Za plinove i tekućine, gdje se zvuk obično širi adijabatski (tj. promjena temperature povezana sa kompresijom i razrjeđivanjem u zvučnom valu nema vremena da se izjednači tokom određenog perioda), izraz za Brzina zvuka može se zamisliti kao

gdje U pakao - adijabatski modul zapremine, r - gustina, b ad - adijabatska kompresibilnost, b out = gb ad - izotermna kompresibilnost, g = c p / c v - odnos toplotnih kapaciteta pri konstantnom pritisku k.č i na konstantan volumen životopis .

AT idealan gas Brzina zvuka

(Laplasova formula), gde je r 0 - prosečan pritisak u medijumu, R- univerzalna plinska konstanta, T - apsolutna temperatura, m je molekulska težina plina. Za g = 1 dobijamo Newtonovu formulu za Brzina zvuka, što odgovara pretpostavci o izotermnoj prirodi procesa širenja. U tekućinama, razlika između adijabatskih i izotermnih procesa obično se može zanemariti.

Brzina zvuka manje u gasovima nego u tečnostima, a u tečnostima po pravilu manje nego u čvrstim materijama, dakle, kada se gas ukapljuje Brzina zvuka povećava. U tabeli. 1 i 2 su vrijednosti Brzina zvuka za neke gasove i tečnosti, iu slučajevima kada postoji disperzija Brzina zvuka, njegove vrijednosti su date za niske frekvencije, kada je period zvučnog vala veći od vremena opuštanje.

Tab. 1. - Brzina zvuka u gasovima pri 0° i pritisku 1 atm

Tab. 2. - Brzina zvuka u tečnostima na 20°C

Brzina zvuka u izotropnim čvrstim materijama modul elastičnosti materija i njena gustina. U neograničenom čvrstom mediju, uzdužni i posmični (poprečni) valovi se šire, a faza Brzina zvuka jer je longitudinalni talas jednak

,

i za smicanje

gdje E - mladi modul, G- modul smicanja, g - Poissonov omjer, DO - modul za bulk kompresiju. Brzina prostiranja longitudinalnih valova uvijek je veća od brzine posmičnih valova (vidi tablicu 3).

Tab. 3. - Brzina zvuka kod nekih čvrste materije.

BRZINA ZVUKA

BRZINA ZVUKA

Kretanje u elastičnom mediju, pod uslovom da oblik njegovog profila ostane nepromijenjen. Brzina harmonijskog talasa se naziva. takođe faznu brzinu zvuka. Obično S. z. - vrijednost je konstantna za dati in-va za datu eksternu. uslovima i ne zavisi od frekvencije talasa i njegove amplitude. U onim slučajevima kada se pokaže da je različit za različite frekvencije, govori se o disperziji zvuka.

Za plinove i tekućine, gdje se obično širi adijabatski (tj. promjena temperature povezana sa kompresijom i razrjeđivanjem u zvučnom valu nema vremena da se izjednači tokom određenog perioda), S. z. izražava se ovako:

s=?(Kad/r)=?(1/badr).

c=?(gp0/r)=?(gRT/m). (f-la Laplace),

gdje je g=Cp/Cv omjer toplotnih kapaciteta pri konstantan pritisak i zapremina, p0 - prosek u okruženju, R - univers. , m - kažu. gas. S. h. u gasovima je manji nego u tečnostima, au tečnostima je po pravilu manji nego u TV-u. tijela, dakle, prilikom ukapljivanja plina S. h. povećava. Ispod su vrijednosti S. h. (m/s) za određene plinove i tekućine, a u onim slučajevima kada postoji disperzija S. z., njegove vrijednosti su date za niske frekvencije, kada je period zvučnog vala veći od relaksacije .

