Дисперсия скорости звука в жидкостях

Табл. 2. —Дисперсия скорости звука в жидкостях

ДИСПЕРСИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В ЖИДКОСТЯХ 289 [c.289]

ДИСПЕРСИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В жидкостях [c.289]

ДИСПЕРСИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА в жидкостях 291 [c.291]

Владимирский [46] и Гинзбург [440] указали, что в принципе отрицательная дисперсия скорости звука в жидкостях может наблюдаться. [c.291]

В том случае, когда степень неоднородности двухфазной смеси (размер частиц дисперсной фазы и расстояние между частицами) меньше длины волны возмущения, по отношению к волне среда ведет себя как непрерывная. При этом для определения скорости звука можно воспользоваться уравнением Лапласа = (Эр/0p)j. При распространении акустических волн в однофазной среде имеет место явление дисперсии, проявляющееся в зависимости скорости звука от частоты звуковой волны. Зависимость эта молекулярной природы. Говоря о дисперсии скорости звука в двухфазной среде, можно отметить, по крайней мере, две формы ее проявления. Первая характерна для двухфазной среды в целом и связана с тремя происходящими в ней релаксационными явлениями с процессом массообмена между фазами - фазовым переходом, процессом теплообмена - выравниванием температур между фазами и процессом обмена количеством движения — выравниванием скоростей между фазами. Даже в случае равновесной двухфазной среды при распространении в ней звуковой волны равновесие между фазами нарушается и в ней протекают релаксационные процессы. Вторая форма возникает из-за дисперсии звука в среде-носителе и природа ее та же, что дисперсии в однофазной жидкости. Для нее характерна область высоких частот, когда длительность существования молекулярных ансамблей в жидкости или в газе соизмерима с периодом звуковой волны. [c.32]

Соотношение (6.19) проверялось в эксперименте [Кобелев, Островский, 1980], в котором звуковой пучок пересекал слой пузырьков, создаваемый электролитическим способом. Концентрация пузырьков измерялась по затуханию в соответствии с формулой (6.10а) в интервале 90— 290 кГц. Дисперсия скорости звука в этом диапазоне бьша незначительна (Дс/со 10" ), что подтверждает справедливость предположения о доминирующем влиянии резонансных пузырьков. В поле волны, прошедшей через слой, измерялась компонента на частоте Л и (с учетом расходимости пучка) определялось значение. При этом значение р примерно в тысячу раз превышало то, которое получалось бы для чистой воды так, для частоты а)/2тг — 140 кГц, П/2тг = 14 кГц получаем — 3,5 -10 . Таким образом, реальная жидкость с пузырьками обеспечивает весьма высокие значения параметра нелинейности. Достаточно большие значения могут реализоваться и в естественных условиях, в частности в море, где пузырьки возникают благодаря насыщению воды воздухом из-за действия ветра, а также, по-видимому, из-за влияния морских организмов. [c.176]

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]

Детальное исследование тонкой структуры линии Релея позволило автору и его сотрудникам обнаружить заметную дисперсию скорости звука в маловязких жидкостях, обусловленную релаксацией объемного коэффициента вязкости [29—33]. [c.27]

Самый грубый вариант релаксационной теории с одним характерным параметром и одним временем релаксации (см. 22) сыграл огромную роль в понимании природы тонкой структуры линии Релея и предсказании значительной дисперсии скорости звука в целом ряде жидкостей. Исследование жидкостей, в которых прежде не находили дисперсии, а релаксационная теория явно указывала на наличие значительной дисперсии, показало, что, действительно, до частот дисперсия скорости звука обнаруживается. Несмотря на такой эвристический успех релаксационной теории, вряд ли можно было ожидать, что вариант теории с одним временем релаксации количественно опишет ход поглощения с частотой в целом ряде жидкостей. И все-таки оказалось, что в сероуглероде измеренная в ультразвуковом диапазоне частот зависимость коэффициента поглощения от частоты очень точно описывается формулой [c.299]

Ожидать дисперсии скорости звука в кристаллах до частот / 10 гц нет оснований, а прямые измерения только теперь становятся возможными, и поэтому такая оценка затухания, которой мы с успехом пользовались для жидкостей, для твердых тел пока не сделана. [c.401]

Измерения скорости звука в различных газах, жидкостях и однородных твердых телах показывают, что скорость звука не зависит от частоты, т. е. для звуковых волн дисперсия отсутствует. Иначе обстоит дело с ультразвуковыми волнами большой частоты. Для них обнаружена дисперсия в многоатомных газах и органических жидкостях. Дисперсия ультразвуковых волн происходит также и при распространении их в тонких стержнях, когда длина волны сравнима с диаметром стержня. В случае распространения ультразвуковых волн в металлах дисперсия наблюдается при длине волн, сравнимой с размерами кристаллических зерен. [c.226]

