Pentru gaze și lichide, unde sunetul se propagă de obicei adiabatic (adică, schimbarea temperaturii asociată cu compresia și rarefacția într-o undă sonoră nu are timp să se egalizeze într-o perioadă), expresia pentru Viteza sunetului poate fi imaginat ca

Unde La naiba - modulul vrac adiabatic, r - densitate, b ad - compresibilitate adiabatică, b out = gb ad - compresibilitate izotermă, g = c p / c v - raportul capacitatilor termice la presiune constanta cp iar la volum constant CV .

LA gaz ideal Viteza sunetului

(formula Laplace), unde r 0 - presiunea medie în mediu, R- constantă universală de gaz, T - temperatura absolută, m este greutatea moleculară a gazului. Pentru g = 1 obținem formula lui Newton pentru Viteza sunetului, corespunzătoare presupunerii naturii izoterme a procesului de propagare. În lichide, distincția dintre procesele adiabatice și izoterme poate fi de obicei neglijată.

Viteza sunetului mai puțin în gaze decât în ​​lichide și în lichide mai puțin, de regulă, decât în ​​solide, prin urmare, la lichefierea unui gaz Viteza sunetului crește. În tabel. 1 și 2 sunt valorile Viteza sunetului pentru unele gaze și lichide și în cazurile în care există o dispersie Viteza sunetului, valorile sale sunt date pentru frecvențe joase, când perioada undei sonore este mai mare decât timpul relaxare.

Tab. 1. - Viteza sunetului în gaze la 0° și presiunea 1 ATM

Tab. 2. - Viteza sunetului în lichide la 20°C

Viteza sunetuluiîn solide izotrope se determină modul de elasticitate materia și densitatea ei. Într-un mediu solid nemărginit, undele longitudinale și de forfecare (transversale) se propagă și faza Viteza sunetului pentru o undă longitudinală este egală cu

,

iar pentru forfecare

Unde E - modulul tinerilor, G- modulul de forfecare, g - raportul lui Poisson, LA - modul de compresie în vrac. Viteza de propagare a undelor longitudinale este întotdeauna mai mare decât viteza undelor de forfecare (vezi Tabelul 3).

Tab. 3. - Viteza sunetului la unii solide.

VITEZA SUNET

VITEZA SUNET

Mișcări într-un mediu elastic, cu condiția ca forma profilului acestuia să rămână neschimbată. Viteza unei unde armonice se numește. de asemenea, viteza de fază a sunetului. De obicei S. z. - valoarea este constantă pentru un anumit in-va pentru un anumit extern. condiţiile şi nu depinde de frecvenţa undei şi de amplitudinea acesteia. În acele cazuri când se dovedește a fi diferit pentru frecvențe diferite, se vorbește despre dispersia sunetului.

Pentru gaze și lichide, unde de obicei se propagă adiabatic (adică, schimbarea temperaturii asociată cu compresia și rarefacția într-o undă sonoră nu are timp să se egalizeze într-o perioadă), S. z. se exprimă astfel:

с=?(Kad/r)=?(1/badr).

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

unde g=Cp/Cv este raportul capacităților termice la presiune constantăși volum, p0 - medie în mediu, R - univers. , m - spun ei. gaz. SH. în gaze este mai puțin decât în ​​lichide, iar în lichide este mai puțin, de regulă, decât în ​​TV. corpuri, deci, la lichefierea gazului S. h. crește. Mai jos sunt valorile lui S. h. (m / s) pentru anumite gaze și lichide, iar în acele cazuri în care există o dispersie a S. z., valorile sale sunt date pentru frecvențe joase, când perioada undei sonore este mai mare decât relaxarea .

VITEZA SUNETULUI IN GAZE LA 0°С SI PRESIUNEA 1 ATM

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

Oxigen........... 316

Aer ............... 331

Heliu .............. 965

Hidrogen.......... 1284

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

Amoniac .............. 415

SH. în gaze, crește odată cu creșterea temperaturii și presiunii (la temperatura camerei, modificarea relativă a S. z. în aer este de aproximativ 0,17% cu o schimbare a temperaturii cu 1 ° C). În lichide, S. z., de regulă, scade odată cu creșterea temperaturii cu mai multe. m/s la 1°С;

VITEZA SUNETULUI ÎN LICHIDE LA 20°С

Apă................................................. 1490

Benzen..........………………. 1324

Etanol……………. 1180

Mercur...........…………………. 1453

Glicerina .............................. 1923

excepție de la această regulă yavl. apă, în care S. h. crește odată cu creșterea temperaturii și atinge un maxim la o temperatură de 74 ° C și scade cu o creștere suplimentară a temperaturii. Odată cu creșterea presiunii S. z. în apă crește cu aproximativ 0,01% la 1 atm. LA apa de mare SH. crește odată cu creșterea temperaturii, a salinității și a adâncimii, ceea ce determină cursul sunetului. razele în mare, în special existența unui canal sonor subacvatic.