BRZINA ZVUKA U PLINOVIMA NA 0°S I PRITISKU 1 ATM

Azot ......................... 334

Kiseonik........... 316

Vazduh ............... 331

Helijum .............. 965

Vodonik 1284

Metan ............... 430

Amonijak ............... 415

S. h. u gasovima se povećava sa povećanjem temperature i pritiska (na sobnoj temperaturi, relativna promena S. z. u vazduhu je približno 0,17% uz promenu temperature za 1 °C). U tekućinama, S. z., u pravilu, opada s povećanjem temperature za nekoliko. m/s po 1°S;

BRZINA ZVUKA U TEČNOSTIMA NA 20°C

Voda ........................................ 1490

Benzen ....................................... 1324

Etanol ……………. 1180

Merkur.................................................... 1453

Glicerin ........................................ 1923

izuzetak od ovog pravila yavl. vode, u kojoj je S. h. raste sa porastom temperature i dostiže maksimum na temperaturi od 74°C, a opada sa daljim porastom temperature. Sa povećanjem pritiska S. z. u vodi raste za oko 0,01% po 1 atm. AT morska voda S. h. povećava se s povećanjem temperature, saliniteta i dubine, što određuje tok zvuka. zrake u moru, posebno postojanje podvodnog zvučnog kanala.

S. h. u mješavinama plinova ili tekućina ovisi o koncentraciji komponenti smjese.

S. h. u izotropnoj TV. tijela određena je modulima elastičnosti in-va i njegovom gustinom. U neograničenom tv. uzdužno i posmično (poprečno) se prostiru u mediju, a faza S. h. za longitudinalni talas je jednak:

i za smicanje:

gdje je E - Youngov modul, G - modul smicanja, v - koeficijent. Poisson, K - volumetrijski modul kompresije. Brzina širenja longitudinalnih talasa je uvek veća od brzine smičnih talasa (vidi tabelu). Na TV-u tijela ograničena. veličine, postoje i druge vrste valova, na primjer. , čija je brzina manja od cl i ct. U pločama, štapovima itd. TV. šire se talasovodi čija je brzina određena ne samo karakteristikama ostrva, već i geom. telesnih parametara. S. h. za longitudinalni talas u tankom štapu jednak je cl st = ?(E/r). u monokristal. tv. Tela S. h. zavisi od smera širenja talasa u odnosu na kristalografski. sjekire. U mnogim in-vah S. z. zavisi od prisustva stranih materija. U metalima i legurama S. h. značajno zavisi od obrade kojoj su bili podvrgnuti (valjanje, kovanje, žarenje itd.). U piezoelektrici i feroelektrici, S. h. određuje se ne samo modulima elastičnosti, već i piezoelektričnim modulima, a može ovisiti i o električnoj snazi. polja.

BRZINA ZVUKA U NEKIM ČVRSTIM MATERIJAMA

U feromagnetima, S. z. zavisi od jačine magneta. polja.

S. mjera z. koristi se za definisanje mnogih sv-v-va, kao što su kompresibilnost gasova i tečnosti, čvrstih materija, Debajeva temperatura itd. Mjerenje malih promjena u S. z. yavl. osjeća. metoda za određivanje prisustva nečistoća u gasovima i tečnostima. Na TV-u mjerna tijela S. z. i njegova ovisnost o različitim faktorima omogućavaju istraživanje pojasne strukture poluvodiča, strukture Fermijevih površina u metalima, itd. Brojne kontrole i mjere. primjene ultrazvuka u tehnici glavne. na S.-ove mjere h.

Fizički enciklopedijski rječnik. - M.: Sovjetska enciklopedija. . 1983 .

