Значение измерений скорости звука в газах

Значение измерений скорости звука в газах [c.308]

Метод визуализации бегущих звуковых волн при помощи освещения искрой, описанный в гл. П1, 4, п. 2, также позволяет производить измерение скорости звука в газах 1941] он имеет особое значение при измерениях скорости звука в газовых потоках с целью определения скоростей потока, а также в горячих газах—с целью определения температуры (см. гл. VI. 3, п. 3). [c.316]

Ньютон вычислил скорость звука в воздухе при атмосферном давлении и комнатной температуре (при этих параметрах воздух с хорошим приближением можно рассматривать как идеальный газ). Однако в прямых измерениях скорости звука в воздухе было получено значение а, примерно на 20% превосходящее величину, найденную Ньютоном. [c.275]

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]

Как было указано в п. 1 этого параграфа, значения поглощения, полученные при измерениях в многоатомных газах, всегда значительно превышают значения, вычисленные по классической теории. Теперь известно, что эти высокие значения поглощения объясняются внутримолекулярными процессами и следовательно, можно говорить о молекулярном поглощении звука. Уже из самого факта наличия дисперсии скорости звука в газе (см. 3, п. 3 этой главы) следует существование дисперсионной области повышенного поглощения. [c.333]

Отсутствие удовлетворительных данных о скорости распространения звука в насыщенных парах вызвало необходимость систематических исследований по измерению скорости звука 3—7] в насыщенных и перегретых парах различных жидкостей. Полученные результаты позволили не только сделать заключение о степени приемлемости формулы (1), но и развить способ вычисления термодинамических функций паров и газов с использованием экспериментальных данных о скорости распространения звука. Кроме того, получение систематических данных о скорости звука в парах различных веществ имело и самостоятельное значение. [c.49]

Скорость звука не является постоянной величиной, при -стоянном газовом составе она в основном зависит от температуры газа. Для того, чтобы измерение не зависело от внешних факторов, необходимо вычислить скорость звука в среде в момент излучения зондирующего импульса. Определение скорости звука производится с помощью коррекции заранее известной величины по измеренному значению температуры газовой среды. [c.72]

В таблице приведены значения скорости звука, измеренные в некоторых газах (при температуре I = 0°С) и жидкостях. [c.99]

Интерферометр с одним преобразователем. Один из наиболее старых ультразвуковых методов измерения скорости и коэффициента затухания звука в жидкостях и газах основан на принципе интерференции двух волн излучаемой преобразователем и отраженной от перемещаемой стеклянной или металлической пластины. Схема его показана на фиг. 76. Впервые предложенный Пирсом [28] и критически рассмотренный Хаббардом [29] этот метод нашел широкое применение. Он сохраняет свое значение до настоящего времени, хотя теперь все большее предпочтение отдается сравнительно новому импульсному методу, особенно при и.змерении потерь. [c.339]

Эта формула была получена в 1687 г. Ньютоном. Вскоре, однако, опытами было установлено, что эта теоретическая формула Ньютона дает при нормальных атмосферных условиях примерно Процентов на двадцать заниженные значения скорости звука. Объяснить это расхождение удалось в 1810 г. Лапласу. Он предположил, что звуковые колебания распространяются в газе не по изотермическому, а по адиабатическому закону. Дело в том, что изо-термическими могут быть только очень медленные колебания, при которых успевает происходить выравнивание температур в областях сжатия и разрежения до температуры в невозмущенном газе. Поэтому формула Ньютона может применяться только к таким зву-ковым волнам, частота которых близка к нулю. При быстрых колебаниях (с большими значениями частоты) заметный теплообмен не успевает произойти и адиабатический закон дает лучшее соответствие с опытом. Прямые измерения блестяще подтвердили предположения Лапласа. [c.82]

Как показано выше, расчеты скорости звука, выполненные с помощью (3.17), а также эксперименты по измерению скорости звука в однородной газожидкостной смеси свидетельствуют о том, что скорость звука в такой смеси не является величиной аддитивной по отношению к скоростям звука каждой из фаз и зависимость а = /ф)р имеет явно выраженный минимум при значении объемного газосодержания Р = 0,5. При выводе зависимости (3.17) двухфазная среда рассматривалась как смесь идеального газа и несжимаемой жидкости, настолько однородная, что каждая из фаз занимает весь доступный обьем (Уг = Уж= Ус) подобно тому, как это имеет место в смеси разнородных газов. Если представить реальный газ как однородную смесь идеального газа и идеальной жидкости, то можно воспользоваться выражением (3.17) для определения объемного газосодержания Р идеального газа в реальном. При этом под идеальной жидкостью следует понимать несжимаемую (точнее, слабосжимаемую) часть реального газа, представляющую собой молекулярные ассоциации. [c.59]

