Ультразвуковые волны поглощения

Ультразвуковые волны, распространяясь в среде, поглощаются в ней и рассеиваются. Поглощение ультразвука в воздухе чрезвычайно велико, в жидкости примерно в 1000 раз меньше. В практике дефектоскопии поглощением ультразвука в жидких прослойках пренебрегают, считая жидкость идеальной упругой средой. В твердых веществах волны различных типов поглощаются неодинаково. Например, в пластмассах поперечные волны поглощаются, как правило, меньше, чем продольные. Это различие возрастает с частотой свыше 1. .. 2 Мгц. Поглощение в твердых телах происходит в основном за счет рассеивания энергии на мелких кристаллических зернах или структурных компонентах, аналогично рассеиванию света в мутной воде. Часть энергии переходит в тепло. Когда размер этих зерен или неоднородностей, приближается к длине ультразвуковой волны, поглощение увеличивается. Если и — размер зерна, а Я — длина волны, то при [c.300]

Теория возмущений. Как упоминалось в разделе 2, в модели с энергетической щелью предполагается, что отличие сверхпроводящей фазы от нормальной состоит лишь в том, что для возбуждения электрона в сверхпроводящей фазе требуется дополнительная энергия е. Другими словами, возбужденные электроны в сверхпроводящей фазе предполагаются сходными с возбужденными электронами в нормальной фазе. Мы упоминали уже, что эта модель удовлетворительно объясняет температурный ход теплоемкости, теплопроводности и электропроводности, определяемой по измерениям толщины скин-слоя на микроволновых частотах, а также вязкости электронного газа, измеряемой по поглощению ультразвуковых волн. Ниже будет показано, что эта модель объясняет также и диамагнитные свойства сверхпроводников и приводит к феноменологической теории, очень сходной с теорией Пиппарда (см. п. 18). [c.709]

Основные физические закономерности, свойственные звуку, полностью применимы и для ультразвуковых волн. Наряду с этим малая длина ультразвуковых волн обусловливает и некоторые особые явления, несвойственные волнам звукового диапазона. Направленность излучения звука зависит от соотношения между размерами излучателя и длиной волны (см. 62). Чем меньше длина волны по сравнению с размерами излучателя, тем больше направленность излучения звука. С уменьшением длины волны, кроме того уменьшается также и роль дифракции в процессе распространения волн (см. 57). Поэтому ультразвуковые волны, имеющие сравнительно малую длину волны, могут быть получены в виде узких направленных пучков. В воздухе ультразвуковые волны весьма сильно затухают. Вода по своим акустическим свойствам резко отличается от воздуха. Акустическое сопротивление воды почти в 3500 раз больше, чем воздуха. Следовательно, при одинаковом звуковом давлении скорость колебания частиц воздуха в 3500 раз больше, чем частиц воды. Кинематическая вязкость воды значительно меньше, чем воздуха. Поэтому ультразвуковые волны в воде поглощаются примерно в 1000 раз слабее, чем в воздухе. Этим и объясняется то, что направленные пучки ультразвуковых волн находят широкое применение в гидроакустике для целей сигнализации и гидролокации под водой. Отметим, что использовать для этой же цели электромагнитные волны невозможно, так как их поглощение в воде очень велико. Таким образом, ультразвуковые волны являются, по-существу, единственным видом волнового процесса, который может распространяться с относительно малым поглощением в водной среде. [c.243]

При очистке деталей методом ультразвукового травления происходит следующее. Кислота проникает в поры и трещины окалины или ржавчины, частично разрыхляя и растворяя при этом окислы металлов. Резкие пульсации давлений, возникающие в звуковом поле, способствуют отслаиванию этих окислов от основного металла. Однако это явление — не единственная причина очистки. Повышение температуры при поглощении ультразвуковых волн также способствует отслаиванию окислов вследствие разных коэффициентов теплового расширения последних и основного металла. Кроме того, электрические разряды, возникающие в результате разности потенциалов между,стенками кавитационных пузырьков, вызывают вторичный химический эффект — образование легко удаляемых перекиси водорода, окислов азота и т. д. вместо рыхлого вещества окалины. [c.192]

Когда ультразвуковые волны достигают границы раздела или места обрыва волокна, часть их отражается. Суммарная отраженная энергия зависит от удельного акустического сопротивления Z, характерного для данного материала, в котором распространяется ультразвуковая волна со скоростью V, и от плотности материала р. Энергия акустического сигнала, проходящего через образец, уменьшается в результате поглощения в самом материале и отражения на дефектах. Детектирование (локация) дефектов проводится путем оценки различия в пути, а следовательно, и в потере энергии отраженных и (или) прошедших ультразвуковых волн. [c.469]

