Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В воздухе в стоячей волне с уровнем интенсивности 167 дБ (в 1,7 ° 104 см)с) наблюдались течения со скоростью и б 10' см)с. Согласно формуле (ь) скорость течений Эккарта пропорциональна величине МЧ вЂ” 1 —, + Ь)з), что позволяет по измерениям А. т. определять отношение коэфф обз емкой и сдвиговой вязкости. После включения источника звука А. т. устанавливается ие сразу, а разгоняется постепенно до тех пор, пока его торможение из-аа вязкости среды не скомпенсирует увеличение скорости под действием звука.
При этом поток турбулизуется, что приводит к рассеянию звука и искаЖениЮ звуквввгв явля. А. т. возможны и в идеальной (невязиой) среде, в частности ири распространении в ией одиночных звуковых импульсов. В этом случае возникновение А. т. обусловлено теи, что средняя плотность среды в области импульса отлична от равновесной. А. т. являются помехой прн измерениях звуковых полей с помощью радивметра и дался диска, по они имеют и полезные применения. На явлении А.
т. основано действие нек-рых типов насосов, удобных для работы в агрессивных средах. Возникновение А. т. у поверхности препятствии, помещенных в звуковое поле, мойсет увеличить процессы массо- п теплопередачи через их поверхность (см. Твялвмассввбмвн в улыярвзвуковом аале); А. т. являются одним из фанторов, обусловливающих УЗ-вую очистку. Л»ж.: С т р е т т Д ж. В, 1лоря Рэявй), Теория звука, 2 изц., т.
2, М., 1955, о. 212,' 224; Зарембо Л. К., Красильяик о в В. А., Введение э нелинейную акустику, М., 1966; Л а и я а у Л. Д., Л и о ш в ц Е. М., Механика сплошных сред, 2 иэя» М., 1952, 5 64; МОщные уяьтрззвукоэме поля, М., 1968 (Чьиэика и техника мощного ультразвука, ки. 2); Е с В а г1 С., »РВув, Кет.т 1948, т. 72, Ы 1, р. 68; И в як о в е к и и А. И., Теорети»еское и зксаеримеитальиое иэу»еяие потоков, вызван- М., 1959; Шлихтияг Г., Теория погракичиого слоя, пер.
с иек., М., 1956. К. А. Нау.ю»»ьп. АКУСТИЧЕСКИИ ВЕТЕР— то же, чтб акустические тв»сник. АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ вЂ” устройство для создания звукового поля в упругой среде. В эа- висимости от назначения А. и. в пих могут быть использованы различные механизмы звукообразования и они должны обладать соответствующими параметрами.
Основные характеристики А. и. могут быть определены на основе рассмотрения упрощенных моделей. См. Излучение звука, Излучатели ультразвука. АКУСТИЧЕСКИЙ ПАРАМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС э л е к т р о ни ы й (АПР) — поглощение энергии акустич. колебаний определенной частоты (избирательное поглощение Явнвавв) в парамагнитных кристаллах, помещенных и постоянное магнитное поле. Это явление аналогично электронному парвмагнитному резонансу (ЭПР). Электрон, помимо массы и заряда, обладает собственным моментом количества движения, или саином, а следовательно, и магнитным моментом. Во внешнем магнитном поле Н спин электрона может иметь одну иэ двух возможных ориентаций: по направлению Н или против него.
Эти две ориентации соответствуют двум уровням энергии ьг = ~ з)арин, разность между к-рыми Алг —. урьН, где и — фактор спектроскопич. расщепления, равный для свободного электрона 2, рь —— 9,274 10 ы Дж)Т— магнетон Бора. Сходные рассуждения применимы к любому парамагнитному иону. Спин иона может принимать несколько положений в статич. ыагннтном поле, прн к-рых его проекция на направление поля равна т ()ь)2я), где А — Планка ивствяянвя, т, — магнитное квантовое число, к-рое моисет принимать 2з + 1 значении; в — полное спиновое число парамагиитного иона, к-рос может быль равно Ч (как для электрона), 1, з/з и т.