Измерение Н. т. Первичным прибором для измерения термодинамич. темп-ры вплоть до 1 К служит газовый термометр. Др. вариантами первичного терлюметра являются акустич. и шумовой термометры, действие к-рых основано на связи термодинамич. темп-ры соответственно со значением скорости звука в газе и с интенсивностью тепловых флуктуаций напряжения в электрич. цепи. Первичные прецизионные термометры используют в осн. для определения темп-р легко воспроизводимых фазовых равновесий в однокомпонентных системах (т. н. реперных точек), к-рые служат опорными температурными точками Международной практической температурной шкалы (МПТП1-68). [c.349]

Методами А, с. пользуются в молекулярной акустике при исследовании газов и жидкостей. Анализ частотных зависимостей параметров распространения УЗ в твёрдых телах позволяет определить экстремальные диаметры ферми-поеерхностей и эфф. массы электронов, выявить несовершенство кристаллич. решёток, дислокации, домены, кристаллиты и т. п. Дополнит, информация о структуре исследуемого вещества может быть получена при изменении внеш. услови11 темп-ры, давления, напряжённости электрич. и магн, полей, освещённости, интенсивности проникающих излучений и т. п. В таких исследованиях, как правило, определяют не абс. значения параметров распространения, а их относит, изменения, при этом эти ивмерения на один-два порядка точнее абс. измерений. Такой подход позволяет, нанр,, проводить исследования слабых растворов биополимеров, где требуется разрешающая способность 10 —10 при измерениях приращений скорости звука, в то время как при измерении абс. значения скорости может быть достигнута точность 10 —10 . Аналогично при измерении относит, приращений коэфф. затухания может быть достигнута точность (2—5 -10 , при этом значения абс. величины измеряются с точностью (2—5)-10 . [c.43]

Среднее из большого числа измерений дает очень близкое к теоретическому значение = 331,5 м сек. Если предположить, что звуковые колебания происходят согласно изотермическому закону (Яг = onst), то при выводе соотношения (2,10) следовало бы положить = 1 и тогда скорость звука в воздухе составила бы 1,79-10 см сек. Эта, несогласная с опытом, величина была теоретически найдена Ньютоном. Введенная Лапласом поправка на адиабатность звуковых колебаний разрешила противоречие теории с опытом. Таким образом, опыт весьма убедительно подтверждает предположение об адиабатности процесса звуковых колебаний. Для других газов теоретически вычисленное значение скорости также прекрасно согласуется с опытом. р [c.24]

Рассчитать с такой же точностью скорость звука в жидкости не удается, поскольку для жидкости не существует удовлетворительной модели, позволившей бы теоретически вычислить величину модуля объемной упругости. Поэтому расчет о ДЛя жидкостей может быть произведен на основе экспериментальных данных или изотермического модуля /Сич (измеряемого статическими методами), который связан с адиабатическим модулем соотношением (11.29), или непосредственно на основе адиабатического модуля, который, в свою очередь, определяется из данных акустических измерений по формуле К = рпсг Значение Со ДЛя д11стиллированной воды при температуре 20 °С составляет 1,49-10 м/с. В других жидкостях при этой температуре скорость варьирует от 0,9-10 М/с до 2,0 х X 10 м/с. В некоторых жидких металлах она достигает 3 10 м/с. Значения скорости звука для ряда жидкостей и газов приведены в табл. 4, где указаны также их плотности р и произведения плотности на скорость роб о, называемые удельными волновыми сопротивлениями (см. ниже). [c.40]

В области очень низких температур, когда p i р о, второй звук распространяется только по примесям и его скорость равна скорости звука в одноатомном газе с эффективной массой т l kTIm )V2. Как видно из приведенной формулы, при низких температурах скорость второго звука не зависит от концентрации и пропорциональна Предсказание Померанчука дало толчок развитию экспериментальных исследований в ряде зарубежных лабораторий, в которых оно было подтверждено с большой точностью. Вычисленные из этих измерений значения эффективной массы т совпадают со значениями /п, полученными в измерениях pjp методом колебаний стопки дисков Андроникашвили. [c.705]