Часть III посвящена фокусирующим ультразвуковым излучателям. Как известно, этот тип излучателей позволяет получать очень высокие интенсивности на некотором удалении от излучающей поверхности, предотвращая тем самым потери энергии на поглощение и на образование кавитации у поверхности излучателя. Наряду с теорией фокусирования сферических и цилиндрических ультразвуковых волн даются методы расчета фокусирующих излучателей и приводятся описания сверхмощных фокусирующих концентраторов, разработанных в Акустическом институте. [c.5]

Термоэлектрический метод основан на наблюдении эффекта нагревания твердой оболочки термопары вследствие поглощения в ней энергии ультразвуковых волн [2], С его помощью можно измерять интенсивность ультразвуковых колебаний, однако термопары, так же как и калориметры, инерционны и чувствительность их зависит от частоты и амплитуды волны. [c.330]

При распространении ультразвуковой волны каждая частица среды совершает колебательное движение около положения равновесия со скоростью и, что сопровождается периодическим измене- шем плотности и давления в окрестности частицы. При этом, как мы видели, в плоской волне давление и скорость совпадают по фазе это значит, что силы давления совершают положительную работу. В отсутствие поглощения эта работа не может перейти в тепло, а должна оставаться в форме энергии колебательного движения частиц упругой среды, т. е. звуковой энергии. Таким образом, в процессе излучения ультразвука колеблющимся источником его энергия передается прилегающей среде в форме звуковой энергии, которая распространяется в среде со скоростью звука, заполняя все большее пространство, называемое ультразвуковым полем. Энергия каждого элемента объема в этом поле представляет собой сумму кинетической энергии колеблющихся частиц и потенциальной энергии упругой деформации. Кинетическая энергия частицы с объемом 1 0 и плотностью Ро равна [c.50]

Поглощение монохроматических ультразвуковых волн [c.53]

Поглощение ультразвуковых волн в некоторых жидкостях и газах [c.58]

Полученные теоретические результаты для относительного коэффициента поглощения при Нес 1 и Ке 1 находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными. В качестве иллюстрации этого на рис. 24 [191 приведены сводные данные измерений коэффициента поглощения ультразвуковых волн с разной амплитудой в воде на расстояниях стабилизации формы волны, т. е. в области максимального поглощения. По оси абсцисс отложены локальные числа Рейнольдса, определяемые амплитудой давления в точке измерения. Сплошная кривая — теоретическая, построенная для о = 4. Точки относятся к измерениям, выполненным различными методами при разных частотах ультразвука в диапазоне 1- 10 МГц. [c.101]

При высоких интенсивностях ультразвуковых волн акустические течения приобретают турбулентный характер при этом мощный ультразвуковой пучок вызывает интенсивное перемешивание жидкости, которое может играть немаловажную роль в ряде процессов, происходящих под действием ультразвука. Кроме того, как было показано в предыдущей главе, при больших числах Рейнольдса форма ультразвуковой волны в процессе распространения в жидкости может существенно отклоняться от синусоидальной, а ее поглощение — резко возрастать. Это в свою очередь б дет приводить к усилению потока, который таким образом может переходить в турбулентный на некотором расстоянии от источника ультразвука. [c.122]

Таким образом, рассеяние, как и поглощение, приводит к экспоненциальному затуханию плоских ультразвуковых волн с коэф-фициентом рассеяния (по энергии) арас = определяемым [c.170]

Молекулярное строение жидкостей объясняет многие явления в динамике реальных жидкостей —не только наличие особых полос частот при поглощении ультразвуковых волн, указанное в 33. Насильственным и неестественным было бы исследование многих таких явлений в рамках ортодоксальной механики континуума. [c.72]

Влияние объемной вязкости существенно проявляется при распространении ультразвуковых волн в двухатомных и и многоатомных газах. Исследования показывают, что происходящее при этом поглощение энергии обусловлено в основном вязкостью и, в меньшей степени, теплопроводностью и радиацией [10]. [c.138]

При импульсном методе измеряется коэффициент поглощения ультразвуковых волн в образце стекла, причем величина внутреннего трения определяется по формуле [c.112]

Для уменьшения поглощения ультразвуковых волн в зазоре между искателем и поверхностью образца наносится слой контактной жидкости или весь образец с искателем погружают в жидкую среду (масло, керосин, ксилол и др.). [c.304]