Релаксационная составляющая связана с процессами периодического смещения термодинамического равновесия, вызванными колебаниями давления и температуры в звуковой волне. Из-за малости времени релаксации для большинства жидкостей измеренное значение поглощения (или объемной вязкости) увеличивается по сравнению с рассчитанным без учета акустической релаксации. Дисперсия звука возникает как вследствие обмена энергией между областями сжатия и разрежения, связанного с явлениями теплопроводности и вязкого трения, так и в результате акустической релаксации, т. е. вызванных звуком процессов, протекающих на молекулярном уровне. Следует также учитывать возможность дисперсионных явлений при распространении звука в жидкостях, обусловленных наличием твердых фаз, ограничивающих пробу жидкости. Подчеркнем, что коэффициент поглощения, как и скорость звука, сильно зависит от температуры, что позволяет проводить политермические акустические исследования. [c.80]

Величина дисперсии скорости звука, вызванной различными видами релаксационных процессов в жидкостях, обычно очень мала. Даже в некоторых случаях, когда в эксперименте может быть исследован весь частотный интервал, в пределах которого происходит релаксационный процесс, изменение скорости часто маскируется ошибками, свойственными имеющейся в настоящее время аппаратуре. Так, для СЗг, где интервал частот (5—400 МГц), в котором осуществляется релаксационный процесс обмена энергией между внутренними и внешними степенями свободы, полностью доступен эксперименту, отношение с<ж>/со при 25 °С равно только [c.182]

Дисперсия звука в жидкостях (увеличение скорости звука при переходе от низких частот к высоким) в диапазоне ультразвуковых частот незначительна (наибольшая для сероуглерода приблизительно 1,4%, для уксусной кислоты примерно 0,5%). В газах дисперсия звука значительнее. [c.308]

Так как амплитуда рассеяния Д представляет собой комплексную величину, действительная и мнимая части которой зависят от со, то скорость распространения звука в жидкости с пузырьками будет обладать дисперсией и поглощением, поскольку действительная часть волнового числа, как всегда, определяет скорость распространения волны, а комплексная часть числа — ее затухание. Затухание звука, являясь функцией от со, складывается из поглощения в чистой жидкости без пузырьков и затухания, вызванного многократным рассеянием волн на пузырьках [c.163]

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]

При наличии релаксационных процессов энергия поступательного движения молекул в звуковой волне перераспределяется на внутренние степени свободы. При этом появляется дисперсия скорости звука, а зависимость коэфф. поглош,ения на длину волны от частоты имеет в этом случае максимум на нек-рой частоте, наз. частотой релаксации. Величина дисперсии скорости звука и величина максимального коэфф. поглощения зависят от того, какие именно степени свободы возбуждаются под действием звуковой волны, а частота релаксации, равная обратному значению времени релаксации, связана со скоростью обмена энергией между различными степенями свободы. Т. о., измеряя скорость звука и поглощение в зависимости от частоты можно судить о характере молекулярных процессов и о том, какой из этих процессов вносит основной вклад в релаксацию. Этими методами можно исследовать возбуждение колебательных и вращательных степеней свободы молекул в газах и жидкостях, процессы столкновения молекул в смесях различных газов, установление равновесия при химич. реакциях, перестройку молекулярной структуры в жидкостях, процессы сдвиговой релаксации в очень вязких жидкостях и полимерах, различные процессы взаимодействия звука с элементарными возбуждениями в твёрдых телах и др. [c.220]

Наличие релаксационных процессов в исследуемом веществе приводит к появлению дисперсии скорости звука, т. е. к изменению скорости УЗ от частоты. Однако если затухание в релаксирующих средах может изменяться на несколько порядков, то изменение скорости составляет всего несколько процентов. Методами УЗ-вой С. пользуются в молекулярной акустике при исследовании газов и жидкостей. [c.331]

Мы видим, что при упругой реакции стенок скорость волны в трубе меньше скорости звука в неограниченной среде и дисперсия скорости отсутствует. Реакция упругая, если периметр трубы много меньше длины волны звука в материале трубы. Для металлических узких труб, заполненных газом или жидкостью (например, для водопроводных труб), это условие всегда выполнено. [c.225]

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]

Если, кроме того, положить = 1, то (5.40) переходит в формулу Ландау — Плачека (5.39), Далеко не всегда позволительно считать = 1, поскольку для воды, например, = 1,7, для других жидкостей Ь колеблется в пределах от 1,5 до 1. Особенно велика разница между (5.39) и (5.40), если обнаруживается дисперсия скорости звука и отлично от своего статического значения. [c.94]