В промежуточной области частот происходит постепенное изменение скорости звука от равновесного значения до значения Ооо, соответствующего замороженной части теплоемкости, т. е. возникает дисперсия. Так, например, измерения Кнезера [3, 4] показали, что скорость звука в углекислом газе при комнатной температуре меняется от Оо = 260 м1сек при частоте v порядка 10 секг (10 кгц) до а > = 270 м1сек при v 10 сек (1 Мгц). Низкая скорость звука соответствует равновесному значению теплоемкости [c.429]

Согласно измерениям Андерсона и Дельсассо [2318], на частоте 572 кгц минимальное значение скорости звука в углекислом газе составляет 141,6 м1сек оно достигается при критической температуре 31,5° С и при давлении 73, 55 атм, несколько превышающем критическое давление. Ниже критической температуры результаты измерения колеблются неопределенно между значениями скорости, отвечающими соответственно жидкой и газообразной фазам эти значения равны 208 и 179 м/сек при 29° С. [c.318]

В качестве примера возьмем углекислый газ, в котором Пирс впервые обнаружил дисперсию звука. Первые точные измерения в СОд были произведены Кнезером [1061, 1063]. Как показали эти измерения, скорость звука остается практически постоянной при частотах ниже 100 кгц на более высоких частотах скорость звука увеличивается примерно на 4% и на частоте, превышающей 1000 кгц, снова принимает постоянное значение. В области дисперсии скорость звука увеличивается примерно на 1,6% на октаву. Измерения Валлмана [2111] и Эйкена и Беккера [570, 572] дают для времени установления при температуре 18° С и давлении 760 мм рт. ст. значение 5,7-10 сек. Отсюда следует, что для перехода поступательной энергии в квант колебательной энергии требуется округленно 670 ООО соударений, в то время как обратный переход в энергию поступательного движения происходит уже после 2 о=51 ООО соударений. Теплоемкость внутренних степеней свободы, выпадающая на высоких частотах, согласно Кнезеру и Цюльке [1080], равна С,, =1,765. [c.323]

Как показали Хаббард [924, 925] и Хершбергер [842], изменения параметров электрического контура, обусловленные акустической реакцией на излучатель, при измерениях поглощения можно исключить, электрически компенсируя изменение механического сопротивления, вызываемое наличием поглощения,—аналогично методике, примененной в интерферометре Хаббарда и Лумиса для измерения скорости звука (гл. П1, 3). Хаббард [924] предлагает осуществлять компенсацию путем введения и исключения из колебательного контура некоторой электрической емкости. Величина этой емкости при различных расстояниях между излучателем и отражателем позволяет вычислить коэффициент поглощения исследуемого газа. Хершбергер [842] включает параллельно излучающему кварцу некоторое переменное компенсирующее сопротивление, позволяющее при любом положении отражателя сохранить постоянное напряжение на электродах излучателя. По четырем значениям сопротивления и [c.330]

В термометрии по абсолютным изотермам или в методе ГТПО, которые основаны на законе Бойля, необходимо знать в первом случае количество молей газа в газовой колбе, а во втором — значения второго, а возможно, и третьего вириаль-ного коэффициента. Выше отмечалось, что развитие газовой термометрии на основе зависимости температуры от какого-либо интенсивного свойства газа позволяет получить существенные преимущества. Такими свойствами газа могут быть скорость звука, коэффициент преломления и диэлектрическая проницаемость. Метод будет первичным (см. гл. 1), если для измеряемой величины и термодинамической температуры можно написать зависимость, в которую входят только То, R, к п другие постоянные. Эти постоянные не должны зависеть от термодинамической температуры. Из трех методов, которые основаны на измерении перечисленных интенсивных свойств, наиболее развита акустическая термометрия, поэтому рассмотрим ее прежде всего. [c.98]

Эти условия будут приблизительно соблюдены для стеклянной трубки, закрытой двумя пробками, из которых одна неподвижна, а другая, слабо подвижная, соединена с острием камертона или другим телом, которое. может сильно колебаться. Если это тело производит колебания, продолжительность которых приблизительно равна продолжительности колебаний собственного тона ограниченного столба возду.ха, то последний пр, ходит в колебания столь интенсивные, что мелкий порошок, насыпанный в трубку, приходит в движение, и положение узлов может быть с точностью определено. Причина того, что ни при каком значении п движение воздуха не возрастает безгранично, заключается в том, что стенки трубки ие, абсолютно тверды, подвижная трубка не вполне плотно пр.шнана и, главное, в трении воздуха. На описанно.м явлении основывается метод Кундта для измерения скорости распространения звука в различных газах. [c.271]

