Майер В.В. - Простые опыты с ультразвуком (1040531), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Вместо лампочки к выходу усилителя можно подключить динамик. Тогда при ударе о феррнтовый стержень из динамика будет слышен щелчок. 2. Опыт не столь прост, как может показаться на первый взгляд: нужно потренироваться, чтобы достичь требуемого эффекта. Если держать трубку не за середину, то возбудить трением ее колебания практически не удается. Объясняется это тем, что при трении в трубке устанавливается стоячая волна, причем в середине трубки образуется узел, а по краям — пучности смещений (трубка возбуждается на основной собственной частоте). Закрепление середины трубки не прнводит к перераспределению в ней напряженнй, и поэтому трубка колеблется так, как если бы она была свободна.
Если трубка закреплена не за середину, а в любом другом месте, то возбудить ее колебания на основной частоте невозможно, поскольку в месте закрепления должен быть расположен узел смещений устанавлнвающейся в трубке стоячей волны. Казалось бы, при таком креплении ничто не мешает колебаться трубке на соответствующей гармонике. Однако амплитуды колебаний высшнх порядков меньше амплитуды основного колебания, поэтому, как правило, н не происходит звучаняя трубки на более высокой частоте, чем основная.
Обрезая трубку и трением возбуждая колебания получающихся отрезков, легко убедиться, что более короткая трубка издает звук более высокой частоты. Сравнительно нетрудно добиться звучания трубок длиной 25 — 30 см; частота колебаннй при этом 1ьз находится уже вблизи верхней границы звукового диапазона. 3. Сделать это можно, надев вблизи нижнего торца на вибратор резиновое колечко и вставив вибратор с колечком в каркас обмотки возбуждения. При настройке генератора в резонанс с излучателем вигбратор будет по-прежнему совершать колебания на основной частоте, но амплитуда их значительно уменьшится. Опыт можно поставить и иначе. Нанесите на верхний торец вибратора каплю воды и включите генератор — при этом капля немедленно распылится.
Вновь повторите опыт, сильно сжав вибратор вблизи его верхнего конца. Теперь уже при включении ультразвука капля с торца вибратора не распыляется. 4. Табличные значения скорости звука в никелевом стержне и модуля упругости никеля соответственно равны с = 4785 м/с, й = 20540 кГ/мм'. При тщательной постановке опыта можно получить значения этих величин, близкие к указанным. Основная погрешность измерения обусловлена малой точностью определения резонансной частоты вибратора: шкала генератора типа ГЗШ-63 отградуирована довольно грубо. 5.
Полученные экспериментально значения длин никелевых вибраторов, возбуждаемых на их основной собственной частоте, для ряда фиксированных частот приведены в табл. 2. Лналогичную таблицу можно составить и путем соответствующего расчета. Тацлкаа 2 й кгц 84 ~ 49 82 61 ь мм Вырегкьте нз листа никеля полоску шириной 10— 15 мм, длина которой имеет наибольшее из приведенных в таблице значение, и, слегка изогнув ее вдоль для придания необходимой жесткости, поместите внутрь каркаса обмотки возбуждения излучателя так, чтобы она стояла на магнитах. 54агниты при этом 148 следует снять с выступающей части катушки возбуждения и поместить пад нижнее отверстие каркаса обмотки. Перемещая настроечный сердечник высокочастотного трансформатора, добейтесь резонанса — дребезжания вибратора о магниты. Сделайте отметку на сердечнике, соответствующую указанной в таблице основной собственной частоте использованного в опыте вибратора.
Затем укоротите никелевый вибратор, обрезав его ножницами так, чтобы его длина стала соответствовать следующей приведенной в таблице резонансной частоте, и вновь повторите опыт. Действуя таким образом, полностью отградуируйте генератор. Вслед за этим сделайте из бумаги шкалу и наклейте се липкой прозрачной лентой непосредственно на настроечный сердечник высокочастотного трансформатора.
Отградуировать самодельный ультразвуковой генератор можно и с помощью ферритовых вибраторов разной длины. Разумеется, описанный способ градуировки прибора по частоте не может претендовать на слишком большую точность. Однако знание даже приблизительного значения частоты ультразвука позволит вам — особенно на первых порах — увереннее ориентироваться в целом ряде опытов.
й. В магнитострикционном излучателе вместо круглого можно использовать плоский ферритовый стержень. Излучатель с плоским вибратором отличается от описанного только конструкцией каркаса обмотки возбуждения. С таким излучателем можно поставить довольно много опытов, но он менее удобен, чем излучатель с круглым вибратором; например, плоский вибратор имеет прямоугольную по форме излучающую поверхность, и его сложнее закрепить так, чтобы можно было без значительных потерь ввести ультразвук в жидкость, и т.д, Тем не менее, если вы не сможете ср~зу достать для магнитострикционного излучателя круглый феррнтовый вибратор, следует использовать в опытах излучатель с плоским стержнем.