д. Разность энергий между соседними урояиями при этом определяется той же формулой, что и для электрона. Переход с одного уровня на другой под воздействием переменного магнитного поля частоты у происходит, когда удовлетворяется условие: 47»В Атз (1) Возбуждение в парамагнитном кристалле электромагнитных колебаний с частотон у, удовлетворяющей условию (1), приводит к избирательному поглощени)о энергии злектромагнит- Акустический ИАРАИАгнитный РезОнАнс ных колебаний, т. е. к электронному нарамагнитному резонансу.
В кристаллах парамагиитные ионы находятся в сильном внутрикристаллич. влектрич. поле, вследствие чего условие резонанса (1) изменяется: уровни внергии ггт иона становятся зависящими от параметров внутрикрнсталлич. поля и необязательно прямо пропорциональны П. Вовбужденпе в парамагнитном нристалле, помещйнном вмагнитноеполе,акустич. колебаний с частотой ), удовлетворяющей условию — = Ьу, (2) вызывает переходы между уровнями Р „,„и У,п. Переход с уровня гст, на котором парамагнитные частицы имеют меньшуго энергию, па более высокий эиергетич.
уровень Г, сопровождается поглощением фоканов с энергией АА Переход с верхнего уровня гг „„ на нижний У сопровождается излучением фононов с энергией А/. Резонансное поглощение энергии акустич. колебаний и паз. АПР. Передача энергии электромагнитных колебаний парамагнитным частицам при ЗПР происходит непосредственно, в то время кап передача акустич, энергии при АПР происходит поСрвдством гпинчфвнанивга вэаиладвйгтвиэ, т. е. в результате взаимодействия магнитных моментов парамагнитных ионов с колебаниями окружающих атомов и ионов решетки. При АПР могут наблюдаться переходы, удовлетноряющие правилу отбора Лт = ~1, ~ 2, в то время как в обычном ЭПР разрешены переходы только с Лт= ~1. АПР, так же как и ЭПР, наблюдаются в области сверхзвуковых (г и п е р з в у к о в ы х) частот 10г — 10гг Гц (см.
Гипврэвуэ). В реальных кристаллах излучение илн поглощение фопонов происходит в конечной полосе частот, поэтому наблюдается резонансная линия с характерной для нее шириной и формой, к-рые зависят кан от природы пара- магнитного иона, так и от характера внутрикригталлнч. полей (иагнитных и электрических) и могут существенно отличаться от ширины и формы линии ЭПР. Зкспериментально АПР можно наблюдать двумя методами: методом акустич. иасыгцения линий ЭПР и методом дополнительного затухания звука.
Первый метод основан на том, что величина сигнала ЗПР, к-рый соответствует переходам между уровнями Гг и ггг (ув .и гсг), пропорциональна разности населенностей этих уровней Л'в в Л'м причем Л'г,.э Л'г (населенностью Лг; наз, число ионов в единице объема кристалла, обладающих энергией гт;), аг Возбуждение в исследуемом кри- в гм-г;а сталле акуствч. колебаний с ча- з г стотой, к-рая отвечает той же ~г азц и ~э и на кото- Р $ Схема паРой наблюдаетсЯ раиэгпатных уразаев АПР, приводит энергии. к увеличению Л'э при соответствующем уменьшении Нм С другой стороны, процесс спин-решеточной релансации воввращает систему спиноз в равновесное состояние, пря к-ром населенность уровней подчиняется распределению Больцмана при темп-ре решетки.
Преобладание первого процесса, возможное при достаточной интенсивности УЗ, приводит к уменьшению разности населенностей уровней по сравнению с равновесной и к уменьшению сигнала ЗПР, т. е. к насыщению розонансной линни. Зная интенсивность УЗ и величину ослабления сигнала ЗПР под его воздействием, можно определить нонстанты спин-фопонпого взаимодействия. Метод насыщения, кроме того, находит и другие применения, напр. для определения формы линии спинфононного взаииоденствия, для детектирования (приема) акустич. СВЧ- колебаний, Метод насыщения используется чаще всею в экспериментах, проводимых в непрерывном режиме; в импульсном режиме он имеет ограниченное применение, т. к.