Значение вычисляется по измерениям коэф. поглощения и скорости звука и независимо измеренным значениям коэф. сдвиговой вязкости. Величина обычно уменьшается при новышении темп-ры и увеличивается с повышением давления. Коэф. ц и являются величинами одного порядка только в век-рых одноатомных газах. В большинстве случаев величина С намного превосходит величину т) (табл.). [c.395]

С этого времени в большом количестве проводятся эксперимен тальные и теоретические работы по исследованию дисперсии и пог лощения ультразвуковых волн в газах, а затем и в жидкостях, сре ди которых следует отметить работы Кнезера [9] и Бикара [10] К настоящему времени накопилось очень большое количество ра бот по измерению скорости и поглощения ультразвука в газах, в смесях газов, жидкостях, смесях различных жидкостей, растворах, электролитах, проведенных при разных физических условиях (температура, давление, плотность, фазовые переходы и т. д.). Результаты этих измерений важны не только для изучения молекулярных свойств газов и жидкостей, но также широко используются в технике для контроля протекания различных технологических процессов (по изменению скорости и поглощения звука). Методика этих измерений хорошо отработана и изложена во многих учебниках, поэтому мы не будем ее описывать. Отметим только, что на ультразвуковых частотах современные импульсные, фазовые и в особенности импульсно-фазовые методы позволяют получить относительную ошибку Ас/с 10 —10 , а абсолютное значение с измерять с точностью 10" %. Аппаратурная точность может быть выше, однако точность измерения скорости ограничивается трудностью поддерживать неизменными физические свойства среды (температуру, плотность, однородность, отсутствие потоков и т. д.) и неоднородностями акустического поля абсолютное значение а в области ультразвуковых частот можно измерять с ошибкой 2—5%. Трудности в определении коэффициента поглощения звука по результатам измерений также состоят в необходимости детального учета неоднородности излучаемого акустического поля, дифракционных эффектов, неизменности физических свойств среды. Для газов измерения на частотах выше нескольких МГц (при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре) затруднены из-за очень большого поглощения. [c.42]

Хергет [830, 831] исследовал зависимость скорости звука от давления для углекислого газа при давлениях от 5 до 98 атм и температурах от 28 до 38° С и для этилена при давлениях от 35 до 75 атм и температурах от 9,7 до 23° С. Результаты его измерений для углекислого газа приведены на фиг. 358. В критической области кривые изменения скорости звука имеют острый минимум точные измерения в этой области дают разброс в крутизне этих кривых, но не в значении скорости звука. Ниже критической точки минимумы скорости звука получаются при значениях давления и температуры, отвечающих [c.318]

В общем случае приходится учитывать также второй коэф-фищ1ент вязкости т . Это приходится делать в том случае, если давление в каждое данное мгновение не определяется однозначно величиной плотности в это мгновение, но зависит от скорости изменення её со временем. Подобное положение имеет место при распространении звука в некоторых многоатомных газах и тесно связано с элементарными процессами перераспределения энергии при соударениях газовых молекул. Молекулярно-кинетическая теория этого явления, имеющего большое значение для использования ультразвуковых измерений, будет изложена позднее. [c.12]

ДОЗВУКОВОЕ ТЕЧЕНИЕ ГАЗА, течение, при к-ром скорости ч-ц газа в рассматриваемой области меньше местных значений скорости звука. Когда скорости ч-ц много меньше скорости звука (наир., в воздухе не превосходят 100 м/с), можно пренебрегать изменением плотности газа, т. е. можно считать газ несжимаемым. ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ (дозиметры), устройства для измерения доз ионизирующих излучений и их мощностей. Существуют Д. п. для измерения одного вида излучения (наир., нейтронные Д.п., у-Дозиметры и др.), либо для измерения в полях смешанного излучения. Д. п. для измерения экспозиц. доз рентгеновского и 7-излучений (градуированные в рентгенах) наз. р е н т г е н о м е т-р а м и, а приборы для определения эквивалентной дозы (градуированные в бэрах) — бэрметрами. Осн. части Д. п. детектор и измерит, устройство. Обе части Д. п. либо постоянно связаны между собой, либо соединяются на время измерения отклика на облучение, накопленного в автономном детекторе. [c.181]

