Теория дисперсии звука

Теория дисперсии звука 320 [c.721]

Теория дисперсии звука, развитая А, С. Предводителевым, основывается на анализе физических особенностей среды, в которой происходит распространение звуковых волн. Допуская, как указано выше и как это делается обычно, в слу- [c.117]

Эффекты акустоэлектронного взаимодействия. На опыте АЭВ проявляется либо непосредственно как эффект увлечения носителей заряда акустич. волной, либо в виде зависимости параметров акустич. волны (её скорости, коэф. поглощения и др.) от концентрации носителе проводимости, величины внеш. электрич. и магн. полей. АЭВ — одна из причин дисперсии звука в твёрдых телах. Получая в процессе АЭВ энергию, электроны рассеивают её при столкновениях с дефектами и тепловыми фононами, обусловливая электронное поглощение УЗ. Зависимость коэф. поглощения от частоты при этом может отличаться от квадратичной, предсказываемой классич. теорией (см. Поглощение звука). В полупроводниках в сильном электрич. поле поглощение звука сменяется его усилением. Усиление электрич. иолом НЧ-фононов (акустич. шумов) приводит к развитию электрич, неустойчивости в полупроводниках и возникновению акустоэлектрических доменов. АЭВ является источником электронной акустич. нелинейности, к-рая обусловливает зависимость от электронных параметров амплитуд акустич. волн, возникающих в результате нелинейного взаимодействия, эффекты электроакустического эха в полупроводниках и др. [c.56]

Сравнение показывает, что при переходе через пограничные кривые скорость звука меняется скачком только в термодинамических теориях. Из табл. 4-2 также следует, что в области малых степеней влажности 0,lдисперсии звука влияние фазовых переходов на величину скорости звука во влажном водяном паре достаточно мало. На этом основании в области небольших степеней влажности для расчета скорости звука можно рекомендовать зависимость (4-64). [c.99]

Если имеют место релаксационные процессы, то необходимы феноменологические уравнения (38) и (39) и закон сохранения массы в виде (2). Необходимо также уравнение состояния, которое представляет сродство А как функцию независимых переменных, среди которых вновь появляется . С помощью полной системы уравнений можно развить теорию дисперсии и адсорбции звука, вызванных релаксационными процессами, теплопроводностью и вязким потоком. Важный результат, который затем может быть получен , заключается в том, что для звуко вых частот V, для которых vt < 1, где т — время релаксации (41), релаксационное явление формально может быть описано как эффективная объемная вязкость. [c.13]

Поглощение и дисперсия ультразвука в жидкостях. Релаксационная теория. Распространение звука и особенно ультразвука в жидкостях сопровождается различного рода релаксационными процессами. С одним из типов релаксационного процесса, заключающегося в перераспределении энергии между внешними и внутренними степенями свободы молекул под действием ультразвуковой волны, мы уже встречались при распространении ультразвука в многоатомных газах, где таким процессом объяснялось наличие дисперсии и аномального (молекулярного) поглощения. В жидкостях положение дела обстоит гораздо сложнее, поскольку гораздо сложнее сама структура жидкостей по сравнению с газами и в жидкостях могут иметь место весьма разнообразные релаксационные процессы. [c.290]

На основе изложенной релаксационной теории объемной и сдвиговой вязкостей предпринимаются многочисленные попытки создать акустическую спектроскопию газов и жидкостей. Хотя в этом направлении имеются определенные достижения, все же следует сказать, что если чувствительность в изменении с и а к добавлению примесей к той или иной среде достаточно велика ( 1% примеси может экспериментально обнаруживаться), то разделение нескольких релаксационных процессов, определение двух или нескольких времен релаксации (например, в смесях жидкостей, в химических реакциях) встречают большие затруднения. Другими словами, разрешающая способность акустической спектроскопии невелика. Так как поглощение звука, как об этом говорилось в 3, измеряется довольно грубо, а дисперсия звука обычно мала, то даже в случае двух процессов с близкими временами релаксации можно лишь оценить порядок величины релаксационных параметров среды ([11, с. 229). Вместе с тем изучение поведения т] и нахождение т, в осо- [c.60]

В гл. 2 были обсуждены вопросы распространения звука в жидкостях и газах, рассмотрены явления поглощения и дисперсии звука, а также основы релаксационной теории. Для твердых тел эти задачи значительно сложнее, хотя и для жидкостей, когда они гетерофазны или находятся в турбулентном движении, эти задачи трудны и здесь имеются свои нерешенные проблемы (гл. 6, 7). [c.236]