BRZINA ZVUKA

Brzina širenja u sredini elastičnog talasa. c u smjeru osi X, zvučni pritisak R može se predstaviti kao p \u003d p (x - - ct), gdje t- vrijeme. Za ravnu harmoniju, valovi u mediju bez disperzije i S. z. izraženo u terminima frekvencije w i k Floy c= w/k. Sa brzinom With harmonijski širi. talasi, sa također faza S. h. U medijima u kojima se oblik proizvoljnog talasa menja tokom širenja, harmoničan. talasi ipak zadržavaju svoj oblik, ali se ispostavlja da je fazna brzina različita za različite frekvencije, disperziju zvuka. U ovim slučajevima se koristi i koncept grupna brzina. Pri velikim amplitudama elastičnih talasa pojavljuju se nelinearni efekti (vidi Sl. nelinearna akustika),što dovodi do promjene bilo kojeg valova, uključujući i one harmonijske: brzina prostiranja svake tačke valnog profila ovisi o tlaku u ovoj tački, povećavajući se s povećanjem pritiska, što dovodi do izobličenja valnog oblika.

Brzina zvuka u gasovima i tečnostima. U plinovima i tekućinama zvuk se širi u obliku volumenskih valova kompresije – razrjeđivanja. Ako se proces razmnožavanja odvija adijabatski (što se po pravilu odvija), tj. e. promjena temperature u zvučnom valu nema vremena da se izjednači i 1 / 2 , perioda, toplina iz zagrijanih (komprimiranih) područja nema vremena da se preseli u hladna (razrijeđena), tada S. z. je jednako , gdje R - pritisak u supstanci je njena gustina i indeks s pokazuje da se derivacija uzima pri konstantnoj entropiji. Ovaj S. z. pozvao adijabatski. Izraz za S.

gdje To pakao - adijabatski. modul svestrane kompresije materije, - adijabatski. kompresibilnost, - izotermna kompresibilnost, \u003d - omjer toplinskih kapaciteta pri konstantnom pritisku i volumenu.

U idealnom plinu, gdje je R = 8,31 J / mol * K univerzalna plinska konstanta, T - abs. je molekulska težina gasa. Ovo je tzv. l a p l a s o v a S. h. U gasu se po redu veličine podudara sa srednjom toplotnom brzinom molekula. Vrijednost se naziva njutn o n o y S. z., određuje S. z. sa izotermnim proces propagacije, koji se može odvijati na vrlo niskim frekvencijama. U većini slučajeva, S. h. odgovara Laplasovanoj vrijednosti.

S. h. manje u gasovima nego u tečnostima, a u tečnostima po pravilu manje.U idealnim gasovima pri datoj temperaturi, S. z. ne zavisi od pritiska i raste sa porastom temperature kao . S. promjena z. jednaki , gdje su i mali prirasti brzine i temperature u odnosu na njihove vrijednosti With i T. Na sobnoj temperaturi, upućuje. S. promjena h. u vazduhu je približno 0,17% na 1 K. U tečnostima, S.Z., po pravilu, opada sa porastom temperature i njegova promena je, na primer, za aceton -5,5 m/s * K, za etil alkohol -3,6 m / s * K. Izuzetak od ovog pravila je voda, u kojoj je S. h. na sobnoj temperaturi raste s porastom temperature za 2,5 m / s * K, Tab. jedan- Brzina zvuka u nekim gasovima na °S*

* Vrijednosti brzine su date za normalan pritisak.

Tab. 2- Brzina zvuka u nekim tečnostima na 20°C

U morskoj vodi S. h. zavisi od temperature, saliniteta i dubine. Ove zavisnosti su složene. Za izračunavanje S. h. u moru se koriste tablice izračunate prema empirijskom, f-lam. Budući da se temp-pa, pritisak, a ponekad i salinitet mijenjaju s dubinom, S. z. u okeanu je funkcija dubine c(z). Ova zavisnost u suštini određuje prirodu širenja zvuka u okeanu (vidi Sl. Hidroakustika). Konkretno, definiše postojanje podvodni zvučni kanal, položaj ose to-rogo itd. karakteristike zavise od doba godine, doba dana i od geografije, lokacije.

U tečnim gasovima S. h. raste na istoj temperaturi: na primjer, u plinovitom lož ulju na temperaturi od -195 ° C, iznosi 176 m/s, u tekućem dušiku na istoj temperaturi 859 m/s, u plinovitom i tekućem heliju na -269 ° C, respektivno, 102 m/s i 198 m/s.