SH. în amestecuri de gaze sau lichide depinde de concentraţia componentelor amestecului.

SH. în TV izotropă. corpurile este determinata de modulii de elasticitate in-va si densitatea acestuia. La televizor nelimitat. longitudinală și forfecare (transversală) se propagă în mediu, iar faza S. h. pentru o undă longitudinală este egală cu:

și pentru forfecare:

unde E - modulul lui Young, G - modulul de forfecare, v - coeficientul. Poisson, K - modulul de compresie volumetric. Viteza de propagare a undelor longitudinale este întotdeauna mai mare decât viteza undelor de forfecare (vezi tabel). La TV corpuri limitate. dimensiuni, există și alte tipuri de valuri, de exemplu. , a cărui viteză este mai mică decât cl și ct. În plăci, baghete etc. TV. se propagă ghidurile de undă, a căror viteză este determinată nu numai de caracteristicile insulei, ci și de geom. parametrii corpului. SH. pentru o undă longitudinală într-o tijă subțire este egală cu cl st = ?(E/r). într-un monocristal. televizor. trupurile lui S. h. depinde de direcția de propagare a undei față de cristalografic. topoare. În multe in-vah S. z. depinde de prezența materiilor străine. În metale și aliaje S. h. depinde semnificativ de prelucrarea la care au fost supuse (laminare, forjare, recoacere etc.). În piezoelectrice și feroelectrice, S. h. este determinată nu numai de modulele elastice, ci și de modulele piezoelectrice și poate depinde și de rezistența electrică. câmpuri.

VITEZA SUNETULUI ÎN UNELE SUBSTANȚE SOLIDE

În feromagneți, S. z. depinde de puterea magnetului. câmpuri.

Măsurarea lui S. z. folosit pentru a defini multe sv-v-va, cum ar fi compresibilitatea gazelor și lichidelor, solidelor, temperatura Debye etc. Măsurarea modificărilor mici în S. z. yavl. simte. metoda de determinare a prezenței impurităților în gaze și lichide. La TV corpuri de măsură S. z. și dependența sa de diverși factori fac posibilă investigarea structurii benzilor semiconductorilor, a structurii suprafețelor Fermi în metale etc. O serie de control și măsură. aplicatii ale ultrasunetelor in tehnica principalului. pe măsurătorile lui S. h.

Dicţionar enciclopedic fizic. - M.: Enciclopedia Sovietică. . 1983 .

VITEZA SUNET

Viteza de propagare în mediul unei unde elastice. c în direcția axei X, presiunea sonoră R poate fi reprezentat ca p \u003d p (x - - ct), Unde t- timp. Pentru armonie plată, valuri într-un mediu fără dispersie și S. z. exprimată în termeni de frecvenţă w şi k Floy c= w/k. Cu viteza Cu răspândiri armonice. valuri, cu de asemenea faza S. h. În mediile în care forma unei unde arbitrare se modifică în timpul propagării, armonică. undele își păstrează totuși forma, dar viteza de fază se dovedește a fi diferită pentru diferite frecvențe, dispersia sunetului. În aceste cazuri, se folosește și conceptul viteza de grup. La amplitudini mari ale undelor elastice apar efecte neliniare (vezi Fig. acustică neliniară), conducând la modificarea oricăror unde, inclusiv a celor armonice: viteza de propagare a fiecărui punct al profilului de undă depinde de presiunea în acest punct, crescând odată cu creșterea presiunii, ceea ce duce la o distorsiune a formei de undă.

Viteza sunetului în gaze și lichide.În gaze și lichide, sunetul se propagă sub formă de unde de volum de compresie - rarefacție. Dacă procesul de propagare are loc adiabatic (care, de regulă, are loc), adică. e. modificarea temperaturii în unda sonoră nu are timp să se egalizeze şi 1 / 2 , perioadă, căldura din zonele încălzite (comprimate) nu are timp să treacă la rece (rarefiată), apoi S. z. este egal cu , Unde R - presiunea într-o substanță este densitatea acesteia și indicele s arată că derivata este luată la entropie constantă. Acest S. z. numit adiabatic. Expresia pentru S.

Unde La iad - adiabatic. modulul de compresie globală a materiei, - adiabatic. compresibilitate, - izotermă compresibilitatea, \u003d - raportul capacităților termice la presiune și volum constant.

Într-un gaz ideal, unde R \u003d \u003d 8,31 J / mol * K este constanta universală a gazului, T - abs. este greutatea moleculară a gazului. Acesta este așa-numitul. l a p l a s o v a S. h. Într-un gaz, acesta coincide în ordinea mărimii cu viteza termică medie a moleculelor. Valoarea se numește newton o n o y S. z., Determină S. z. cu izotermă proces de propagare, care poate avea loc la frecvențe foarte joase. În cele mai multe cazuri, S. h. corespunde valorii laplaciane.

