Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 45
Текст из файла (страница 45)
— Дисоерсиа с нарости звука з газах 1 )р, М1рц/ати Гае Ае)ее 0,04 0,07 0,00 23 зоо 0,035 0,404 20 СО, СЗ СС1, ствующие частоты релаксации 10, отнесенные к давлению Р, для некоторых газов. Наличие примесей других гааов может как ускорять, так и аамедлять процесс передачи энергии от одних степеней свободы к другим. Г!оэтому в смеси гааов область дисперсии сдвигается по частоте в зависимости от концентрации компонент смеси (рис. 2). В различных газах те или 000 020 !ОЗО ра ' 1040 и' 10' 1а' 1а' 1о' 1ур ж,' Рис.
2. Частотизи зависимость сиорости УЗ з свесит газов С,Н, и С,Н, ори различной иоипеитреиии иоиооиеитоз и ври температуре 22,6 'С. иные релаксациоикые процессы проявляются и разной степени. Так, напр., в двухатомных газах преобладает колебательная релаксация, а в многоатомных может иметь место как колебательная, так и вращательная релаксация. В ряде случаев возможна также алектронная релаксация, т. е.
возбуждение электронов под дейстиием звука. В большинстве гааов вращательная и колебательная релаксации происходят с чйгко определеннымн временами т, к-рые при нормальных условиях различаются на несколько порядков. В таких случаях можно наблюдать несколько областей дисперсии. Иногда при этом та или иная область Д. с. з. может оказаться в диапазоне частот, труд- но поддающемся акспериментальному исследованию.
Но поскольку время релаксации убывает с ростом темп-ры и давления, то, меняя 1 и Р, можно сдвигать область дисперсии по частоте в область, удобную дли исследований. Если в газе могут протекать к.-л. химич. реакции, то связанные с ними релаксациопные процессы накладываются на колебательную и вращательную релаксации, и это усложняет картину Д. с.
з. Такое явление наблюдается, напр., в гаае 1(ОБ, где наряду с колебательной релаксацией значительный вклад в дисперсию дает реакция 2МОБХЗХБО„к-рая всегда имеет место в этом гаве. Величина ЬО1се в воадухе не превышает 0,032% и обусловлена в основном наличием паров воды: частота релаксации зависит от вла;ипости и при нормальных условиях увеличивается с ростом последней по аакону 1 — 3 Об,йт.з.104 е т, Р где Ь вЂ” отношение парциального давления водяного пара к полному давлению воздуха.
Д. с. а. наблюдается также и в жидкостях, где она связана о рааличпыми процессами: с колебательной и поворотно-ивомерной релаксациями, с перестройкой внутренней структуры жидкости, с процессами диссоциации, химич. реакциями и т. д. В общем случае анализ релаксационного процесса в жидкости весьма сложен, В большинстве жидкостей величина Д.
с. з. очень мала, но в ряде жидкостей доходит до единиц е(т н даже превосходит 1001. Область дисперсии лежит обычно в гиперавуковом диапазоне частот. В таких жидкостях, как четыреххлорястый углерод, бенаол, хлороформ и др., Д. с. а. имеет место и области частот-104 — 10'е Гц, где обычные УЗ-вые методы исследо- ванин неприменимы. Лишь раавитне оптико-акустич. методов исследования, а особенно появление лаверов, позволило с большой точностью измерить скорость внука на гипераиуковых частотах (см. Манделеютаип— Вриллюаоа рпесенние) и определить величину Д.
с. з., вычитая из скорости гиперзвука скорость, найденную обычными УЗ-выми методами. В табл. 2 приведены данные для ряда жидкостей, где с„— скорость. иаме- 222 ДИСПНРСИЯ СКОРОСТИ ЭИВУИА а ь а а а ° Б Жидкость )Кидьссть а„м/с ~ау, и/с ~ Ьа/аа Бутандвез 1,3.... Провавдаоа 1,2... Глицерин Дввеааал-пратахло- * рад...,, . -32,2 -37,8 14 189 906 616 0,37 1,38 0,1*3 1,41 0,59 1,10 О,!О 0,17 0,09 0,06 0,94 О,ОО 1470 1211 1699 1546 1380 1480 1324 1005 1564 147 3 1З24 1485 20 20 20 20 20 Бензол ......
Хлоробаорм Апвавн Нктробекзаз 'гояуел Вода 74,5 12 0,29 0,32 Частота релакса- Па а М Сред- аодпек- трапия Соль дви /р, 1/иозь мгп 2600 1390 ч 1600 1ШО ренная оптич. методом на частотах (5 — 6).104 Гц, а ау — скорость, измеренная в УЗ-вом диапазоне частот Обычными методами. 'Табл. 2. — Дисперсия скорости звука в жидкостях Поскольку вреия релаксации т аависит от темп-ры, в области дисперсии имеется ааметная аависимость с от (рис. 3).
В сильно вязких жидкостях, таких, напр., как глицерин, триацетил, Д, г. з. достигает десятнов %; она возникает вследствие перестройки внутренней струнтуры жидкости под действием звуковой волны. В таких веществах область дисперсии шире, чем в средах с обычной релаксацией, а время релаксации тор сильно зави- 1260 -20 О 20 46 69 ВО 1 арааура 'С 7'ас. 3. Зааасииасть скорости звука а от температуры дла дабаенилпеатахлсрида в области релаксации, аакарекиаа ари йиксиреэапяых значеяиах частоты.