Когда рассматривается влияние акустической мощности на скорость массообмена прежде всего встает вопрос о пороговой для начала процесса величине, характеризующей звуковое поле, — давлении, интенсивности, объемной плотности энергии и т. п. В этом отношении в известных нам работах имеется некоторая путаница. Дело в том, что ряд авторов [70, 87, 88) рассматривает явление вынужденного выделения газа из жидкости в прямой связи с процессом кавитации, и в соответствии с этим предлагает считать порог кавитации одновременно и порогом дегазации жидкостей. В работе [89] даже приведены кривые зависимости пороговой амплитуды звукового давления Р , нри которой в дистиллированной воде наблюдалось образование маленьких газовых пузырьков. Однако, судя по описанным в той же работе химическим эффектам, сопровождавшим появление пузырьков, как и в работе [87], речь идет о кавитационном пороге. В работе [77] концентрация газа изменялась только при превышении некоторой величины акустической мощности. Однако обусловлено это разрешающей способностью методики измерения газосодержания, так как визуально выделение газовых пузырьков происходило и при значительно меньших, чем IVд, величинах акустической мощности. Поскольку в перенасыщенной жидкости выделение растворенного газа в колеблющиеся пузырьки происходит при любой амплитуде звукового давления, понятие о пороге дегазации здесь неприменимо. Если же речь идет о жидкости в недонасыщенном состоянии, то, как указывалось в гл. 2, для каждого пузырька существует критическая величина звукового давления Ра ,,, зависящего от относительной концентрации Сд/Ср, нри которой растворенный газ поступает в пузырек. Поскольку при данной частоте звука минимальным значением Ра обладают пузырьки резонансного размера, она является одновременно и порогом дегазации. Следует заметить, что с повышением частоты колебаний, как показывают расчеты, значение Ра также увеличивается (см. рис. 20, стр. 280, Со/Ср = 0,8, Д = Лр,з). [c.304]

Во-вторых, при расчете функции ф учитывались только диффузионные эффекты, тогда как экспериментальная функция является результатом действия всех работающих на дегазацию механизмов. Как мы видели, кроме диффузии, сюда входят эффекты, ускоряющие выделение из жидкости свободных пузырьков коалесценция за счет силы Бьеркнеса и акустических потоков, изменение скорости всплывания пузырька под действием силы радиационного давления и увлечение его движущейся жидкостью. Насколько существенны эти факторы, можно судить по результатам, приведенным в гл. 3, где рассматривалось поведение одиночного пузырька или пары пузырьков в звуковом поле. Мы видели, что влияние акустических потоков существенно в особых случаях. Действительно, рэлеевские потоки в воде в поле стоячей волны имеют весьма незначительные скорости и не могут оказывать заметного влияния ни на число встреч пузырьков, ни на скорость их всплывания. Роль эккартовского потока при больших интенсивностях звука на высоких частотах и удачном соотношении радиуса звукового пучка и трубы может быть весьма значительной. Однако в проводившихся экспериментах соответствующим выбором диаметра трубы (/ 1= 0) вероятность появления потока была сведена до минимума. Измерение распределения давления по диаметру трубы показало, что из-за неоднородности поля можно принять г = 0,8 Гх, при использованных в эксперименте значениях интенсивности это приводило к весьма небольшим значениям скорости потока. Из приведенных в 3 гл. 3 оценок поправки к скорости на радиационное давление следует, что она существенна только для пузырьков резонансного размера, а для остальных (а их подавляющее большинство) ничтожна. Таким образом, наблюдавшееся в наших экспериментах изменение концентрации газа в жидкости вызвано диффузией растворенного газа в пузырьки и коалесценцие пузырьков под действием си.ты Бьеркнеса, т. е. ф,= фд+ф . Коалесценция пузырьков влечет за собой, с одной стороны, увеличение скорости всплывания пузырьков, что способствует увеличению ф.,, а с другой, как результат увеличения радиуса пузырьков, изменение величины диффузионного потока газа на пузырек в сторону, зависящую от частоты звука. Как мы видели, для коалесценции необходимо, чтобы сдвиг по фазе между колебаниями рассматриваемой пары пузырьков не превышал г. 2. Число коалесценций при этом зависит от концентрации и размеров пузырьков (см. 2 гл. 3). Так как постоянные коэффициенты в функции распределения иузырьков по числу и радиусам неизвестны, пока пет возможности оценить число встреч пузырьков при различных интенсивностях звука и частотах, т. е. найти зависимость эффекта коалесценции от основных параметров поля. Так как ф складывается из фд и ф , можно было бы предположить, что существование максимума кривой частотной зависимости обусловлено онределенным взаимодействием фд и ф . В самом деле, если принять, что диффузионная стадия [c.326]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...