ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Дисперсия и поглощение звука. Экспериментальные исследования из "Введение в физическую акустику " СИю звука и аномальное поведение коэффициента поглощения в зависимости от частоты. [c.42] С этого времени в большом количестве проводятся эксперимен тальные и теоретические работы по исследованию дисперсии и пог лощения ультразвуковых волн в газах, а затем и в жидкостях, сре ди которых следует отметить работы Кнезера [9] и Бикара [10] К настоящему времени накопилось очень большое количество ра бот по измерению скорости и поглощения ультразвука в газах, в смесях газов, жидкостях, смесях различных жидкостей, растворах, электролитах, проведенных при разных физических условиях (температура, давление, плотность, фазовые переходы и т. д.). Результаты этих измерений важны не только для изучения молекулярных свойств газов и жидкостей, но также широко используются в технике для контроля протекания различных технологических процессов (по изменению скорости и поглощения звука). Методика этих измерений хорошо отработана и изложена во многих учебниках, поэтому мы не будем ее описывать. Отметим только, что на ультразвуковых частотах современные импульсные, фазовые и в особенности импульсно-фазовые методы позволяют получить относительную ошибку Ас/с 10 —10 , а абсолютное значение с измерять с точностью 10 %. Аппаратурная точность может быть выше, однако точность измерения скорости ограничивается трудностью поддерживать неизменными физические свойства среды (температуру, плотность, однородность, отсутствие потоков и т. д.) и неоднородностями акустического поля абсолютное значение а в области ультразвуковых частот можно измерять с ошибкой 2—5%. Трудности в определении коэффициента поглощения звука по результатам измерений также состоят в необходимости детального учета неоднородности излучаемого акустического поля, дифракционных эффектов, неизменности физических свойств среды. Для газов измерения на частотах выше нескольких МГц (при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре) затруднены из-за очень большого поглощения. [c.42] Заметим, что в жидкостях, как правило, поглощение значительно меньше, чем в газах (например, в воде а примерно в 1000 раз меньше, чем в воздухе). [c.43] Здесь мы лишены возможности детально рассматривать весь огромный экспериментальный материал по измерению с и а в газах при различных частотах и отсылаем читателя к имеющейся литературе по этому вопросу [1—3]. [c.44] Один из первых результатов по измерению скорости звука и поглощения на ультразвуковых частотах в жидкостях, в которых были зафиксированы дисперсия и аномальное поглощение, помимо упомянутой работы [10], содержится в статье [121. Была обнаружена дисперсия ультразвука в уксусной кислоте и аномальное сверхстоксово поглощение в таких органических жидкостях, как муравьиная кислота, бензол, толуол. [c.44] Для маловязких жидкостей диапазон частот акустических волн, в котором можно исследовать с и а, в настоящее время простирается до 10 Гц, т. е. в жидкостях мы можем прямыми акустическими методами изучать распространение гиперзвуковых волн. Для этого разработан целый ряд методов генерации высокочастотного ультразвука и гиперзвука. К числу таких методов принадлежит и так называемый метод Баранского [131, в котором используется возбуждение и прием упругих волн при помощи резонатора СВЧ колебаний (в резонатор помещают торцы пьезоэлектрического стержня). Применяются также тонкие пьезоэлектрические и пьезополупроводниковые пленки [14, 151. [c.44] Разумеется, вследствие сильного поглощения звука даже в таких маловязких жидкостях, как вода, спирты и т. д., при обычных температурах частоты выше 10 Гц использовать уже трудно измерения приходится проводить на очень малых расстояниях (порядка десятков—сотен микрометров) и работать с достаточно интенсивными волнами. [c.44] Очень плодотворным для исследования распространения гиперзвука оказался метод изучения тонкой структуры линии рэлеев-ского рассеяния света на дебаевских упругих волнах в жидкости. Этот метод сыграл большую роль в указанных исследованиях еще до того, как развились прямые акустические методы изучения распространения гиперзвука в жидкостях и твердых телах он продолжает использоваться с применением лазеров и в настоящее время. [c.44] Мандельштам [161 и независимо от него Л. Брюллюэн [171 предсказали, что на тепловых флуктуациях плотности в жидкости (полагая, что тепловое движение представляет собой суперпозицию упругих или дебаевских волн) должна наблюдаться тонкая структура рэлеевской линии рассеяния света в нашей литературе этот эффект называют мандельштам-брюллюэновским рассеянием (МБР) подробнее об этом эффекте будет говориться в гл. 13. [c.44] для четыреххлористого углерода измеренное значение 6/мб= = 17-10 см 1 и а=16-Ю см 1. Таким образом, определение по тонкой структуре Ьf (зная грр, О, с, п и с ) дает возможность, согласно формулам (3.4) или (3.5), определить а. [c.46] Изучение МБР производится экспериментально главным образом для углов фр п/2, что соответствует частотам 10 Гц (согласно условию Брэгга). [c.46] Исследования тонкой структуры линии рэлеевского рассеяния в ряде жидкостей показали, что для таких л идкостей, как бензол, четыреххлористый углерод, сероуглерод и т. д., имеет место заметная дисперсия скорости на гиперзвуковых частотах. Так, при 20°С скорость ультразвука в бензоле составляет 1324 м/с, а скорость гиперзвука — 1470 20 м/с относительное изменение скорости (Ас/с) 10-1=10%. [c.46] Это противоречие было устранено в релаксационной теории дисперсии и поглощения. К изложению этой теории мы и переходим. [c.47] Вернуться к основной статье