Поглощение звука в металлах

Методы М. а. могут использоваться также для исследования веществ, в к-рых взаимодействие звука с элементарными возбуждениями не ограничивается простейшими релаксац. процессами. Напр., исследование поглощения звука в металлах и полупроводниках при разл. темп-рах, магн. полях и др, воздействующих факторах позволяет получить информацию о поведении электронов, о структуре ферми-поверхностей и об особенностях электрон-фононного взаимодействия. Измерение затухания звука в диэлектриках, напр. в кварце, в зависимости от темп-ры и при разных условиях предварит, обработки позволяет судить о наличии тех или иных примесей или дефектов. [c.194]

Глава XII. ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА В МЕТАЛЛАХ [c.204]

Поглощение звука в металлах зависит от величины (от, а также от отношения длины волны к длине пробега (A./0 или (в случае от отношения Я/б, где б—глубина скин-слоя [c.204]

Скорость электронов в -пространстве на поверхности Ферми нормальна к ней. Поэтому наиболее сильно поглощаются звуковые волны, распространяющиеся перпендикулярно экстремальным сечениям поверхности Ферми. Изучая поглощение звука для разных направлений распространения, можно определить ориентацию экстремальных сечений поверхности Ферми. Более полные данные о форме и размерах поверхности Ферми дают измерения поглощения звука в металле, помещенном в магнитном поле. Теорию этого явления мы рассмотрим в следующих разделах этого параграфа. [c.206]

Поглощение звука в металле при наличии магнитного поля. Рассмотрим случай, когда волновой вектор q монохроматической звуковой волны частоты со перпендикулярен внешнему магнитному полю В. Направим ось х координатной системы вдоль вектора q, а ось г —вдоль магнитного поля. Для простоты примем [c.206]

Таблица 7.15. Коэффициент поглощения звука в расплавах металлов

Пиппард [188] развил теорию поглощения ультра-звука в металлах эта теория применима для любых значений ql и дает тот же результат, что и теория возмущений, в области применимости последней. Согласно теории Пиппарда, электрон-фононное взаимодействие уменьшается при малых ql как для продольных, так и для поперечных волн. Поглощение продольных волн достигает величины, предсказываемой теорией возмущений, при ql 5, когда оно становится пропорциональным q, но для поперечных волн поглощение при больших значениях qt перестает зависеть от 9 и изменяется обратно пропорционально / . [c.208]

Поглощение звука в твердых телах обусловливается в основном внутренним трением и теплопроводностью. Поглощение поперечных волн меньше, чем продольных, так как они не связаны с адиабатическими изменениями объема, при которых появляются потери на теплопроводность. Коэффициент поглощения в твердых телах пропорционален /(стекло, биологические ткани, металлы) или (резина, пластмассы). [c.286]

Поглощение звука. В глушителях, работа которых основана на принципе поглощения звуковых колебаний, заглушение достигается путем гашения колебательной скорости при прохождении звуковых волн через пористые материалы с большой внутренней поверхностью (асбест, синтетические волокнистые материалы из стекла или металла) (фиг. 18). [c.273]

Гигантские осцилляции коэффициента поглощения звука в сильных магнитных полях. В сильных магнитных полях энергия электронов проводимости в металле квантуется [c.215]

В твердых телах имеются дополнительные источники необратимости при деформации пластичность, дрейф вакансий в кристаллах, взаимодействие с тепловыми фононами и т.д. Общей теории поглощения звука в упругих средах, пригодной для всего их разнообразия (от горных пород до металлов и пластмасс), не существует. Диссипативные процессы обычно описывают феноменологически, заменяя в законе Гука упругие постоянные операторами, зависящими от времени. Для изотропного вязко-упругого тела наиболее общая связь малых деформаций и тензора напряжений имеет вид [31] [c.145]

При поглощении поток звуковой энергии переходит в тепловой поток, а при рассеянии остается звуковым, но уходит из направленно распространяющегося пучка. Поглощение звука обусловливается внутренним трением и теплопроводностью среды. Для одной и той же среды поглощение поперечных волн меньше, чем продольных, так как они не связаны с адиабатическими изменениями объема, при которых появляются потери на теплопроводность. Коэффициент поглощения в твердых телах пропорционален или / (стекло, металлы), или Р (резина). Поглощение является доминирующим фактором, обусловливающим затухание ультразвука в монокристаллах. [c.21]