Установление тесной связи между рассеянием света и упру-гими тепловыми волнами в среде привело к созданию релаксационной теории распространения звука в жидкостях и обнаружению значительной дисперсии скорости звука в маловязких и вязких жидкостях и к ряду других существенных результатов. [c.8]

Дисперсия скорости и поглощение звука и молекулярная теория распространения звука [c.304]

Далее, поскольку распределение по степеням свободы энергии сжатия, сообщаемой среде звуковой волной, отличается от термодинамически равновесного распределения, то при повышении частоты наблюдается уменьшение эффективной сжимаемости (см., например, фиг. 360) и, следовательно, увеличение скорости звука (дисперсия звука). Наконец, на еще более высоких частотах приток энергии во внутренние степени свободы прекращается, скорость звука снова перестает зависеть от частоты, и молекулярное поглощение, рассчитанное на длину волны, стремится к нулю. Хорошее совпадение экспериментально полученных значений а/р для одноатомных жидкостей, как например для ртути или для сжиженных газов (аргон, кислород, азот или гелий), со значениями, рассчитанными по классической теории, а также их независимость от частоты подтверждают справедливость этих рассуждений. Наряду с этой чисто термической релаксацией в жидкости может иметь место и структурная релаксация вследствие сравнительно медленного установления равновесия между упорядоченными и неупорядоченными областями, приводящая к аномалии поглощения звука. [c.301]

Классическая теория, основывающаяся на уравнениях Навье — Стокса, приводит к известным формулам акустической дисперсии Стокса — Кирхгофа. Для значений г, превышающих число 10, т. е. когда имеют дело с относительно малыми акустическими частотами и большими давлениями, относительная величина коэффициента поглощения звука невелика. Поэтому скорость распространения звука практически остается постоянной величиной. Следовательно, акустическая дисперсия отсутствует. [c.55]

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

Лекция 7. Теория звука. Дисперсия и поглощение [c.50]

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]

Дисперсия звука наблюдается и в газах, в которых происходят медленные химические превращения при изменениях температуры (и плотности) в звуковой волне. Примером может служить реакция полимеризации двуокиси азота 2NO2 5 N2O4, которая легко протекает при комнатной температуре, так как теплота активации ее в обеих направлениях мала. Именно применительно к такого рода системам теория дисперсии звука была впервые развита А. Эйнштейном в 1920 г. [5]. По-видимому, аналогичные явления происходят и при распространении ультразвука в некоторых жидкостях. [c.429]

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]

Позднее этим вопросом занимался Буржен [317—320], а также Сакстон [1810, 1812] очень упрощенный вывод дан у Генри [828а]. Марине [1286] предложил упрощенную теорию дисперсии звука, а Сакади [1786] исследовал влияние теплопроводности на дисперсию звука. [c.322]

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]

О—круговая частота, 2а — диаметр, V — коэффициент кинематической вязкости жидкости), но пренебрег дисперсией звука и влиянием скольжения и теплообмена между фазами [697, 792]. Было обнаружено расхождение между теорией Сьюэлла и экспериментальными данными. Экспериментальные данные по поглощению звука [449] располагаются значительно ниже теоретических результатов Сьюэлла, а экспериментальные данные работы [319]— существенно выше. [c.256]

Хорошее соответствие между теорией и экспериментом получено в работе [9031. В работах [88, 8401 вычислены дисперсия звука и коэффициенты затухания для смеси с объемной кднцен-трацией твердых частиц от 0,1 до 0,15 результаты расчетов недостаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными. Следует заметить, что при больших концентрациях суспензия является системой с явно выраженной нелинейностью. При исследовании суспензии с большой концентрацией частиц должны быть учтены такие факторы, как неньютоновская природа (разд. 4.1 и 5.3), зависимости коэффициента сопротивления от концентрации (разд. 5.2) и взаимодействие между частицами (разд. 5.3 и 5.4). [c.261]

Таким образом, трудности экспериментального осуществления безграничной среды (полное устранение отражений) в лабораторных условиях, а также трудности создания идеально коллимированных звуковых пзгчков в значительной мере усложняют экспериментальную проверку теории рассеяния звука на звуке. По-видимому, можно считать установленным, что при идеальной постановке эксперимента во втором приближении рассеяние звука на звуке в среде без дисперсии не должно было бы наблюдаться, Это следует хотя бы из того, что результаты теории Ингарда — Придмор-Брауна [25] экспериментально не подтверждаются, а отличие эксперимента от теории Ве-стервельта [26, 27] хотя бы качественно может быть объяснено отличием условий эксперимента от идеализированных условий теории. [c.96]

