Гиперзвук измерения

Измерение полуширин компонент Мандельштама — Бриллюэна дает сведения о поглощении гиперзвука, что эффективно при исследовании жидкостей и растворов, включая и область фазовых превращений. Новая спектроскопическая техника позволяет не только определить полуширину этих линий, но и, пользуясь формулами (161.4) и выражением для ба конц, найти коэффициенты температуропроводности и взаимной диффузии растворов, а также проследить их температурную кинетику и установить закон, по которому эти величины стремятся к нулю при приближении к критической точке жидкость—-пар и критической точке расслаивания растворов. [c.597]

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]

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]

Метод измерения дополнительного затухания гиперзвука, вызванного акустическим парамагнитным резонансом, обычно используется в экспериментах, проводимых в импульсном режиме. При этом объектом измерения является коэффициент затухания [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]

Относительная ошибка измерения V складывается из относительных ошибок определения величин, входяш их в (12.2). Учитывая (1.27), найдем, что относительная ошибка в определении скорости гиперзвука [c.195]

Еще недавно было только одно прямое акустическое измерение поглощения на гиперзвуке [437]. Теперь Эллен и Джеймсом Стюарт [596, 597, 605] выполнены прямые акустические измерения скорости гиперзвука (акустический импеданс ру) на частоте 3-10 гц в воде, ацетоне и четыреххлористом углероде. Авторы [605] надеются распространить свои измерения на другие жидкости и на частоту до 10 гц. [c.291]

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

Измерение скорости гиперзвука по компонентам Мандельштама — Бриллюэна и дисперсия скорости звука [c.295]

По данным для скорости гиперзвука, полученным в работах [598, 599, 602] по соответствующим ультразвуковым измерениям, дисперсия скорости (6-й столбец таблицы) вычислена автором книги. Для ацетона и воды отрицательная дисперсия скорости звука, следующая из этих работ, превышает случайную погрешность измерения в несколько раз. Однако возможно, что в этих первых работах с лазером не учтены еще значительные систематические погрешности. Поэтому делать окончательный вывод о существовании в этих жидкостях отрицательной дисперсии, тако как указано в 6-м столбце, по-видимому, преждевременно. Это же замечание относится к наблюденной в [602] большой положительной дисперсии в толуоле и уксусной кислоте. [c.297]

Серьезным подтверждением такого предположения служат прямые измерения зависимости скорости гиперзвука от температуры в ацетоне, выполненные в работах [32, 445]. [c.298]

Результаты измерений представлены графиком рис. 66 Данные обеих работ располагаются на одной прямой и позволяют поэтому с достаточной точностью определить температурный коэффициент скорости гиперзвука для ацетона. Он оказывается равным Ди/ДТ =—5,6 ж/св/с-град и совпадает с этой величиной для ультразвука [283], равной —5,5 ж/св/с-град. В табл. XV приведены некоторые параметры изученных жидкостей. [c.298]

В табл. 16 приводятся измерения скорости гиперзвука, выполненные автором и его сотрудниками [31—34, 36, 53], данные других измерений [446, 447], в которых была обнаружена дисперсия скорости звука, и измерения скорости гиперзвука, выполненные с применением Ме—Не газового и рубинового лазеров [264,598, 599]. [c.298]

Эти результаты полностью соответствуют формулам релаксационной теории с одним временем релаксации.-Пренебрегая небольшой разницей между значениями / Для СЗз, полученной в разных опытах, согласна (24.2), получим время релаксации т = 21 10" сек. С другой стороны, эта величина может быть вычислена по (22.7) при использовании измеренной скорости ит] = 6,01 пз. Времена релаксации т, найденные двумя этими путями, совпадают между собой в пределах точности измерений. Применение вынужденного излучения линии Я 6328 А Ке—Не газового лазера для возбуждения тонкой структуры дало возможность на порядок увеличить точность измерения скорости гиперзвука, и — что особенно существенно— позволило измерить коэффициент поглощения гиперзвука. [c.300]

