Гиперзвук в жидкостях

В настоящее время имеется только один-единственный метод изучения распространения гиперзвука в жидкостях — это оптический метод, основанный на изучении рассеянного света. Для того чтобы получить хотя бы общее представление об этом методе и о физическом процессе взаимодействия света и упругих волн, необходимо сначала кратко остановиться на рассеянии света. [c.299]

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]

Исследование тонкой структуры пока остается единственным способом изучения распространения гиперзвука в жидкостях (гл. VI). Но, по-видимому, скоро гиперзвук в жидкостях можно будет изучать и акустическими методами. [c.27]

Но пока основные результаты по измерению скорости и поглощения гиперзвука в жидкостях получены оптическим методом по тонкой структуре линии Релея. [c.291]

Последнее для жидкости несколько условно и зависит от частоты звука. Так, поперечный гиперзвук (ультразвук предельно высокой частоты 10 с ) можно загнать в жидкость с вязкостью порядка вязкости глицерина на глубину длины волны. [c.93]

Генерация гиперзвука наблюдалась косвенно по стимулированному бриллюэновскому рассеянию [29]. Прямой эксперимент по усилению и генерации ультразвука (в области десятков Мгц) в жидкости проведен в [30]. При очень больших интенсивностях гиперзвуковых волн создаются большие высокочастотные переменные механические напряжения. Кроме того, гиперзвуковые волны очень быстро затухают, передавая свою энергию тепловым колебаниям решетки, что эквивалентно сильному локальному разогреву твердого тела. Предельные интенсивности здесь определяются пределом механической прочности твердых тол. При нынешнем уровне лазерной техники эти предельные интенсивности, вероятно, уже достигнуты и даже превзойдены. [c.372]

Изучение гиперзвуковых волн и их распространения в различных телах, в особенности в твердых телах и в жидкостях (в газах гиперзвук слишком быстро затухает, а имеет смысл говорить о звуке, когда длина волны X больше длины среднего свободного пробега молекул) представляет очень большой интерес. Это изучение может дать много полезных сведений для молекулярной теории, сведений, интересных для уточнения теории состояния этих тел. Это изучение также оказывается важным для объяснения целого ряда оптических явлений, возникающих при прохождении света через прозрачные тела. Наконец, это изучение представляет интерес с акустической точки зрения оно может ответить на вопросы об основных особенностях распространения упругих волн самых высоких частот звукового спектра. [c.299]

Эксперименты по измерению скорости гиперзвука в ряде жидкостей методом изучения рассеяния света в жидкостях были осуществлены И. Л. Фабелинским с сотрудниками в Физическом институте АН СССР. [c.306]

Тонкая структура крыла линии Релея и распространение поперечного гиперзвука в маловязких жидкостях. [c.150]

Упругие волны в жидкостях и газах, как, впрочем, и в твердых телах, называются акустическими, а раздел физики, который их изучает — акустикой. Частоты этих волн лежат в диапазоне от долей герца (инфразвук) до 10 Гц (гиперзвук). Этим частотам соответствуют длины волн X от десятков километров до нескольких ангстрем. Значения скоростей (фазовых и групповых) для разных сред лежат в диапазоне от долей до десятков км/с. [c.98]