Длительность возбуждаемых импульсов деформации может ограничиваться снизу не только величиной т , но и временем пробега звука по области тепловыделения, а характерный размер области нагрева решетки I определяется либо длиной поглощения света /п б 1, либо длиной теплопроводности — расстоянием, на которое прогреется кристалл за время оптического воздействия за счет переноса энергии электронами, фононами и т. д. Фононная теплопроводность всегда происходит со скоростями, не превышающими звуковую, и поэтому не приводит к уширению акустических импульсов. Движения электронов в металлах и электронно-дырочной плазмы в полупроводниках может существенно увеличить область нагрева решетки, особенно при низких температурах. При комнатных температурах диффузия носителей в значительной мере замедлена из-за сильного рассеяния на тепловых колебаниях решетки. Поэтому для термоупругой генерации сверхкоротких импульсов деформации необходимо одновременно уменьшать длительность лазерного воздействия и длину поглощения света. Наконец, нельзя забывать, что время нагрева решетки может определяться не временем оптического воздействия, а временем передачи энергии от электронов к фононам, что также препятствует укорочению длительности импульсов деформации. [c.162]

Упругие волны могут распространяться не только в газах и жидкостях, но и в твёрдых телах. При этом в однородных твёрдых телах (в большинстве металлов — в железе, стали, алюминии) условия распространения упругих волн более благоприятны, чем, например, в воздухе звук распространяется в металлах на большие расстояния, испытывая гораздо меньшее поглощение. [c.349]

Большое влияние на коэффициент рассеяния в металлах оказывает отношение средней величины зерна О и длины волны УЗ X. При X О звук поглощается каждым зерном как одним большим кристаллом, затухание определяется в основном поглощением. При [c.286]

Часть I, посвященная нормальным металлам, представляет собой значительную переработку книги автора Введение в теорию нормальных металлов , изданной в СССР в 1972 г., а затем переведенной и изданной в США и в ГДР. Эта часть охватывает следующие темы электронные спектры металлов, электро-и теплопроводность, гальваномагнитные и термоэлектрические явления, поведение металлов в высокочастотных полях, поглощение звука, ферми-жидкостные явления. Изложена современная концепция энергетических спектров электронов в металлах и методы, позволяющие изучить поведение металлов в постоянных и переменных полях. Показано, как с помощью результатов таких исследований можно восстановить энергетический спектр. [c.7]

Здесь п — квантовое число Ландау (га—О, 1, 2,. . . ), —еН тс— циклотронная, частота электронов е — его заряд), /7//— проекция его квазиимпульса па направление магн. поля /I. Звуковые волны с частотой m н волновым вектором q можно рассматривать как поток фононов с энергией fia—Ksq (s — скорость звука) и квазиимпульсом iiq, а поглощение звука в металле — как прямое поглощение фононов электронами проводимости. При этом в каждом акте поглощения должны вьшол- [c.454]

Поглоп ение звука в поликристаллических средах возрастает с возрастанием степени неоднородности. Особенно велико поглощение звука в металлах с крупнозернистой структурой [17]. Поглощение звука в этом случае обусловливается в значительной мере температурными флуктуациями, возникающими при распространении ультразвуковой волны на гранях отдельных кристалликов. Подобные флуктуации температуры вызывают появление тепловых потоков, увеличивающих потери акустической энергии. Термоупругие свойства тела зависят от размеров кристалликов и их ориентации, и, поскольку эти свойства определяют также и потери акустической энергии Д , можно написать [c.254]

Звукопроводы акустич. линз изготовляются из материалов с высокой скоростью продольных акустич. волн сапфир AljOg, кварц н др.), в качестве иммерсионных Жидкостей используются вода, жидкий гелий, жидкие металлы (ртуть, галлий и др.), нек-рые органич. жидкости. Показатели преломления п на границах раздела таких сред достигают значит, величины так, для системы вода — сапфир п = 7,4. Для того чтобы уменьшить потери на поглощение звука в иммерсионной жидкости и улучшить разрешение, используются линзы с малыми радиусами кривизны (внлоть до сотен и десятков микрон для гиперзвуковых частот) и большими углами раскрытия 6jn (обычно бщ 100°—120°). Вследствие большой разницы скоростей распространения в звукопроводе и в иммерсионной жидкости аберрации в линзовых системах акустич. микроскопов малы даже ври больших 0 . Структура фокуса определяется диф-ракц. эффектами, и размеры фокальной области оказываются порядка длины УЗ-волвы X. Разрешение акустич. микроскопа, характеризуемое радиусом фокального пятна а = 0,61 //-sin(0 /2), зависит от частоты /, ва к-рой микроскоп работает. В диапазоне частот от 50 МГц до 3 ГГц разрешение в акустич. микроскопах, использующих в качестве иммерсии воду (скорость звука с 1,5-10 см/с), меняется от 20 до 0,5 мкм, конкурируя на высоких частотах с разрешением оптич. микроскопов. Использование в качестве иммерсии сверхтекучего гелия при темп-рах ниже 0,2 °К (с ts 0,24X XlU см/с) существенно улучшает разрешение микроскопа уже на частоте 2 ГГц оно составляет ок. 90 нм. [c.149]