сит от темп-ры и примерно пропорционально вязкости (табл. 3), В растворах электролитов Д. с, 3. связана с процессами двссоциации, в частности в морской воде она обусловлена диссоциацией растворенной соли 312304. Величина дисперсии в этом случае аависиг от концентрации соли: /)с/аа - — — 13,0 10 4/уХ, где 24/— полярная концентрация соли. В морскои воде Ла/аас"0,01%2 а частота релансации прп 20 'С порядка Табл. 3. — Дисперсия скорости звука з ассоциированных яаидкостах 120 КГц. Значения Д. с. з.
для вод- ных растворов нек-рых солей приве- деви в табл. 4. Табл. 4. Дясперси я скорости звука н еаеатролвтах Д. с. з. наблюдается в полимерах, где область дисперсии обычно окааывается значительно шире, чем описываемая ф-лой (1). Счичается, что в полимерах имеется широний спектр времен релаксации и соответствующие им области релаксации перекрынаются по частоте.
В твбрдых телах Д.с.з. появляется обычно тогда, когда аку; стич. волна взаимодействует с к.-л. видами внутренних возбуждений и под ее дейотвием возникает изменение состояния электронов, системы спиноз, спиновых волн или любой другов системы. Так, напр., при распространении внука в полупроводнике, обладающем пьезоэффектом (напр., С/)З, йпО), взаимодействие звуковых волн с электронами проводимости приводит к Д. с.
3, и к поглощениго релаксационного типа (л при нек-рых условиях — к усиления/ звука, см. Уаааление улатрааауаа). Величина Д. с. з. в этом случае определнется велич1п/ой карфФициеаата рлаатрамезаиичагаай связи К для данного материала: Аа/са '/9 КВ.
Положение области частот, в к-рой имеется дисперсия, определяется условием: т т = )у пгаа/а/), где а — прово- в ДИСПИРСИИ СКОРОСТИ ЗВУКА димость материала, П вЂ” константа диффузии, е — диэлектрич. проницаомость. Д. с. з. рслаксационного типа появляется также в сегнзтоэлектриках вблизи темп-ры фазового перехода 2-го рода.
Д. с. а. имеет место в веществах с сильным магнитоупругим взаимодействием, напр. в ферритах-гранатах, в тои области частот, где волновые числа упругой волны и сливовой волны сравнимы (см. Мавиитоупрувив волны). Заметная Т[. с, а., обусловленная наличием включений, имеет место в микронеоднородвых сред а х, напр. в эмульсиях, где она связана с выранннэанием разности темп-р между компонентами эмульсии, возникающей при сжатиях и разрежениях в внуковой волне.
При высоких частотах это выравнивание не успевает прояаойтн и скорость звука оказывается больше, чем при низких частотах. Дисперсии скорости звука этого типа имеет место также при распространении акустич. волн в капнллнрных трубках, во взвесях тяжелйх частиц в жидкостях и газах и т.
п. При распространении звука в жидкости с газовыми пуаырьками или жс в твердои теле при наличии дислокаций наблюдается Д. с. а. резонансного типа. Сильное вааимодействие между звуковой волной и этими неоднородностями осуществляется, когда частота звуковой волны близка к резонансной частоте пульсации пузырька плн движения дислокации. Зависимость скорости УЗ с от частоты ы для твердого тела с дислокациями описывается выраявением: зп», ы — ыз '( 44 — ы') -Ь (иа)*) где д — величина, свяаанная с демпфированием дислокаций, ыз —— — — — резонансная частота СЬ4-)1 дислокации, 6 — взодуль сдвига, о— коэфф.
Пуассона, р — плотность везцества, Л вЂ” длина петли дислонации, Л' — нлотностьднслокаций,св=(С/р)'П— скорость звука в даннои среде без учета дислокационных эффектов. Если ы))ы„ то в вв и влияние дислокаций не проявляется. С уменьшением частоты в области оз соз наблюдаетск сильное поглощение (см. ДивлопаПиопывв позлощвиив), а в зависимости от ы появляются различные аномалии, характер и величина к-рых определяются эначениеи о. При этом может иметь место как положительная, так и отрицательная Д.
с. а. (последння характериауется уменьшением скорости внука с ростом частоты). При ы((юо скорость звука вновь не аависит от частоты, ио окавывается меньше, чем вз; относительная разность скоростеи на высоких и низких частотах пропорциональна плотности дислокаций (рис. 4). Обыч- в -с в, ййвл 2 ы' з' /мз Рнв.
4. изнвнвннв скорости уэ в з среде с дислокациями и зззпснностн от отнотзннн частоты ультразвука ы н резонансной частоте днслонавня ы, прн различном двын$ироззннп дпглокапнй, ззразтврн- зуенон звпнчнной адв,. но считается, что значения величины Ьнаходятся в пределах 10 з — 10 зсм. Тогда резонансная частота оц лежит в пределах 5 10з — 10'зрц. Аналогичный характер имеет зависимость с от ю при распространении внука н жидкости с газовыми пузырькамн. В этом случае относительная разность скорости на высоких н низких частотах, т. е. величина дисперсии Лв~вв, зависит от концентрации пузырьков гааа и от их радиуса, а резонансная частота пузырькон — от их радиуса и гидростатич.
давления. В твбрдом теле при очень высоких частотах (ы) 104з Гц), когда длина волны становится сравнииой с расстоянием между атомамн вещества, тзоявляется Д. с. з., связанная с дискретной структурой иатерии (см. Колебанья кристаллической рвшетни). С ростом частоты фаэовая скорость звука уменьшается до тех пор, пока частота не станет равной нек-роп граничной частоте и волна перестанет распространяться. ДМФРА1«ЦМИ ЗВУКА Дисперсия скорости звука, обусловленная наличием границ тела. Принципиально другим типом Д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