УЗ-вые волны затухают значительно быстрее, чем волны более низкочастотного диапазона, т. к. коэфф. классического поглощения звука (на единицу расстояния) пропорционален квадрату частоты. В низкочастотной области коэфф. релаксационного поглощения также растёт пропорционально квадрату частоты, однако при повышении частоты этот рост замедляется и коэфф. поглощения стремится к постоянной величине. Область, где наблюдается такое изменение хода коэфф. поглощения, наз. релаксационной, а средняя её частота — частотой релаксации. Величина, обратная частоте релаксации,— время релаксации — характеризует процесс перераспределения энергии внутри вещества. Помимо характерного хода коэфф. поглощения УЗ, в релаксационной области наблюдается рост скорости звука с частотой — дисперсия, обусловленная физич. процессами в веществе и отличающаяся от дисперсии скорости звука, характерной для любых частот и связанной с геометрич. условиями распространения волны. Дисперсия УЗ в релаксационных областях обычно не превышает нескольких процентов. В многоатомных газах релаксация связана с обменом энергии между поступательными и внутренними степенями свободы, и характерные частоты лежат в среднем и даже низкочастотном диапазонах. В жидкостях к основным релаксационным процессам относятся, напр., внутримолекулярные превращения, структурная и химич. релаксации соответствующие частоты лежат чаще всего в области частот 10 —10 Гц. В твёрдых телах имеются релаксационные процессы различной природы, обусловленные, напр., взаимодействием ультразвука с электронами проводимости, со спиновой системой (см. Спин-фононное взаимодействие), С колебаниями кристаллической решётки. Влияние этих процессов проявляется в частотной зависимости поглощения УЗ. Резонансные явления типа акустического парамагнитного резонанса (область частот 10 —11 Гц) и акустического ядерного магнитного резонанса (10 —10 Гц) дают соответствующие пики поглощения. Резонансный характер может иметь также и дислокационное поглощение в кристаллах. Все эти особенности поглощения УЗ в твёрдых телах обусловлены взаимодействием УЗ-вых и гиперзвуковых волн с внутренними возбуждениями в твёрдых телах. Возникновение же такого взаимодействия связано с тем, что средние и высокие УЗ-вые частоты становятся сравнимы с характерными частотами процессов в веществе на молекулярном и атомном уровне, а длины волн сравнимы с параметрами внутренней структуры вещества. Последнее обстоятельство объясняет также увеличение рассеяния упругих волн на УЗ-вых частотах, наблюдаемое в микронеоднородных средах, в поликристаллич. телах сечение рассеяния на неоднородностях возрастает, если их размеры становятся порядка длины волны.. Связь характера распространения УЗ и, в частности, его высокочастотной области — гиперзвука — со структурой вещества и элементарными возбуждениями в нём является одной из важнейших особенностей УЗ-вых волн. Она позволяет судить о строении вещества на основании измерений скорости и погло- [c.11]

Гц для твёрдого тела и —10 — 10 Гц для жидкостей и газов. Получение упругих волн столь высокой частоты в жидкостях и газах другими способами пока невозможно, а при генерации таких частот в твёрдом теле (в монокристаллах кварца и сапфира при темп-ре жидкого гелия) обычными способами получается гиперзвук весьма малой мощности. Т. о., вынужденное М.— Б. р. является методом возбуждения гиперзвука и его изучения. Однако частоты гиперзвука, излучаемого таким методом, лежат в довольно узком диапазоне. [c.208]

Эти исследования позволили найти характеристики распространения гиперзвука (звук частоты выше гц) частоты 10 гц в жидкостях (см. 24). [c.27]

В реальном опыте наблюдения под углом 0 = 180° и 0=0 практически невозможны из-за большого количества паразитного света при таких углах рассеяния. Кроме того, при малых 0 очень мало Дсо, что затрудняет исследование тонкой структуры или делает его невозможным. Практически удобно изучать рассеяние под углами не меньше 20—30° и не больше 175—160° к направлению распространения возбуждающего света ). В этом случае для жидкостей интервал изменения частоты заключен в пределах от 1-10 гц до 0,25 10 гцу т. е. частота изменяется всего в 4 раза или даже меньше. Поэтому заманчивая перспектива изучения, например, скорости гиперзвука V при изменении частоты /от нуля до 10 гц по рассеянию света (5.9) пока не может быть реализована. Однако измерение скорости гиперзвука (частота / 10 гц) и сравнение этой величины с соответствующими ультразвуковыми измерениями дает сведения о дисперсии скорости звука и релаксации объемного коэффициента вязкости г [23, 30]. Вследствие конечности ширины линии возбуждающего света и конечности апертуры падающего на рассеивающий объем света всегда в опыте используется некоторый набор упругих волн ДЛ. Однако при сильном ограничении угла рассеяния (мало Д 0) ДЛ очень мало, и тогда практически можно говорить об изучении монохроматической упругой волны. В жидкости при 0=90° и .=4358 А /90—10 гцу и все другие частоты не играют никакой роли. [c.91]

Однако поглощение звука такой частоты в жидкостях так велико, что исследование распространения гиперзвука в обычных жидкостях пока не представляется возможным, хотя уже существуют методы, обещающие прогресс в будущем [596, 597]. [c.291]

Ориентировочные предварительные оценки дисперсии скорости звука показали, что в первую очередь нужно измерить скорость гиперзвука в таких жидкостях, как бензол, сероуглерод, четыреххлористый углерод, хлороформ, хлористый метилен и бромистый метилен. Они и были в первую очередь изучены автором и его сотрудниками [29—34,36, 53]. Описанный выше прием оценки величины дисперсии показал, что в таких жидкостях, как толуол, ацетон и уксусная кислота, дисперсия скорости так мала, что не может быть обнаружена по компонентам тонкой структуры [30, 36, 53]. Когда применяются обычные источники света, снимки тонкой структуры для некоторых случаев при возбуждении X 4358 А спектра ртути даны на рис. IV (см. вклейку). Некоторые спектры тонкой [c.295]