Кварцевая пластинка среза X возбуждается генератором электрических колебаний, частота которого устанавливается равной собственной частоте колебаний пластинки. Эта пластинка при своих колебаниях непрерывно излучает ультразвуковые волны, распространяющиеся в виде ультразвукового пучка в среде, где желательно измерить скорость ультразвука и его поглощение. Дойдя до металлической пластинки-отражателя, строго параллельной плоскости кварцевой пластинки, ультразвуковые волны полностью отражаются и, двигаясь в противоположном направлении, доходят до поверхности излучателя. Благодаря наложению падающих и отражённых волн возникает явление интерференции — образование стоячих волн. Стоячие волны оказывают на излучающую кварцевую пластинку определённое воздействие (реакцию), которое становится наибольшим, когда расстояние между плоскостью пластинки и отражателем делается равным целому числу полуволн. Эта реакция регистрируется при помощи электроизмерительных приборов. [c.189]

Как же объяснить аномальное поглощение, которое испытывают ультразвуковые волны при тех частотах, где имеется дисперсия [c.198]

Проблема взаимодействия звука со звуком и вообще проблема распространения нелинейных волн, интерес к которой за последнее время бурно растет в связи с тем, что мощности как 5 Льтразвуковых, так и когерентных электромагнитных волн в настоящее время уже достигли тех уровней, при которых линейное приближение во многих случаях не дает удовлетворительных результатов, является одной из основных в нелинейной акустике. Она весьма обширна, включает в себя ряд вопросов (искажение и взаимодействие волн, особенности распространения пилообразных волн нелинейное поглощение и т. д. ), и ей отведено значительное место в предлагаемой вниманию читателей книге. Однако этим не исчерпывается круг вопросов, который должен рассматриваться в нелинейной акустике. В первую очередь это относится к эффектам, вызываемым мощными звуковыми волнами, которые могли бы быть названы вторичными. Из вторичных эффектов в книге основное внимание уделяется акустическим течениям — постоянным вихревым потокам, возникающим в звуковых полях, и звуковой кавитации — образованию в жидкостях полостей под действием отрицательного давления волны. Эти вторичные явления ответственны за ряд эффектов, наблюдающихся в поле мощных звуковых волн часть из этих эффектов играет существенную роль в области технологического использования мощных ультразвуковых волн. [c.11]

Использование резонансных акустических приемников (скажем, пьезоэлектрических пластинок) позволяет, вообще говоря, определить только парциальный коэффициент поглощения. Единой методики для измерения поглощения в жидкостях и газах, естественно, нет. В качестве широкополосных приемников в технике измерения интенсивных ультразвуковых волн в жидкостях применяются при-ем1ники типа акустического абсолютно черного тела . [c.168]

Поглощение ультразвуковых волн в газах впервые измерено русским ученым Неклепаевым. Им было обнаружено, что при частоте 400 кГц коэффициент поглощения звука в воздухе значительно больше, чем следует по классической теории. Позже коэффициент поглощения в газах был измерен многими другими учеными. Во всех случаях коэффициент поглощения в газах превышает значение, полученное из вычислений по классической теории. Кроме того, для газов отношение a/v не остается постоянным, а имеет характерную зависимость от частоты. [c.377]

Эта специфика прежде всего выражается в реальной и широко используемой возможности генерирования плоских или квазипло-ских волн, в особом значении импульсного режима излучения, в воздействии мощного ультразвука на среду и ее реакции на это воздействие, в сильном поглощении ультразвуковых волн в газах и возможности распространения сдвиговых волн в жидкостях, в отчетливом проявлении нелинейных акустических эффектов в жидкостях и твердых телах, постоянных сил в ультразвуковом поле и т. д. Соответственно на первое место в ультраакустике выходят вопросы распространения плоских волн, их поглощения, отражения, преломления, прохождения через слои, фокусирования, рассеяния, анализ нелинейных эффектов, пондеромоторных сил в поле плоских волн, дифракционных и интерференционных эффектов в поле реальных излучателей ультразвуковых пучков вместе с анализом отклонений характеристик ультразвукового поля в ограниченных пучках по сравнению с полем идеальных плоских волн, распространения различных типов ультразвуковых волн в безграничных и ограниченных твердых телах, в том числе — в кристаллах и пр. В насго-яи ей книге сделана попытка дать всем этим вопросам достаточно полное освещение в сочетании с другими аспектами распространения ультразвуковых волн. В книге приводятся также э сперимеп-тальные данные по скорости и поглощению ультразвука в л<идко-стях и газах, а также по скорости звука в изотропных твердых телах и кристаллах. Наряду с классическим материалом в ней использованы данные из оригинальных источников, на которые сделаны соответствующие ссылки. [c.5]

Причиной затухания ультразвуковой волны могут быть и недиссипатив-пые процессы, такие, как дифракция, рассеяние на неоднородностях среды и т. д. Мы будем понимать поглощение как затухание волны, обусловленное только диссипативными потерями. [c.54]