Чтобы при измерениях не приходилось менять частоту, Кокран и Самсел [457], исследовавшие скорость и поглощение звука в пластмассах, применяемых для изготовления звукопроницаемых окошек, акустических линз и т. п., пользовались клинообразным образцом, передвигаемым поперек звукового пучка, распространяющегося в жидкости. Аналогичным образом Баумгардт [190], а также Отпущенников [3695а, 4906, 4907] определили скорость продольных волн в различных металлах. Отпущенников применяет для этой цели клиновидную пластинку (угол клина 1—2°) длиной около 20 см, передвигаемую между двумя малыми кварцевыми пластинками, служащими излучателем и приемником при этом можно определить места наибольшего прохождения звука. Если к—число определенных таким способом максимумов, а и df —толщина клина в месте 1-го и к-го максимумов соответственно, то, зная частоту /, можно найти скорость звука по следующей простой формуле [c.374]

Большая величина поглощения звука в газах (по сравнению с теорией) объясняется наличием молекулярного поглощения (которое не учитывалось Стоксом) за счет перехода энергии звука в энергию внутримолекулярных движений. Это явление впервые обнаружено Н. Неклепаевым в области ультразвука [25, 26] и объяснено П. Н. Лебедевым [27]. Увеличенное поглощение звука в морской воде объясняется влиянием пузырьков газа, которые обусловливают как поглощение энергии, так и рассеяние ее в стороны. В металлах ослабление звука происходит в значительной мере за счет рассеяния на мелких кристаллических зернах чем крупней зерна кристаллов, тем больше рассеяние и тем сильней звук ослабевает при распространении. В монокристаллах поглощение звука очень мало. (Прим. ред.) [c.53]

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ОСЦИЛЛЯЦИИ — осцилляции коэф. поглощения а УЗ в металлах в магн. поле Н, перпендикулярном волновому вектору звука к. Пост, магн. поле влияет на движение электронов, вынуждая их двигаться по траекториям, вид к-рых определяется сечением поверхности пост, энергии плоскостями, перпендикулярными Щ осп. вклад дают электроны с энергией, близкой к уровню Ферми (т. е. вблизи фер.ии-поверхноспги). Г. о. имеют место, если длина свободного пробега I электронов гораздо больше характерного размера ti ларморовской орбиты электрона в магн. поле, к-рый, в свою очередь, гораздо больше длины волны звука [c.439]

Анизотропия решёточного поглощения определяется структурой тензора вязкостей. Кроме того, в кристаллах, обладающих значит, теплопроводностью (папр., в металлах), важную роль играет поглощение, обусловленное теплообменом между разл. участками кристалла, но-разному нагретыми за счёт объёмных деформаций в звуковой волне (т. н. термоупругая диссипация). Термоупругая диссипация также приводит к квадратичной зависимости коэф. поглощения звука от частоты. При иизких (гелиевых) темп-рах на высоких (гинерзву-ковых) частотах осп. роль играет непосредственное не-липе1шое взаимодействие акустич, волны с тепловыми фопонами — т. н. механизм Ландау—Румера (си. Фо-нон-фононное взаимодействие). [c.509]

Яркое проявление интерференц. природы П. м.— т. я. гигантские осцилляции кинетич. коэф. Они возникают в случае конфигураций, к-рые состоят из квааикласенч. орбит размерами связанных между собой аномально малыми орбитами. Последние являются квантовы-, ми затворами , прозрачность к-рых благодаря интерференции квазиклассич. волк, отражённых от центров П. м. на малой орбите, периодична с частотой, равной сП /ей, где — площадь малой орбиты. Осцилляции прозрачности, управляя движением электронов, приводят к гигантским осцилляциям, наиб, изученным для гальваномагн. характеристик металлов (рис. 6, 7), тер-моэдс и резонансного поглощения звука (рис. 5). Гигантские осцилляции кинетич. коэф. оказываются особо чувствительными к явлению анизотропии II. м. [c.130]