После того как в ряде жидкостей была обнаружена дисперсия скорости звука [29—32, 34—36], применение термодинамических [c.111]

Процесса. Это относится, строго говоря, ко всем жидкостям, но различие между (7.4) и соответствующей термодинамической формулой выступает особенно сильно, когда в жидкости обнаруживается заметная дисперсия скорости звука. Примером могут служить такие жидкости, как бензол, сероуглерод, четыреххлористый углерод и др., в которых нами была обнаружена дисперсия МО—20% (см. гл. VI). Вследствие дисперсии скорости звука интегральная интенсивность в этих жидкостях должна быть примерно на 20— 40% ниже вычисленной из термодинамических значений параметров. Интенсивность центральной компоненты, так же как и /мб, должна рассчитываться с учетом скорости рассасывания изобарических флуктуаций. Но если флуктуации давления меняются быстро, что выражается в смещении компонент Мандельштама— Бриллюэна на величину 10 гц, то изобарические флуктуации плотности изменяются несравненно более медленно. В рассеянном свете они проявляются в виде несмещенной линии, максимум которой соответствует со=соо. Полуширина этой линии для различных жидкостей несколько различна, но в среднем лишь немного отличается от 6(0/-- 10 гц. Таким образом, в формировании центральной компоненты принимают участие процессы, почти на три порядка более медленные, чем процессы, обусловливающие смещенные линии. [c.114]

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТ0В4ИЗМЕРЕНИЯ ДИСПЕРСИИ СКОРОСТИ ЗВУКА В ЖИДКОСТЯХ с БОЛЬШОЙ ОБЪЕМНОЙ ВЯЗКОСТЬЮ [c.299]

На фиг. 276 показана схема аналогичной, весьма интересной интерферометрической установки высокой чувствительности, предназначенной для изучения дисперсии скорости звука в жидкостях (Бартель и Нолл [2410]). Генератор Н питает пьезокварцевый излучатель Q, помещенный в сосуд с жидкостью Т звуковые волны проходят через ряд наклонных резиновых пластинок, препятствующих возникновению стоячих волн, и падают на приемный кварц Q/ перемещаемый со скоростью 1 м мин по направлению к излучателю при помощи привода О. Возникающий при этом эффект Допплера несколько повышает частоту принимаемых звуковых волн. Накладывая исходную частоту генератора, можно получить на выходе приемника Е биения после усиления усилителем V и диф- [c.225]

Кроме волн, существующих на границе твердого тела с вакуумом, известны также поверхностные волны на границе двух сред. Строго говоря, такие волны правильнее было бы назвать граничными. К простейшей разновидности таких волн относятся волны вертикальной поляризации, распространяющиеся вдоль границы твердого тела с жидкостью, или волны Стоунли [8]. Эти волны не обладают дисперсией и распространяются со скоростью, меньшей скорости звука в жидкости, спадая экспоненциально при удалении от общей границы. Отметим, что дисперсионное уравнение Стоунли имеет также комплексный корень, соответствующий отходящей от [c.205]

Лит. Колесников А. Е., Ультразвуковые измерения, М., 1970 К р а с-Пушкин П. Е., Учен, записки МГУ , 1944, в. 74, с. 73—86 Волейшис А., Я р о н и с Э., Акустический цифровой интерферометр для исследования дисперсии скорости ультразвука в жидкостях в диапазоне частот 0,25 —1250 Мгц, в кн. Научные труды вузов Литовской ССР. Ультразвук, в. 5, Вильнюс, 1973 Иванов В. Е., Некоторые особенности измерения скорости ультразвука в твердых телах интерферо-метрическим методом, в кн. Вопросы методики ультразвуковой интерферометрии. Тр. 2-й Всесоюзной конференции, т. 2, Вильнюс, 1967 Химунин А., Дрож-жин П., К вопросу о влиянии формы кривой реакции на точность измерения скорости звука в жидкостях интерферометри-ческим способом, там же. [c.153]

Еще одна система, предназначенная для автоматического измерения скорости звука, описана в работе Бартеля и Нолле [36]. Появление стоячих волн в системе исключается путем введения дополнительного затухания между излучателем и приемником. При постепенном перемещении приемника относительно излучателя фаза принимаемого сигнала будет изменяться но отношению к фазе напряжения, подаваемого на излучатель. Оба колебания смешиваются на входе усилителя. Результирующий низкочастотный сигнал усиливается, детектируется, дифференцируется и записывается самописцем. Получаются острые пики, расстояния между которыми соответствуют половине длины звуковой волны в жидкости. Этот прибор использовался для изучения дисперсии скорости звука в ряде жидкостей в диапазоне от 5 до 25 Мгц при точности измерений до 10 . Указывается, что абсолютная погрешность измерений составляет ие более 2 10 . [c.342]