Эта величина, естественно, зависит от акустического числа Маха и от нелинейных свойств среды. В табл. 8 приведены значения Л для нескольких интенсивностей ультразвука в двух жидкостях, имеющих одинаковые волновые сопротивления, но существенно различающихся нелинейными свойствами, и в воздухе при нормальных условиях. Там же указаны амплитуды скорости смещений соответствующие им числа Маха, скорость звука Го и плот-гюсть среды Ро в последнем столбце таблицы привеа,ены критические расстояния для двух частот V = Со/(л<А)). Согласно этой таблице, нелинейные искажения в газах при указанных интенсивностях могут достигать значительной величины непосредственно у источника. Однако, покшмо отмеченной уже низкой эффективности излучения ультразвука в газы, в них очень велико поглощение ультразвуковых волн. В жидкостях же, лаже при самых больших числах хМаха [c.78]

До сих пор мы говорили об акустических течениях под действием ланжевеновского радиационного давления, обусловленного поглощением ультразвуковых волн и изменением их импульса в вязкой среде. Однако из анализа, приведенного в предыдущем параграфе, вытекает, что акустические течения при определенных условиях моГут возникать и в недиссипативной среде. В частности, средняя по времени скорость смещения частиц среды в поле плоских волн конечной амплитуды может быть отличной от нуля. Правда, это не всегда означает наличие направленного стационарного потока среды. Например, в поле волн с бесконечно протяженными фронтами такой поток невозможен в силу закона сохранения массы постоянная составляющая скорости смещения при этом компенсируется отличной от нуля постоянной составляющей акустического давления или плотности. В случае же ограниченного ультразвукового пучка, контактирующего с невозмущенной жидкостью, рэлеевское радиационное давление в пу чке может вьнывать циркулярные токи нелинейного происхождения. Существование таких су губо нелинейных акустических течений было, в частности, подтверждено экспериментально [42]. [c.122]

Затухание ультразвуковых волн вследствие рассеяния. Поскольку рассеянная энергия исключается из энергии первичной ультразвуковой волны, то вследствие рассеяния на скоплении частиц и других неоднородностях среды происходит дополнительное затухание (помимо поглощения и других причин) ультразвуковых волн в процессе их распространения в такой среде. Мерой этого затухания, вносимого одной частицей, может служить эффективное сечение ( поперечник ) рассеяния а ф, которое, согласно его определению (УП.51), как раз и выражает ту долю ультразвуковой мощности, которая теряегся вследствие рассеяния из удельной мощности (т. е. интенсивности) падающей ультразвуковой волны. В случае скопления частиц при отсутствии акустического взаимоделствия между ними общее рассеяние будет равно суммарному эффекту рассеяния от одной частицы. Если речь идет о микронеоднородных средах с теснорасположенными препятствиями, малыми по сравнению с длиной ультразвуковой волны, то такую совокупность неоднородностей можно представить в виде регулярного (равномерного) расположения, на которое накладываются флуктуации их концентрации. Равномерное расположение неоднородностей эквивалентно трехмерной дифракционной решетке и к диффузному рассеянию оно приводить ие будет. В оптике аналогичная ситуация имеет место при распространении света в правильном кристалле световые волны, рассеиваемые каждой молекулой, гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления распространения первичной волны. Значит, некогерентное рассеяние будет происходить на флуктуациях концентрации, и если эти флуктуации независимы [c.169]

Поглощение — это процесс перехода энергии колебаний в тепловую, обусловленный трением колеблющихся частиц. Поглощение будет тем больше, чем больше частота колебаний. При рассеянии происходят преломление и трансформация ультразвуковых волн. Рассеяние обусловлено кристаллической структурой металлов и сплавов. При прохождении ультразвуковой волны через границь кристаллов волна частично отражается, преломляется и трансформи- [c.143]

Теоретически диапазон ультразвуковых волн простирается до частот 10 —10 герц, выше них распространение упругих волн невоз.можно, так как длина волны становится сравнимой с размерами межмолекуляр-ных расстояний в твердых телах и жидкостях или с длиной свободного пробега в газе. Поскольку с увеличением частот ультразвуковь х волн существенно возрастает их поглощение средой, то возникают экспериментальные трудности, не позволившие пока исследовать всю область ультразвуковых колебаний. [c.110]

Ешё ученик П. Н. Лебедева Н. П. Неклепаев в 1910 г., занимаясь экспериментальной проверкой формулы для коэффициента поглощения, нашёл, что для воздуха при частоте 400 кгц поглощение примерно в 2 раза больше вычисленного по теоретической формуле. П. Н. Лебедев уже тогда указал на то, что при высоких частотах, когда длина ультразвуковых волн становится очень малой, следует принимать во внимание молекулярную природу газа. [c.194]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...