Дисперсия звука в газах

Дисперсия звука в газах 308 [c.772]

Тем более удивительным оказалось увеличение скорости звука при повышении частоты, впервые обнаруженное Пирсом [1588] в 1925 г. при интерферометрических измерениях в углекислоте. Дисперсии звука в газах посвящено множество экспериментальных и теоретических работ, разъяснивших целый ряд вопросов молекулярной физики ниже эти вопросы будут разобраны более подробно. [c.310]

В том случае, когда степень неоднородности двухфазной смеси (размер частиц дисперсной фазы и расстояние между частицами) меньше длины волны возмущения, по отношению к волне среда ведет себя как непрерывная. При этом для определения скорости звука можно воспользоваться уравнением Лапласа = (Эр/0p)j. При распространении акустических волн в однофазной среде имеет место явление дисперсии, проявляющееся в зависимости скорости звука от частоты звуковой волны. Зависимость эта молекулярной природы. Говоря о дисперсии скорости звука в двухфазной среде, можно отметить, по крайней мере, две формы ее проявления. Первая характерна для двухфазной среды в целом и связана с тремя происходящими в ней релаксационными явлениями с процессом массообмена между фазами - фазовым переходом, процессом теплообмена - выравниванием температур между фазами и процессом обмена количеством движения — выравниванием скоростей между фазами. Даже в случае равновесной двухфазной среды при распространении в ней звуковой волны равновесие между фазами нарушается и в ней протекают релаксационные процессы. Вторая форма возникает из-за дисперсии звука в среде-носителе и природа ее та же, что дисперсии в однофазной жидкости. Для нее характерна область высоких частот, когда длительность существования молекулярных ансамблей в жидкости или в газе соизмерима с периодом звуковой волны. [c.32]

Дисперсия звука в жидкостях (увеличение скорости звука при переходе от низких частот к высоким) в диапазоне ультразвуковых частот незначительна (наибольшая для сероуглерода приблизительно 1,4%, для уксусной кислоты примерно 0,5%). В газах дисперсия звука значительнее. [c.308]

Обычно заметные дисперсия и поглощение звука в газах, связанные с вязкостью и теплопроводностью, возникают только при очень малых длинах звуковых волн, сравнимых с длиною пробега частиц в газе, и частотах, сравнимых с частотой газокинетических столкновений (см. 22 гл. I). [c.428]

Дисперсия скорости звука в газах [c.121]

Результаты измерений скорости звука в газах. Дисперсия скорости звука [c.317]

Ричардсон [1727] пытался воздействовать на дисперсию звука в углекислом газе, облучая его светом, имеющим частоту собственных колебаний молекул (инфракрасным излучением, полученным от нагретой трубки, заполненной СО длина волны света 48 и 15 р.). Однако в результате наблюдалось лишь увеличение поглощения в критической области 90—100 кгц дисперсия оставалась неизменной. [c.327]

Как было указано в п. 1 этого параграфа, значения поглощения, полученные при измерениях в многоатомных газах, всегда значительно превышают значения, вычисленные по классической теории. Теперь известно, что эти высокие значения поглощения объясняются внутримолекулярными процессами и следовательно, можно говорить о молекулярном поглощении звука. Уже из самого факта наличия дисперсии скорости звука в газе (см. 3, п. 3 этой главы) следует существование дисперсионной области повышенного поглощения. [c.333]

Изучение дисперсии скорости звука в многоатомных газах открывает перед физико-химиками широкие возможности исследования элементарных процессов, происходящих при соударениях молекул газов. Исследуя дисперсию звука в чистых газах и газовых смесях, можно определить следующие особенности элементарных процессов в газах. [c.121]

Измерения скорости звука в различных газах, жидкостях и однородных твердых телах показывают, что скорость звука не зависит от частоты, т. е. для звуковых волн дисперсия отсутствует. Иначе обстоит дело с ультразвуковыми волнами большой частоты. Для них обнаружена дисперсия в многоатомных газах и органических жидкостях. Дисперсия ультразвуковых волн происходит также и при распространении их в тонких стержнях, когда длина волны сравнима с диаметром стержня. В случае распространения ультразвуковых волн в металлах дисперсия наблюдается при длине волн, сравнимой с размерами кристаллических зерен. [c.226]

Ввиду малой длины волны У. характер его распространения определяется в первую очередь молекулярной структурой среды, поэтому, измеряя скорость с и коэф. затухания а, можно судить о молекулярных свойствах вещества (см. Молекулярная акустика). Характерная особенность распространения У. в многоатомных газах и во мн. жидкостях—существование областей дисперсии звука, сопровождающейся сильным возрастанием его поглощения. Эти эффекты объясняются процессами релаксации (см. Релаксация акустическая). У. в газах, и в частности в воздухе, распространяется с большим затуханием (см. Поглощение звука). Жидкости и твёрдые тела (особенно монокристаллы) представляют собой, как правило, хорошие проводники У., затухание в них значительно меньше. Поэтому области использования У. средних и высоких частот относятся почти исключительно к жидкостям и твёрдым телам, а в воздухе и газах применяют только У. низких частот. [c.215]