время насыщения парамагнитных переходов много меньше времени спин-решеточной релаксации, что накладывает строгие ограничения на длительность импульсов. Метод измерения дополнительного затухания гиперзвука, вызванного акустическим парамагнитным резонансом, обычно используется в экспериментах, проводимых в импульсном режиме. При этом объектом измерения является коэффициент затухании АКУСТИЧЕСКИЙ ПАРАМАГНИТНЫИ РЕЗОНАНС звуковых импульсов в исследуемом кристалле, обусловленного АПР. В АПР-спектрометре (рис. 2) кристалл с двумя преобразователями на нои- Рис.
2. Блок.схеьга установки для исследования затухания звука, обусловленного парамагнитными ионами ири АПР, импульсным методом. цах помещастсн в постоянное магнитное ноле. Преобразователь 2, питаеиый от источника 1 импульсных СВЧ-колебаний, служит длп генерации ги1(йрэиука, а преобразователь 4 — дйя приема гнперзвуковых импульсов, прошедших через исследуемый кристалл 6. На приемник 5 поступают алектрич. сигналы, соот- Рис. 2.
Эха-сигналы, иллюстрирую- и б "щие хату:ание ультраазука при АПР э рубине: а — при резонансных значениях магкптного поля; б — з отсутствии резонансных услозий; А — амплитуда импульсов; 1 — время. ветстиующие звуковым импульсам, многократно отраженным от концов исследуемого образца. На осциллографе 6 они наблюдаются в виде последовательности затухающих импульсов (рис.
3, б). Плавно меняя напряженность магнитного поля, добиваются, чтобы его значение соответствовало резонансному переходу, при к-ром происходит дополнительное поглощение звука вследствие АПР (рис. 3, и). Наличие естественного затухания звука в кристаллах, т. е. затухания, обусловленного фонов-фононным вваимодействием, а также дефектами и неоднородностями регпеткн кристалла, снижает чувствительность АПР-спектрометров. Влинние этих факторов уменьшают путем проведения вксперимептов при достаточно низких темп-рах и использования кристаллов высокого ка- честна, т. е. содержащих незначительное количество дефектов, Исследования АПР представляют интерес, поскольку тепловое движение атомов, дефекты кристаллич.
структуры и ряд других факторов по-разному влияют на форму ливий АПР и ЭПР. Из спектров АПР, к-рые по форме могут отличаться от спектров ЭПР, можно получить дополнительную информацию о симметрии локального внутрикристаллич. поля парамагнитного кристалла. Исследование формы линий АПР позволяет оценить влипние нарушения симметрии крнсталлнч. поля в ревультате наличия дислакя~гий и случайных деформаций решетки. Эти факторы, вообще говоря, приводят к уширенпю линий АПР по сравнению с линнея ЭПР.
АПР используется для исследований металлов и полупроводников, применение метода ЭПР в к-рых затруднено из-за скин-эффекта. Метод АПР поэволнет непосредственно измерять параметры спинчействня. Такие изся с моночастотным иной поляризации, поэтому оии позволяют изучать вависимость констант спин-фононного взаимодействия от направления распространения гиперавука относительно кристаллографич, осей и направления магнитного поля. Лиглг Альтшулер С. А., Электронный парамагнитиый резонанс, з кял Физический анпиклопедический словарь, т. 5, М., 1965; Физическая акустика, пад ред.
У. Мазана, пер. с англ., т. 4, ч. А, М., 1969, гл. 2; Альтшулер С. А., Козырев Б. М., Электронный парамагнитный резонанс соЕдинений элементов прамежутачнмх групп, 2 изд., М., 1972; Т а к е р Д ж., Р э ил т о н В., Гипераэук э Физике твердого тела, пер. с англ., М, 1975. В. Г. Бадалян.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