S. h. u mješavinama plinova ili tekućina ovisi o koncentraciji komponente. , u kojem se mješavina uzima kao smjesa, određena molekularnom težinom komponenti, uzimajući u obzir njihovu koncentraciju. U tečnim smjesama ovisnost S. h. na koncentraciju komponenti ima prilično složen karakter, to-ry je povezan s vrstom međumolekularnih interakcija. Dakle, u mješavinama alkohol-voda i kiselina-voda pri određenoj koncentraciji postoji maksimalno C. mjerenje C. h. može se koristiti za određivanje i kontrolu koncentracije komponenti smjesa i otopina.

U tečnom helijumu, S. h. raste sa padom temperature. Tokom faznog prelaza u superfluidno stanje, na krivulji zavisnosti C se pojavljuje kink. h. od temp.

U poliatomskim gasovima i gotovo svim tečnostima postoji disperzija C. h., au tečnostima se manifestuje na visokim ultrazvučnim i hiperzvučnim frekvencijama.

U gumama, polimerima i gumama, S. h. zavisi od hemikalije. sastav i gustina pakovanja makromolekula i raste sa povećanjem učestalosti; u materijalima ove vrste sa manjom gustinom i S. h. manje, npr. u silikonskoj gumi C. Brzina zvuka u čvrstim materijama. Uzdužni i posmični (poprečni) elastični valovi šire se u neograničenom čvrstom mediju. U izotropnom čvrstom stanju, fazna brzina za longitudinalni talas

za posmični talas

gdje E - mladi modul, G- modul smicanja, - koeficijent. Poisson DO - modul za bulk kompresiju. Brzina prostiranja longitudinalnih valova uvijek je veća od brzine posmičnih valova, a relacija je obično zadovoljena. Vrijednosti sa l i c t za neke izotropne čvrste materije date su u tabeli. 3.

Tab. 3 - Brzina zvuka u nekim izotropnim čvrstim materijama

U monokristalima S. h. zavisi od smera širenja talasa u kristalu (vidi Sl. Kristalna akustika). U onim smjerovima u kojima je moguće širenje čisto uzdužnih i čisto poprečnih valova, u općem slučaju postoji jedna vrijednost sa l i dvije vrijednosti c t . Ako vrijednosti c t su različiti, onda se odgovarajući talasi ponekad nazivaju. brzi i spori poprečni talasi. U opštem slučaju, za svaki smer širenja talasa u kristalu mogu postojati tri mešana talasa sa različitim brzinama širenja, koje su određene odgovarajućim kombinacijama elastičnih modula, a vektori osciluju. U mnogima supstance S. h. zavisi od prisustva stranih materija. U poluprovodnicima i dielektricima, S. z. osjetljiv na koncentraciju nečistoća; tako, kada se poluvodič dopira nečistoćom koja povećava broj nosilaca struje, C. h. opada sa povećanjem koncentracije; sa porastom temperature S. h. neznatno se povećava.

U metalima i legurama S. h. značajno zavisi od prethodne mehaničke termičke obrade: valjanje, kovanje, žarenje itd. Ova pojava je dijelom povezana sa dislokacijama, čije prisustvo utječe i na S. z.