Некоторые характеристики жидкостей и распространения гиперзвука в них [c.301]

Поглощение гиперзвука и ширины компонент Мандельштама — Бриллюэна в жидкостях [c.316]

В экспериментах, описанных в [599, 609], наблюдалось, что в последовательном рассеянии возникало до девяти эквидистантных линий, а в работе [630] при рассеянии в сероуглероде наблюдалось семнадцать компонент, Измерение скорости гиперзвука дано в табл. 16. Поскольку ширина полосы флуоресценции рубина составляет а смещение компоненты Мандельштама — Бриллюэна в жидкостях имеет 0,2 то в принципе можно было бы наблюдать до пятидесяти линий последовательного вынужденного рассеяния. До сих пор наблюдалось лишь меньшее число компонент. Возможно, что это объясняется недостаточной интенсивностью возбуждающего света, а возможно, что причина в другом. Этот вопрос еще должен быть подвергнут анализу. На рис. 102 приведена фотография спектра вынужденного рассеяния Мандельштама— Бриллюэна в нитробензоле при различных температурах. Полученные результаты опытов с последовательным рассеянием позволяли надеяться, что по большому числу узких эквидистантных линий можно будет определить скорость гиперзвука с большой точностью Оптимистические оценки [599] предполагают повышение современной точности измерения скорости гиперзвука на два порядка. Однако столь высокая точность определения скорости вряд ли реальна из-за неконтролируемого нагревания, возникающего в области фокуса луча лазера [630]. [c.414]

До того как стало возможным получать гиперзвук искусственным путем, изучение гиперзвуковых волн и их распространение в жидкостях и твердых телах проводилось главным образом оптическим методом, основанным на исследовании рассеяния света на гиперзвуках теплового происхождения. При этом было обнаружено, что рассеяние в оптически прозрачной среде происходит с образованием нескольких спектральных линий, смещенных относительно частоты падающего света на частоту гиперзвука. [c.43]

Исследования тонкой структуры линий рэлеевского рассеяния в ряде жидкостей показывают, что для таких жидкостей, как бензол, четыреххлористый углерод, сероуглерод, имеет место дисперсия гиперзвука. Так при температуре 20° С скорость ультразвука в бензоле составляет 1324 я сек., а скорость гиперзвука — 1470 20 мкек, [c.306]

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]

Когда мы говорили о гиперзвуке в жидкостях, мы отмечали, что происхождение гиперзвуковых колебаний обязано тепловому движению среды. В кварце колебания частоты 2-10 гц оказываются близкими к гиперзвуко-вым и могут быть названы искусственным гиперзвуком. [c.492]

По положению смещенных компонент тонкой структуры с большой точностью определена скорость гиперзвука, а по ширине смещенных компонент найдено поглощение гиперзвука в жидкостях (см. 23, 24). Ширина несмещенной линии уже используется для определения размеров микромолекул в растворе и может быть использована для определения коэффициента температуропроводности в чистых веществах. Газовый лазер дал оптимальные условия для измерения скорости и поглощения гиперзвука, но, как уже было сказано (см. 12), эта задача могла бы быть решена, по крайней мере в принципе, с помощью газоразрядных ламп, работающих на одном изотопе ртути, или другого подходящего элемента. [c.411]

В жидкостях времена релаксации значительно меньше, чем в газах, т. к. все процессы Ьерестройки жидкостей совершаются быстрее. Поэтому в большинстве жидкостей частота Р. а. лежит в области гиперзвука. [c.330]

В узком смысле слова акустика-это учение о звуке, т.е, ой упругих колебаниях и волнах в газах, жидкостях и твердых телах, слышимых человеческим ухом частоты таких колебаний и волн лежат в диапазоне примерно от 16 до 20 ООО Гц. В широком смысле слова зто область физики, изучапцая упругие колебания и волны в различных средах от самых низких частот (инфразвук, условно от О до 16 Гц) до предельно высоких частот Гц (гиперзвук в кристаллических твердых телах при низких тешературах). [c.5]

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]