При пересечении неоднородных звуковых волн принципиально возможно перераспределение звуковых полей вне области пересечения, вызванное тем, что одна из звуковых волн прошла по среде, возмущенной другой неоднородной волной конечной амплитуды. Это перераспределение, например, вызванное стационарными вихревыми потоками рассеивающей волны, может происходить без изменения частоты (аналогично обычному рассеянию). Более характерным является рассеяние с образованием волн комбинационных частот (аналогично комбинационному рассеянию). Последний эффект является типично нелинейным. Рассмотренное в литературе рассеяние звука на звуке относится к последнему типу и его правильнее было бы называть комбинационным рассеянием звука на звуке. Как уже отмечалось, под комбинационным рассеянием звука на звуке понимается возможность наблюдения волн комбинационных частот вне области взаимодействия двух ограниченных звуковых пучков. Здесь будет рассмотрено рассеяние в недиссипативной среде без дисперсии, в которой возможна только одна скорость распространения звуковых возмущений (газы или жидкости) особенности рассеяния звука на звуке в твердых телах рассмотрены ниже в гл. 8, 3. [c.90]

ТЕОРИЯ ЗВУКА. ДИСПЕРСИЯ И ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА В РЕЛАКСИРУЮЩЕМ ГАЗЕ [c.48]

Точные измерения скорости ультразвука в газах привели к открытию чрезвычайно интересного явления. Было обнаружено, что в многоатомных газах, молекулы которых состоят из нескольких атомов, при достаточно высоких ультразвуковых частотах скорость ультразвука претерпевает изменения, т. е, для таких газов имеет место дисперсия ультразвука. Кроме того, одновременно с изменением скорости ультразвука увеличивается его поглощение. Правда, это изменение скорости, вообще говоря, невелико, но всё же оно значительно больше, чем ошибки измерений. Так, например, было найдено, что для углекислого газа (СО2), молекулы которого состоят из трёх атомов, скорость звука до частоты в 10 гц постоянна и равна 258,9 м/сек, что совпадает со значением, вычисленным по формуле Лапласа. С увеличением частоты эта скорость возрастает примерно на 12 м/сек и при частоте в 10 снова становится постоянной и равной 271 м/сек. Поглощение ультразвука на частоте 277 кгц оказывается приблизительно в 20 раз больше, чем это следует из классической теории поглощения, учитывающей потери энергии благодаря вязкости СО2 и его теплопроводности. На частотах более 10 гц величина поглощения снова совпадает со значением, которое даёт классическая теория. Как объяснить это явление [c.193]

Рис. 123. Теоретические кривые дисперсий и аномального поглощения звука в многоатомных газах.

Итак, скорость звука в многоатомных газах изменяется от Со на низких частотах до Соо на очень высоких частотах. Область этого изменения и есть область дисперсии (рис. 123). [c.201]

До сих пор мы полагали, что дисперсия звука в газах вызывается только релаксационными процессами при переходе энергии от поступательных к колебательным и вращательным степеням свободы. На фиг. 365 дано схематическое изображение процесса установления равновесия при термической диссоциации газа по Кнезеру. Работа, затраченная на сжатие, превращается сначала в энергию поступательного движения молекул, происходящего с составляющими, параллельными и перпендикулярными направлению, в котором происходило сжатие. Затем часть со- [c.327]

М. а. как самостоят. раздел акустики возникла в 30-х гг. 20 в., когда было выяснено, что процессы коле-бат. релаксации (см. Релаксация акустическая) в газах вносят существенный вклад в поглощение звука и приводят к появлению дисперсии звука. В дальнейшем было выяснено, что эти процессы играют важную роль при распространении звука не только в газах, но и в жидкостях и в др. веществах. Изучение релаксац. процессов в звуковой волне позволило связать нек-рые свойства вещества на молекулярном уровне, а также кинетич. характеристики молекулярных процессов с такими макросконич. величинами, как скорость и коэф. поглощения звука. [c.193]

Звук в газе без релаксации. Решение Даламбера. Звук в релаксируюш,ем газе. Уравнение распространения малых возмуш,ений. Предельные случаи. Дисперсионное соотношение. Дисперсия и поглош,ение. Зависимость фазовой скорости и коэффициента затухания от параметра релаксации. [c.48]