Волна второго типа (более медленная) в мягких грунтах представляет собой волну переупаковки практически несжимаемых твердых частиц и является предметом исследования теории уплотнения (консолидации) грунтовых масс. В сцементированных насыщенных пористых средах деформации переупаковки и гидростатического сжатия частиц сближаются по величине и трудности аналитического исследования задачи возрастают. Оказывается, что дисперсия скорости звука в первой продольной волне, связанная с фильтрационными перетоками, с ростом сцементированности среды уменьшается, тогда как дисперсия звука из-за межфазового теплообмена остается заметной (П. П. Золотарев, 1965). [c.595]

Существенный вклад в акустику сделал Н. П. Кастерин (1903), теоретически и экспериментально исследовавший распространение звука в среде с регулярно расположенными шарами или резонаторами и показавший, что в таких средах имеется дисперсия звука. Теория Н. П. Кастерина с полным правом может рассматриваться как первая теория акустических фильтров. [c.194]

Для газа можно показать [1], что если /< 1/т, где / — частота колебаний, а г — время свободного пробега между столкновениями, то газ можно рассматривать как сплошную среду, характеризуемую некоторыми постоянными. Такой метод рассмотрения принят в аэродинамике и в теории упругости. Игнорируя атомизм среды, мы не можем вполне строго и безупречно рассчитать явление дисперсии звука. К счастью, в большинстве практических вопросов дисперсия звука не имеет большого значения. Поэтому в этой книге мы не будем касаться явлений, требующ,их учета атомизма среды, и положим в основу теоретического анализа проблемы акустики движущейся среды уравнения аэродинамики сжимаемого газа. [c.9]

Дисперсия скорости звука, установленная по тонкой структуре в ряде жидкостей, приведенных в табл. 16, и дисперсия звука, найденная в ультразвуковом диапазоне, сделали релаксационную теорию достоверной, во всяком случае в качественном отношении. Количественные выводы из ее простого варианта с одним временем релаксации встречают болЫпие затруднения, о которых будет сказано ниже. О тех жидкостях, для которых по тонкой структуре не была обнаружена дисперсия скорости звука (см.табл. 16), еще нельзя сказать, что в них дисперсия скорости звука совсем отсутствует. Результат, полученный для них, означает лишь, что метод тонкой структуры недостаточно чувствителен, чтобы обнаружить малую дисперсию скорости звука. [c.299]

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]

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]

К этим результатам приходят также Гхош и Верма [2878, 28791, рассчитавшие дисперсию звука в жидкостях на основе теории жидкого состояния Фюрта ), Эта теория предполагает наличие в жидкости полостей, лежащих между [c.271]

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]

Формула (329) была экспериментально проверена Дёрзингом [517]. Она применима только для тех частот, для которых диаметр О трубы мал по сравнению с длиной волны или, другими словами, для частот, много меньших резонансной частоты радиальных колебаний трубы. Поэтому в формулу (329) не входит частота. В ультразвуковой области это условие не выполнено и, как уже упоминалось выше в этом пункте, возможно возникновение радиальных резонансов, оказывающих сильное влияние на распространение звука вдоль трубы. Действительно, при исследовании распространения ультразвука по трубе, заполненной жидкостью, Бойлю, Фроману и Филду [329, 331, 332, 599] удалось экспериментально обнаружить дисперсию звука и селективное поглощение. В качестве примера на фиг. 432 дан график частотной зависимости скорости звука в заполненной керосином стеклянной трубке (внутренний диаметр 3,1 см, толщина стенок 1,4 мм). Из расположения экспериментальных точек видно, что скорость звука уменьшается при приближении к частоте радиального резонанса, затем возрастает скачком и при дальнейшем повышении частоты снова уменьшается, приближаясь к значению скорости в неограниченной среде. Сплошные кривые рассчитаны по теории Филда [592, 594, 597]. [c.393]

Возможность усиления звука звуком, т.е. прямого преобразования частоты акустических колебаний без участия электромагнитных полей, представляет значительный принципиальный интерес. Как уже отмечалось, эффективность такого процесса для заданных частот не может быть высокой в отсутствие дисперсии. Позтому если, например, в радиотехни-ке сверхвысоких частот и оптике параметрические усилители и генераторы давно реализованы и неоднократно использовались, то в акустике преобразование частоты осуществляется, как правило, электроакустическим способом. Исключение составляют, пожалуй, лишь параметрические антенны (причем, как отмечалось, термин параметрические для них не соответствует принятому в теории колебаний и радиофизике), но эффективность преобразования в них чрезвычайно мала. Вместе с тем в диспергирующих системах возможны существенное параметрическое усиление и эффективная параметрическая генерация звука. [c.156]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...