Ультразвук (УЗ) — упругие колебания и волны, частота к-рых превышает (1,5—2)-10 Гц (15—20 кГц). Нижняя граница области УЗ-вых частот отделяюш ая её от области слышимого звука, определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной, поскольку верхняя граница слухового восприятия человека имеет значительный разброс для различных индивидуумов. Верхняя граница УЗ-вых частот обусловлена физич. природой упругих волн, к-рые могут распространяться лишь в материальной среде, т. е. при условии, что длина волны значительно больше длины свободного пробега молекул в газах или межатомных расстояний в жидкостях и твёрдых телах. Поэтому в газах верхнюю границу частот УЗ определяют из условия приблизительного равенства длины звуковой волны и длины свободного пробега молекул при нормальном давлении она составляет 10 Гц в жидкостях и твёрдых телах определяюш им является равенство длины волны межатомным расстояниям, и граничная частота достигает 10 —10 Гц. В зависимости от длины волны и частоты УЗ обладает специфич. особенностями излучения, приёма, распространения и применения, поэтому область УЗ-вых частот удобно подразделить на три подобласти низкие УЗ-вые частоты (1,5 10 —10" Гц), средние (10 —10 Гц) и высокие (10 —10 Гц). Упругие волны с частотами 10 —10 Гц принято называть гиперзвуком. [c.9]

В жидкостях основными релаксационными ироцессалт являются колебательная Р., внутримолекулярные превращения, структурная релаксация, химич. Р. Временах в жидкостях значительно меньше, чем в газах, т. к. все процессы перестройки совершаются быстрее. Во многих жидкостях сОр лежит в области гиперзвука, [c.306]

Г., предназначенные для измерит, могут. В жидкостях затухание Г. же как и УЗ, основываются гл. обр. целей, должны быть ненаправленными очень велико, и дальность распро- на использовании явлений пьезоэлект-и обладать ровной частотной хар-кой странения мала. Сравнительно хорошо ричества и магнитострикции. Для во всей области исследуемых частот. Г. распространяется в тв. телах — возбуждения Г. можно использовать Для этой цели удобно пользоваться монокристаллах, гл. обр. при низких резонансные пьезоэлектрические пре-малыми по сравнению с длиной волны темп-рах. Так, напр., даже в моно- образователи пластинчатого типа, полыми сферич. приёмниками из пье- кристалле кварца, отличающемся ма- к-рые широко применяются в УЗ зокерамики, совершающими сфериче- лым затуханием в нём упругих волн, диапазоне частот, однако для Г. тол-ски симметричные колебания. продольная гиперзвук, волна с ча- щина таких преобразователей должна [c.122]

Смещение компонент Бриллюэна — Мандельштлма. Смещение компонент Бриллюэна — Мандельштама изучалось для нескольких веществ, главным образом жидкостей [11, 10, 30, 29, 61, 79, 92, 140, 151, 156—158, 169, 176]. Лишь в немногих работах определялась ширина компонент Бриллюэна — Мандельштама [10, 79, 29, 113, 169]. Если у молекул отсутствуют внутренние степени свободы, то измеряемая по сдвигу частоты скорость гиперзвука должна совпадать с низкочастотной скоростью звука. В принципе это можно проверить, наблюдая боковые компоненты в инертных газах. Измерения, проделанные для аргона при колшатной температуре и давлениях от 45 до 175 атм, действительно подтверждают указанное совпадение [158]. Недавно Флери и Бун [74] определили смещение компоненты Бриллюэна — Мандельштама в жидком аргоне вдоль кривой сосуществования фаз и вновь получили хорошее совпадение гиперзвуковых скоростей со скоростями звука, измеренными акустическими методами. [c.136]

Вместо интерферометра Фабри — Перо для спектрального анализа можно использовать дифракционный спектрограф [10] разрешающая спо-ообность в обоих случаях имеет порядок 10 —10 . Интерферометр табл. 1 приведено несколько результатов (они не относятся к простым жидкостям и помещены здесь только для того, чтобы показать возможности метода). В этой таблице Т — температура жидкости в градусах Цельсия 0 — угол рассеяния — скорость гиперзвука, рассчитанная по величине бриллюэнов-ского смещения — скорость ультразвука, измеренная обычными методами на частотах несколько мегагерц — уширение линии, обусловленное поглощением звука. Результаты, приведенные в первой строке для каждой жидкости, получены с использованием классических источников хвета, а во второй и третьей строках соответственно — с помощью экспериментальной схемы, представленной на фиг. 2 [10], и с помощью схемы с коническим рефлектором [9]. Очевидно, что [c.162]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...