Простейший видР. а.— релаксация внутримолекулярного возбуждения, или квеэеровская релаксация. Такая Р. а. происходит, напр., в двухатомных и многоатомных газах, где энергия поступат. движения молекул в звуковой волне переходит в энергию, связанную с колебат. и вращат. степенями свободы молекул, т. е. изменяется заселённость вращат. и колебат. уровней. Др. виды Р. а. структурная релаксация в жидкостях, при к-рой акустич. волна инициирует изменение ближнего порядка в расположении молекул жидкости хим. релаксация, при к-рой под действием звука сдвигается равновесие в хим. реакции. В твёрдом теле звуковая волна нарушает равновесное распределение фононов, что приводит к релаксац. процессам, определяющим решёточное поглощение звука. Один из видов Р. а. в твёрдом теле — релаксация разл. дефектов кристаллической решётки — как точечных, так и линейных дислокаций), связанная с движением дефектов под действием механич. напряжений в упругой волне. При распространении звука в полупроводниках и металлах нарушается равновесное распределение электронов проводимости, что также приводит к релаксации, а следовательно, к дополнит, поглощению звука. [c.328]

Частоты ультразвука, к-рые можно реально генерж ровать в сверхпроводнике, не превышают 10 Гц, намного меньше пороговой частоты 10 Гц,, Поэтому при У —V О в поглощении ультразвука могу1, принимать участив лишь неспаренные электроны (чдсд ло к-рых экспоненциально мало) и в этом случав коаф< поглощения звука оказывается значительно меньше чем в нормальном металле. [c.440]

В качестве пьезоэлектрических преобразователей наиболее часто используются пластинки из ЦТС-керамики (полоса возбуждаемых частот до 30 МГц), пиобата лития (10 800 МГи) и тонкие пленки сульфида кадмия, цинка или окиси цинка (полоса 0,5. .. .. 3,5 ГГц), хорошо работающие в области частот полуволнового резонанса. Со светозвукопроводом они соединяются с помощью дополнительных элементов акустической и электрической связи, в качестве которых служат слои золота, серебра, меди, индия или других металлов и сплавов с подслоями из хрома или титана Именно эти элементы являются основным источником диссипатив ных потерь мощности из-за поглощения звука, омических и ди электрических потерь (до 2. .. 30 дБ в диапазоне частот 0,1. .. .. 3,0 ГГц). Это накладывает серьезные требования на технологию их изготовления. [c.116]

Возникает естественный вопрос где же находится верхняя граница ультразвуков, т. е. какова частота самых высоких ультразвуков Ответ на этот вопрос можно дать, если исходить из следующих соображений. При распространении звуковых волн часть их энергии поглощается средой, в которой они распространяются. Величина этой поглощенно] доли зависит от свойств среды. Как правило, больше всего энергии поглощается в газах, меньше в жидкостях и еще меньше в твердых телах, в частности в металлах, кристаллах кварца и т. д. При этом поглощение всегда возрастает с увеличением частоты колебаний, т. е. высоты звука. Хорошим примером, подтверждающим это положение, является звучание удаляющегося оркестра с увеличением расстояния сначала пропадают высокие звуки флейт и кларнетов, затем средние — корнетов и альтов, и, наконец, на значительных расстояниях слыншн только большой барабан. Самые низкие звуки распространяются на самые далекие расстояния. [c.10]

В однородной ереде поглощение ультразвуковых волн определеятся вязкостью и теплопроводностью среды. В неоднородных металлах поглощение звука увеличивается с увеличением неоднородности. [c.87]

В действительности можно легко показать, что вихревое электрическое поле играет существенную роль в поглощении звука лишь при условии kl l, Лб 1, где Ь pJAnглубина скин-слоя в аномальном пределе при частоте , и дает в этом случае вклад в поглощение звука того же порядка, какой получается без учета члена с в уравнении (12.6). Все выражение будет зависеть от тензора At — весьма сложного для анизотропного металла. Ввиду этого реальный смысл имеет лишь определение частотной зависимости коэффициента поглощения и [c.205]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...