Дисперспя акустических волн в газах. Согласно теории, изложенной в 4, скорость звука в газах не зависит от частоты. В действительности, однако, в некоторых газах наблюдается дисперсия (ср. гл, V, 9) акустических волн. Для того чтобы понять ее механизм, рассмотрим акустические явления в газах с молекулярной точки зрения. Изложим предварительно некоторые сведения из молекулярно-кинетической теории. [c.227]

Перед молекулярной теорией газов не возникает трудностей таких масштабов, и поэтому Кнезеру [455] удалось построить молекулярную теорию распространения звука в газах. Казалось заман-чивым найти такую группу жидкостей, которая ведет себя в отношении дисперсии и поглощения звука так же, как газ, у которого плотность, теплоемкость и т. д. соответствуют значениям, характеризующим жидкость. [c.304]

Пользуясь таким устройством, Стюарт [19981 выполнил измерения скорости звука в воздухе, углекислом газе и водороде при различных давлениях на частоте 3,885 мггц с точностью до 0,2—0,5%. Введя небольшие усовершенство- вания, Жмуда [4529] обнаружил при помощи такого интерферометра дисперсию звука в азоте в диапазоне 3 мггц. [c.313]

Кроме Кнезера, теорию дисперсии звука дал также Рутгере [1775]. Г1одобно Эйнштейну [550], давшему теорию дисперсии звука в диссоциированных газах, он рассматривает газ, в котором распространяется звуковая волна, как смесь двух газов—возбужденного и обычного. Рутгере приходит к той же дисперсионной формуле, что и Кнезер (см. также [1067]). [c.322]

Во всех этих работах учитывается лишь один вид колебаний и соответственно только одно характерное время установления. Ричардс [1714, 1715] и Розе [1752] разработали теорию дисперсии для газов, имеющих 3 и 5 внутренних степеней свободы с различными внутренними энергиями и с различными временами релаксации. Сюда же следует отнести новую работу Шефера [ 1840] о дисперсии звука при наличии нескольких собственных колебаний. В работе показано, что даже незначительные отклонения экспериментальной кривой дисперсии от обычной кривой простейшего типа позволяют определить отношение времен установления для отдельных собственных колебаний. Более подробное рассмотрение этих чрезвычайно интересных работ завело бы нас слишком далеко. Приведенные и приводимые ниже соображения достаточно ясно показывают, что измерения скорости звука в газах позволяют делать заключения о важных внутримолекулярных процессах (см. также Кнезер [3286—3288], Колер [3304], Номото [3656, 3657, 3661] и Бейер [4600]). [c.322]

В настоящее время при помощи ультразвука исследована дисперсия звука в следующих газах СР [3981, (СНз)20 [393],СНзС1 [4943], СН3СНО [92, 93], СН4 [569], С2Н4 [3662], СО [227, 1924], СОЗ [569], Оз [570, 572, 1894], [1079, 1706, 1707, 1723, 1999, 2000, 2111], N 227, 2111], NHз [393, 1543, 1994, 3677], N0 1227], N 0 [ 393, 574, 577, 1080], 50з [4944]. В диапазоне частот 65—1480 кгц дисперсия звука не была обнаружена ни в N3, ни в Нд, что находится в согласии с теоретическими соображениями (см., например, [17581). [c.324]

К аналогичным результатам пришли Валлман [2И1], изучивший дисперсию звука в СОд при наличии примеси посторонних газов, и Мет-тер 1349, 1350], исследовавший вероятность перехода колебательной энергии при соударении молекулы СО2 с молекулами парообразной воды, СО, N0 и N2 и показавший, что вероятность обмена энергии при соударении тем больше, чем больше тепловой эффект реакции, возможной между соударяющимися частицами. [c.326]

Чрезвычайная сложность рассматриваемого вопроса видна уже из работы Кнезера и Гау-лера 11077], в которой дается формула для дисперсии звука в частично диссоциированном газе [c.327]

А. С. Предводителев [93] в своей теории дисперсии звука (см. стр. 117) в многоатомных газах учитывает влияние на распространение звука флуктуаций плотности, давления и, следовательно, температуры, возиикаюищх в результате наличия неунругих молекулярных соударений. Имеющие конечное время молекулярные соударения являются, без сомнения, первым этапом любой химической реакции или образования какого-либо молекулярного комплекса. В среде, обладаюи(ей подобными свойствами, должна наблюдаться дисперсия скорости звука, ведущая к дополнительному поглощению акустической энергии. Обработка результатов экспериментального изучения дисперсии звука в духе теории А. С. Предводителева позволяет сделать заключение о характере флуктуаций, имеющих место в исследуемой среде. [c.189]

