— 4800 1340 2405 5835— 5950 3200- 3240 5765 46 00в 4970 269 0в 2800 1200- 1320 3700— 3850 478э- 4973 2610— 2800 Ь099— 5177 В ыоыокристаллич.
твердых телах С. э. зависит от ыаправления распространения волны в кристалле (см. Распространен!!в ультразвука з кристаллах). В тех направленных, в к-рых возможно распространение чмстых продольных и чистых поперечных волн, н общем случае имеется одно зыачение с! и два е!. Если значения е, различны, то соответствующие волны иыогда иаз, быстрой и медлеинои поперечными волнами. В общем случае для каждого направления распространения волны в кристалле могут существовать три волны с разными скоростями распространения, к-рые определяются соответствующими комбинациями модулей упругости, причем векторы колебательного смещения частиц в этих трбх волнах вааимно перпендикулярны.
В табл. 4 приведены значения С. 3. для иек-рых кристаллов в характерыых направлениях. Во многих веществах С. з. зависит от наличия постораыних примесей. В полупроводниках и диэлектриках С. з. чувствительна к концентрации примесей. Так,при легнрованни полупроводника примесью, увеличивающей число носителей тока, С. э. уменьшается с увеличением концентрации; С. з. в полупроводниках слаба иозрастает при уменьшении темп-ры, В металлах и сплавах С. 3, существеныо зависит от обработки, к-рой был подвергнут металл: прокат, ковка, отжиг и т.п. Частично это явление связана с дислокацивми, наличие к-рых также влияет на С. 3, (з табл. 3 даны наибольшие н наименыпие значения по данным литературы).
В металлах, как правило, С. з уменьшается с ростом темп-ры. При переходе металла в сверхпроводящеа состояние этот характер зависимости меняется: в точке перехода изменяется знак величины де'дТ. В сильных магнитных полях проявляются нек-рые тонкие аффекты в зависимости С. з. от магнитного поля, к-рые отражают особенности поведения электронов в люыокристалле л!еталла. Так, при распространении звука по нек-рым направлениям в кристалле появляются осцнлляции С.
э, как функции магнитного поля. Измерения зависимости С. з. от магнитного полн являются чунствительным методом исследования внутренней структуры металлов. СКОРОСТЬ ЗВУКА Табл. 4. †Скорос ееуне в некоторых монокрнстанлах Капрае- ление рес- простре- неннн Тнп волны Кристалл е, м/с продоль- ная яопереч- нея продоль- ная ыопереч- ная бы- страя папереч.
ная нед- неннан продоль- ная попереч- нен Кварц (БИН) 6330 вдоль осе и 4620 5600 вдоль осн Х Э 5050 3500 11240 Рубин (А)эоэ) ° . вдоль оон С 7800 Ннобат лития <ьшьо,> 7330 вночь осн С Э продоль- ная папереч- нан 7580 СульРнд надина (Сиб> 4500 вдаль осн С Э продоль- ная попереч- ная 1860 Желееонттрнезмй гранат (У,уе>О„)... З34О вдоль осн Х попереч- ная Анюмонагнневен юпннел ь (МЗА<>О>) . ° 8830 вдоль осн [100> Э продоль- ная попереч- ная «ролане нан попереч- ная 6540 10600 вдоль осн [111) Э Э100 В пьезоэлектринах и сегнетоэлектрнках С. з. определяется не только модулнмн упругости, ыо и пьезомодулем и проводимостью веп(ества: наличие электромеханич.
связи делает вещество менее жесткиы и, следовательыо, умень>пает его С. 3. Аналогичное явление наблюдается в магнитострикцнонных материалах. Наличие магынтоупругой связи приводит для ыих, кроме того, к появлеыию заметыой зависимости С. 3. от напряжбнности магнитного поля, обусловленыой т. н. Звльта йьвгрфектом, т. е. заяисимостью модуля Юнга от величины полн. Зги изменения С. з. могут быть порядка нескольких процентов (иногда до десятков процентов).
В сегнетоэлектринах имеется аналогичная зависимость С. з. от напрнжбниости электрич. поля. При действии на твердое тело статич. механич. напряжений С. 3. зависит от величины этих напряжеыий„ что является следствием отклонения от линейного занона Гука. В ограниченных твердых толахэ кроме продольной и поперечной волы,. имен>тсн и другие типы волн. Тан,. вдоль свободной поверхности твбрдога тела нли вдоль границы его с другой средой распространяется специфич, вид волн — коверлногтиив волны, скорость к-рых меньше, чем все остальные С. э. для данного твердого тела. В пластинах, стержнях и других твердых акустич.
волноводах распространяются норлолекне волям, скорость к-рых определяется не только упругими характеристиками вещества, на и геометрией тела. Так„ напр., С. з. для продольной волны н стержпе, поперечные размеры к-рого иного меыьше длины волны, равна: ест = Уь>р. В табл. 3 приведены аначеыия С. з. в тонном стержне для некоторых материалов. Методы измерения С. з. можно подразделить на реаоиансиые методы, метод интгрфвронгтро, импульсные методы, оптич. методы (см. Дифракцил света на ультразвуке).
Наибольшую точность измерения можно получить, используя импульсно-фазовые иетоды. Ояюп(. методы дают возможность измерять скорость на гнпсрзвукозых частотах, вплоть до 10п— 10'е Гц. Точность измерения С. з. зависит от того, надо ли получить абсолютные значения С. з. (как, напр., при определении модулей упругости твердого тела), или же можно ограничиватьсн относительными измерениями С. з. при изменении к.-л. внашних параметров, напр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