Нужно ~олько иметь в виду, что условия опытов зачастую "Ривется подбирать самостоятельно. 9. В одной обмотке возбуждения магнитострик* ционного излучателя можно расположить несколько ферритовых стергкней размером 3 Х 20 Х 100 ммз. Если склеить, например, три таких стержня клеем ЬФ-2, то получится кмонолитный» вибратор с довольно большой площадью торца (9 Х 20 мм'). Недостаток подобного вибратора состоит в том, что если при настройке генератора в резонанс с излучателем произойдет излом хотя бы одного стержяя, то весь вибратор выйдет из строя. 1О.
Никелевый вибратор в магнитострикциоином излучателе описанной конструкции менее выгоден, чем ферритовый, потому что при работе излучателя никелевый вибратор сильно нагревается и дает ультразвук значительно меньшей интенсивности, чем ферритовый. В этом нетрудно убедиться на опыте. 11. Для получения с помощью данного излучателя ультразвука максимальной интенсивности напряженность постоянного магнитного поля должна иметь некоторую оптимальную величину: и увеличение, и уменьшение поляризующего вибратор поля по срав. нению с оптимальным ведет к снижению интенсивности ультразвука. Вообще, если в каком-либо опыте необходимо получить ультразвук максимальной интенсивности, то, помимо прочего„ при настройке генератора в резонанс с излучателем, находящимся в рабочем положении, нужно подобрать и величину подмагничивающего вибратор поля. 12.
В этом опыте при настройке генератора в резонанс с вибратором линейка начинает быстро куходить» из-под торца вибратора. Результат опыта объясняется тем, что благодаря прерывистому контакту между торцом вибратора и линейкой на иее периодически действует сила, направленная от вибратора и преодолевающая силу тренин между линейкой н поверхностью„ на которой оиа лежит. 13. В опыте наблюдается быстрое вращение диска. Объясняется этот опыт так же, как и предыдущий.
14. Для поляризации вибратора можно использовать вместо постоянного переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 6,3 В. Схема приставки для поляризации вибратора в принципе ие отличается от 148 изображенной на рис. 16; при наладке нужно только правильно подобрать сопротивление резистора 111.
15. С помощью лампового генератора можно возбуждать колебания ферритовых вибраторов без дополнительного их подмагничивания. При этом, поскольку частота колебаний вибратора без подмагничиваиия в два раза больше частоты переменного тока, проходящего по обмотке возбуждения,в излучателе без подмагничивания можно использовать ферритовый вибратор максимальной длины порядка 80 мм (напомним, что ламповый генератор настроен так, что он может возбуждать ультразвуковые колебания ферритового вибратора максимальной длины 160 мм). 16. При экспериментальном исследовании магнитострикциоиных излучателей без подмагничивания вибраторов в качестве каркасов обмоток возбуждения удобно использовать стеклянные трубки внутренним диаметром около 9 мм, на концы которых надеты резиновые колечки шириной 4 — 5 мм. На каркас выбранной длины намотайте 100 †1 витков провода ПЗЛ 0,31, пе заботясь особенно о качестве получив-лейся обмотки.
Излучатель подсоедините к выходу лампового ультразвукового генератора и, расположив его вертикально на столе, нанесите на верхний торец ферритового вибраторз каплю воды. Настройте генератор в резонанс с вибратором и, отматывая витки обмотки возбуждения, добейтесь ультразвуковых колебаний максимальной интенсивности. При этом капля на торце должна мгновенно распылиться. Такая работа, проделанная с ферритовыми вибраторами разной длины, покажет, что для возбуждения ультразвуковых колебаний вибраторов без подмагничивания весьма существенны как число витков, так и длина намотки катушки возбуждения. Например, для возбуждения ферритовых вибраторов длиной 60 и 35 мм обмотки возбуждения должны соответственно состоять из 90 и 50 витков провода ПЭЛ 0.8, намотанных на длину 20 и 15 мм. Магнитострикционный излучатель без подмагиичивания позволяет получить ультразвук частотой до примерно 100 кГц. Интенсивность колебаний, 149 которая при этом может быть достигнута,.такова,что иеиагружеиные ферритовые вибраторы в воздухе нередко разрываются на части.
Недостатком такого излучателя является то, что его обмотка возбуждения и сам вибратор сильно,нагреваются. Тем не менее магнитострикпионный излучатель без подмагничиваиия удобно использовать во многих опытах по ультраакустике. 17. Нельзя, потому что обмотка возбуждения излучателя средней частоты имеет небольшое число витков и для получения необходимого магнитного поля нужно пропустить по ней значительный ток, а это приводит к сильному нагреванию обмотки и быстрому выходу ее из строя.
18. Для подмагничивання вибратора излучателя, обеспечивающего получение ультразвука средней частоты, можно использовать электромагнит, состоящий из железного сердечника диаметром 20 мм н длиной 50 мм и катушки, содержащей примерно 500 витков провода ПЭУ! 0,51. Оптимальное значение тока подмагничивания в этом случае будет составлять около ! — 1,5 йс 19. Опыт показывает, что длина изгибной волны не зависит от расстояния между торцом излучателя и краем бумажного листа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