Tab. četiri - Brzina zvuka u nekim monokristalima

U metalima, po pravilu, S. h. opada sa porastom temperature. Tokom prelaska metala u supravodljivo stanje, priroda zavisnosti je drugačija: vrednost ds/dt menja predznak na prelaznoj tački. U jakim magnetima polja su prikazaninek-rye efekti u zavisnosti od S. z. od magn. polja, to-rye odražavaju ponašanje elektrona u metalnom monokristalu. Na primjer, kada se zvuk širi u određenim smjerovima, S. z se pojavljuje u kristalu. kakf-tsii magn. polja. Mjerenja zavisnosti S. z. od magn. polja su osetljiva. U piezoelektrici i feroelektrika prisustvo elektromehaničkih Sličan fenomen se uočava u magnetostriktivni materijali, pri čemu prisustvo magnetoelastične veze dovodi, osim toga, do pojave uočljive zavisnosti S. z. od snage magneta. polja zbog t.-efekta, E na veličinu magn. polja N. PromjeneS. h. sa rastom H može dostići nekoliko posto (ponekad i do desetina posto). Ista zavisnost S. z. od električnog napona. polja uočena u feroelektricima. Kada djeluje na statiku mohanich. U ograničenim čvrstim tijelima, osim longitudinalnih i poprečnih valova, postoje i druge vrste valova. Dakle, duž slobodne površine čvrstog tijela ili duž njegove granice s drugim medijem, površinski akustični talasičija je brzina manja od brzine masivnih talasa karakterističnih za ovaj materijal. Za ploče, šipke itd. čvrsta akustika. talasovodi su karakteristični normalni talasi,čija je brzina određena ne samo svojstvima tvari, već i geometrijom tijela. Tako, na primjer, S. z. za longitudinalni talas u štapu sa st, čije su poprečne dimenzije mnogo manje od talasne dužine zvuka, razlikuju se od S. z. u neograničenom okruženju sa l(Tabela 3):

Metode mjerenja C. Difrakcija svjetlosti ultrazvukom). Naib. tačnost se odnosi. mjerenja reda 10 -5% (na primjer, kada se proučava ovisnost With ottemp-ry ili magn. polje ili na koncentraciju nečistoća ili nedostataka).

S. mjere h. koriste se za određivanje množine. svojstva materije, kao što je molekularna akustika). Definicija malih promjena S. z. je osjetljiv. metoda fiksiranja nečistoća u plinovima i tekućinama. U čvrstim materijama, mjerenje C. Lit.: Landau L. D., L i f sh i c E. M., Teorija elastičnosti, 4. izdanje, M., 1987; njihova, Gidrodinamika, 4. izd., M., 1988; Bergman L., Ultrazvuk i njegova primjena u nauci i tehnologiji, trans. s njemačkog, 2. izd., M., 1957; Mihajlov. G., Solovyov V. A., Syrnikov Yu. P., Osnove molekularne akustike, M., 1964; Tablice za izračunavanje brzine zvuka u morskoj vodi, L., 1965; Fizička akustika, ur. W. Mason, trans. s engleskog, tom 1, dio A, M., 1966, pogl. 4;t. 4, dio B, M., 1970, gl. 7; Kolesnikov A. E., Ultrazvučna mjerenja, 2. izdanje, M., 1982; Truel R., Elbaum Ch., Ch. and B., Ultrazvučne metode u fizici čvrstog stanja, trans. sa engleskog, M., 1972; Acoustic, A. L. Polyakova.

Fizička enciklopedija. U 5 tomova. - M.: Sovjetska enciklopedija. Glavni i odgovorni urednik A. M. Prokhorov. 1988 .

• - brzina prostiranja akustičnih talasa 1. Brzina prostiranja elastičnog talasa u sredini. Jedinica m/s 2. Fazna ili grupna brzina akustičkog talasa u nedisperzivnom materijalu za dati pravac širenja. ,"de":["V3RQ155MHa8","Q_gLb_lO15I"],"es":["Luu4IHk4w0s","v4jxIFNZU0s"],"pt":["Goir5Y67RTo","JFnryv_L-1U"],"fr "9SqhgjaQKoU"],"bg":["05zkn1JVL38"],"pl":["wDsdjI4CC4M","wDsdjI4CC4M","_mIObAkQP2g","_mIObAkQP2g","_mIObAkQP2g","_mIObAkQP2g","_mIObAkQP2g","_mIObAkQP2g","_mIObAkQP2g","_mIObAkQP2g","_mIObAkQP2g"] ,"el":["hJA-3xuQlvk"])