Дисперсия вследствие теплообмена [197] обычно не ощутима при больших значениях (2а) со м, но при малых значениях (2а) со/м (медленное движение) она становится существенной. Нижний предел тот же, что и для газообразной смеси. Смесь газ — твердая фаза представляет собой простую модель д.чя рассмотрения релаксационных явлений при распространении звука [634], а также в скачках ушлотнения (разд. 7.8). Эта теоретическая тенденция не выражена с такой очевидностью в газах [361, 634]. [c.258]

При этом для показателя изоэнтропы к предложено выражение, которое позволяет не только определять скорость звука на реальной нижней границе дисперсии, но и по известным параметрам заторможенного потока двухфазной смеси определять критические параметры смеси, критический расход и критическую скорость истечения двухфазной смеси. Выражение (2.13) обладает тем преимуществом перед другими известными выражениями для определения скорости звука в двухфазной смеси, что одинаково хорошо описывает скорость распространения возмущения в среде с любой степенью сжимаемости на верхней и нижней границах дисперсии, а также при неполном обмене количеством движения между фазами. Различными будут лишь выражения для показателя изознтропы. Так, например, для идеального газа к = ср/с -, на верхней границе дисперсии звука показатель изоэнтропы смеси равен значению показателя изознтропы сжимаемой фазы, а для термодинамически равновесной скорости звука на нижней границе дисперсии к = (Т/р) (yj p) х y-(dpldT) , Предложенное в [55] выражение для показателя изоэнтропы однородной двухфазной смеси получено в предположении, что фазы являются взаимопроникающими и ведут себя в смеси подобно смеси разнородных газов (Fj. = Уж = см)-В [58] предложено аналогичное выражение для показателя изоэнтропы двухфазной смеси пузырьковой структуры, в которой Уем = Уг + Уж- [c.37]

Результаты сравнения изменения давления по времени при движении ударной волны в воде и в смеси жидкости с пузырьками газа, полученные на описанной выше экспериментальной трубе, приведены в [13]. Из анализа, приведенного в этой работе, следует, что волна давления, распространяющаяся в жидкости при отсутстии пузырьков воздуха, является акустической и распространяется со скоростью, равной скорости звука в воде (примерно 1400 м/с), как в прямом, так и в обратном (отраженная волна) направлении. С введением незначительного по объему количества газа резко снижается скорость распространения прямой волны. За фронтом волны наблюдается интенсивный осцилляционный процесс, вызванный дисперсией и диссипацией энергии, который с течением времени затухает. Распространение отраженной ударной волны в пузырьковой смеси существенно отличается от распространения волны давления в жидкости, не содержащей пузырьков газа. Существенно возрастает амшгитуда отраженной волны по сравнению с прямой. В несколько раз возрастает и скорость распространения обратной волны по сравнению с прямой. Для безразмерной скорости распространения волны давления в газожидкостной среде однородной пузырьковой структуры в [76] получена следующая зависимость ее от отношения давления Pi во фронте волны к его значению ро в невозмущенной части среды [c.38]

При распространении звука в жидкостях и газах влияние дисперсии чаще всего не существенно и все коллиееарио распространяющиеся волны оказываются в резонансе. Если же дисперсия скорости звука существенна, как, напр., в жидкости с пузырьками газа или в нек-рых твёрдых телах, то для определения условий резонансного взаимодействия пользуются м е-тодом дисперсионнных диаграмм. В простейшем случае коллинеарного взаимодействия волн для каждой из них строится дисперсионная характеристика Шг( 1) (где I = 1, 2, 3), к-рая представляет кривую (рис. 5) (или прямую — при отсутствии дисперсии). Наклон вектора, проведённого из начала координат О в точку, лежащую на дисперсионной характеристике, определяет фазовую скорость волны с данной частотой. Каждой из взаимодействующих волн ставится в соответствие [c.290]

Легко видеть, что в жидкости или газе только наличие дисперсии может привести к тому, что будет возможным взаимодействие фононов под какими-то углами, отличными от нуля. Это сразу же дает отрицательный ответ на вопрос о комбинационном рассеянии звука на звуке при пересечении двух звуковых пучков в недиспергирующей лреде под углом, отличным от нуля, во втором приближении (чему соответствует трехфононное приближение), комбинационного рассеяния звука на звуке в указанном выше смысле не должно быть. В том случае, когда в среде есть дисперсия, наоборот, параллельное взаимодействие (взаимодействие волы, волновые векторы которых направлены в одну сторону), согласно условиям сохранения энергии и квазиимпульса, во втором приближении не может происходить становится возможным взаимодействие под какими-то углами, величина которых определяется величиной дисперсии. Эти квантовые условия, таким образом, устанавливают правила отбора при взаимодействии фононов. [c.50]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...