Но по более точному, чем в [32], измерению скорости гиперзвука и по ультразвуковым измерениям скорости и т] можно найти величину а/р по формулам теории, использующей одно время релаксации. [c.302]

Следовательно, измерение по спектру тонкой структуры скорости гиперзвука и полуширины смещенной компоненты из (25.1) позволяет получить а. [c.315]

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]

По смыслу формулы (25.3) скорость V есть скорость гиперзвука, измеренная по компонентам тонкой структуры ( 23) или другим способом на частоте, суш ественной для рассеяния в рассматриваемой жидкости, гiGи p могут быть взяты из статических измерений. Из статических измерений может быть найдена также величина [c.319]

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]

Работа [441] опровергала данные [438]. Не было обнаружено ни отрицательной дисперсии в ацетоне, ни положительной дисперсии в четыреххлористом углероде. Обсуждаемые работы Pao и Венкатесварана специально посвящены определению скорости гиперзвука по компонентам тонкой структуры, но и до этих работ опубликованы исследования тонкой структуры, которые имели целью проверить [формулу (5.9). При этом Av измеренное сопоставлялось с Av вычисленным. При вычислении Av принималась в расчет скорость звука, измеренная на ультразвуковой частоте. [c.293]

Учитывая, что измерения производились на несколько различающейся частоте гиперзвука (для бензола, например, для Я6328 А/==4,9 10 гц, адля 4358 А/=6,610 гц), нужно признать, что согласие между непосредственными измерениями и определениями поглощения из дисперсии скорости звука и релаксационной теории с одним временем релаксации, удовлетворительно для случая бензола, сероуглерода и четыреххлористого углерода [246, 264]. Серьезное расхождение наблюдается для случая хлороформа [264] и уксусной кислоты [602]. Нужно также объяснить очень большую ширину (поглощение) для муравьиной кислоты и этила-цетата [602]. Если считать прежние измерения поглощения ультразвука и дисперсии правильными, а релаксационную теорию распространения звука приложимой к этим средам, то тогда трудно понять причину столь значительного поглощения, точно так же затруднительно понять, почему в [602] не наблюдено уширение линии в таких жидкостях, как бензол, четыреххлористый углерод и хлороформ. [c.315]

Вещество Измеренные ) ем Коэффициент поглощения гиперзвука а 10"", Вычисленные ) бУмБ 10, [c.316]

На рис. 78 и 79 представлены зависимости скорости гиперзвука и ультразвука от температуры в триацетине и глицерине ) соответственно. Как ясно из рис. 79, в области 150 — 50° С скорость гиперзвука несколько меньше скорости ультразвука. Это различие нужно отнести за счет ошибок ( 6—8%) измерения ги-пеозвуковой скорости при высокой температуре. Такого различия [c.345]

На основании гиперзвуковых измерений [34, 35] Песин [361 оценил величину дисперсии скорости звука и модули упругости в триацетине и глицерине (табл. 29). В опытах с тонкой структурой в глицерине и триацетине определялась скорость продольного гиперзвука. Для того чтобы получить представление о величине приводим таблицу значений заимствованную в [424]. Из формул (27.6) и (27.18) получаем для модуля сдвига [c.346]

Если принять во внимание, что поглощение от образца к образцу кварца может меняться хотя бы из-за различных дислокаций и других несовершенств кристаллов [577], то следует сделать вывод, что поглощение гиперзвука от комнатной температуры (293° К) до 140° К остается практически неизменным или очень слабо меняется. Оценка нижней границы, сделанная Ландсбергом и Шубиным [571], для затухания продольной волны очень близка к измеренному значению этой величины. Весьма значительный результат работы Бемеля и Дрансфельда [576] состоит в том, что в интервале температур от 140° К до 40—60° К коэффициент поглощения продолжает оставаться постоянным, а от 40—60° К при дальнейшем понижении температуры катастрофически падает, достигая величины неизмеримо малой при 10—15° К ). Этот эффект наблюдался в [576] для продольной волны (отдельно для х- и 2-среаов) и для поперечной волны (отдельно для АС- и ВС-срезов). [c.409]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...