Как мы увидим в следующем параграфе, измерение поглощения звука позволяет заранее предсказать, что из всех до сих пор исследованных жидкостей только в уксусной кислоте пропионовой кислоте и в метилацетате можно-ожидать дисперсии скорости звука в диапазоне частот порядка нескольких мегагерц. Экспериментально это удалось подтвердить Лэмбу, Андреа и Берду [1170а] для уксусной кислоты,, Лэмбу и Хаддарту [33711 для пропионовой кислоты (см. также 2, п. 5 настоящей главы). Во всех других исследованных жидкостях появление дисперсии следует ожидать лишь при очень высоких частотах, еще не доступных для опытного исследования. [c.271]

Результаты сравнения изменения давления по времени при движении ударной волны в воде и в смеси жидкости с пузырьками газа, полученные на описанной выше экспериментальной трубе, приведены в [13]. Из анализа, приведенного в этой работе, следует, что волна давления, распространяющаяся в жидкости при отсутстии пузырьков воздуха, является акустической и распространяется со скоростью, равной скорости звука в воде (примерно 1400 м/с), как в прямом, так и в обратном (отраженная волна) направлении. С введением незначительного по объему количества газа резко снижается скорость распространения прямой волны. За фронтом волны наблюдается интенсивный осцилляционный процесс, вызванный дисперсией и диссипацией энергии, который с течением времени затухает. Распространение отраженной ударной волны в пузырьковой смеси существенно отличается от распространения волны давления в жидкости, не содержащей пузырьков газа. Существенно возрастает амшгитуда отраженной волны по сравнению с прямой. В несколько раз возрастает и скорость распространения обратной волны по сравнению с прямой. Для безразмерной скорости распространения волны давления в газожидкостной среде однородной пузырьковой структуры в [76] получена следующая зависимость ее от отношения давления Pi во фронте волны к его значению ро в невозмущенной части среды [c.38]

При распространении звука в жидкостях и газах влияние дисперсии чаще всего не существенно и все коллиееарио распространяющиеся волны оказываются в резонансе. Если же дисперсия скорости звука существенна, как, напр., в жидкости с пузырьками газа или в нек-рых твёрдых телах, то для определения условий резонансного взаимодействия пользуются м е-тодом дисперсионнных диаграмм. В простейшем случае коллинеарного взаимодействия волн для каждой из них строится дисперсионная характеристика Шг( 1) (где I = 1, 2, 3), к-рая представляет кривую (рис. 5) (или прямую — при отсутствии дисперсии). Наклон вектора, проведённого из начала координат О в точку, лежащую на дисперсионной характеристике, определяет фазовую скорость волны с данной частотой. Каждой из взаимодействующих волн ставится в соответствие [c.290]

До того как стало возможным получать Г. искусственным путём, изучение гиперзвуковых волн и их распространение в жидкостях и твёрдых телах проводилось гл. обр. оптич. методом, основанным на исследовании рассеяния света на Г. теплового происхождения. При этом было обнаружено, что рассеяние в оптически прозрачной среде происходит с образованием нескольких спектральных линий, смещённых относительно частоты падающего света на частоту Г. (т. н. М анделъштама — Бриллюэна рассеяние). Исследования Г. в ряде жидкостей привели к открытию в них зависимости скорости распространения Г. от частоты (см. Дисперсия скорости Звука) и аномального поглощения звука на этих частотах. Изучение Г. теплового происхождения рентгеновскими методами показало, что тепловые колебания атомов в кристалле приводят к диффузному рассеянию рентгеновских лучей, размазыванию пятен, обусловленных взаимодействием рентгеновских лучей с атомами, и к появлению фона. По диффузному рассея- [c.87]

Заметная Д. с. з., обусловленная наличием включений, имеет место в микронеоднородных средах, напр, в эмульсиях, где она связана с выравниванием разности телгп-р между компонентами эмульсии, возникающей при сжатиях и разрежениях в звуковой волне. При высоких частотах это выравнивание не успевает произойти и скорость звука оказывается больше, чем при низких частотах. Дисперсия скорости звука этого типа имеет место также при распространении акустич. волн в капиллярных трубках, во взвесях тяжёлых частиц в жидкостях и газах и т. п. [c.123]

Заховал [433], Бер [425], Кришнан [426] и др. исследовали воду, этилацетат, ксилол, бензол, четыреххлористый углерод, сероуглерод и другие органические жидкости и в пределах довольно высокой точности измерений (17оа) а частотах до ЪОМгц не обнаружили дисперсии скорости звука. [c.290]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...