SH. mai puțin în gaze decât în ​​lichide, iar în lichide, de regulă, mai puțin.În gazele ideale la o temperatură dată, S. z. nu depinde de presiune si creste odata cu cresterea temperaturii ca . schimbarea lui S. z. egală , unde și sunt creșteri mici de viteză și temperatură în comparație cu valorile lor Cuși T. La temperatura camerei, se referă. schimbarea lui S. h. în aer este de aproximativ 0,17% la 1 K. În lichide, S. z., de regulă, scade odată cu creșterea temperaturii și schimbarea sa este, de exemplu, pentru acetonă -5,5 m / s * K, pentru alcoolul etilic -3 .6 m/s * K. O excepție de la această regulă este apa, în care S. h. la temperatura camerei crește odată cu creșterea temperaturii cu 2,5 m / s * K, Tab. unu- Viteza sunetului în unele gaze la °С*

* Valorile vitezei sunt date pentru presiunea normală.

Tab. 2- Viteza sunetului în unele lichide la 20°C

În apa mării S. h. depinde de temperatură, salinitate și adâncime. Aceste dependențe sunt complexe. Pentru a calcula S. h. în mare se folosesc tabele calculate după empiric, f-lam. Deoarece temp-pa, presiunea și uneori salinitatea se modifică odată cu adâncimea, S. z. în ocean este funcția adâncimii c(z). Această dependență determină în esență natura propagării sunetului în ocean (vezi Fig. hidroacustică).În special, definește existența canal de sunet subacvatic, poziția axei to-rogo etc. caracteristicile depind de perioada anului, ora din zi și de geografie, locație.

În gazele lichefiate S. h. crește la aceeași temperatură: de exemplu, în păcură gazoasă la o temperatură de -195 ° C, este de 176 m / s, în azot lichid la aceeași temperatură 859 m / s, în heliu gazos și lichid la -269 ° C, respectiv, 102 m/s, respectiv 198 m/s.

SH. în amestecuri de gaze sau lichide depinde de concentraţia componentului. , în care un amestec este luat ca amestec, determinat de greutățile moleculare ale componentelor, ținând cont de concentrația acestora. În amestecurile lichide, dependența de S. h. asupra concentrației componentelor are un caracter destul de complex, to-ry este asociat cu tipul de interacțiuni intermoleculare. Deci, în amestecurile alcool-apă și acid-apă la o anumită concentrație, există un maxim C. măsurare C. h. poate fi utilizat pentru determinarea și controlul concentrației componentelor amestecurilor și soluțiilor.

În heliu lichid, S. h. crește odată cu scăderea temperaturii. În timpul tranziției de fază la starea superfluid, apare o îndoire pe curba de dependență C. h. de la temp.

În gazele poliatomice și în aproape toate lichidele, există o dispersie de C. h., iar în lichide se manifestă la frecvențe ultrasunete și hipersonice înalte.

În cauciucuri, polimeri și cauciucuri, S. h. depinde de chimie. compoziția și densitatea de ambalare a macromoleculelor și crește cu frecvența crescândă; în materiale de acest tip cu o densitate mai mică şi S. h. mai puțin, de ex. în cauciuc siliconic C. Viteza sunetului în solide. Undele elastice longitudinale și de forfecare (transversale) se propagă într-un mediu solid nemărginit. Într-un solid izotrop, viteza de fază pentru o undă longitudinală

pentru unda de forfecare

Unde E - modulul tinerilor, G- modulul de forfecare, - coeficientul. Poisson LA - modul de compresie în vrac. Viteza de propagare a undelor longitudinale este întotdeauna mai mare decât viteza undelor de forfecare, iar relația este de obicei satisfăcută. Valori cu lși CT pentru unele solide izotrope sunt date în tabel. 3.

Tab. 3 - Viteza sunetului în unele solide izotrope

În monocristale S. h. depinde de direcția de propagare a undei în cristal (vezi Fig. acustica cristalului).În acele direcții în care propagarea undelor pur longitudinale și pur transversale este posibilă, în cazul general există o singură valoare cu lși două valori CT . Dacă valorile CT sunt diferite, atunci undele corespunzătoare sunt uneori numite. unde transversale rapide și lente. În cazul general, pentru fiecare direcție de propagare a undei într-un cristal, pot exista trei unde mixte cu viteze de propagare diferite, care sunt determinate de combinațiile corespunzătoare de module elastice, iar vectorii oscilează. In multe substanțe S. h. depinde de prezența materiilor străine. În semiconductori și dielectrici, S. z. sensibil la concentrația de impurități; deci, la doparea unui semiconductor cu o impuritate care crește numărul purtătorilor de curent, C. h. scade odată cu creșterea concentrației; cu o creştere a temperaturii de S. h. crește ușor.

În metale și aliaje S. h. depinde în mod semnificativ de tratamentul termic mecanic anterior: laminare, forjare, recoacere etc. Acest fenomen este asociat parțial cu dislocații, a căror prezență afectează și S. z.

Tab. patru - Viteza sunetului în unele monocristale

În metale, de regulă, S. h. scade odata cu cresterea temperaturii. În timpul trecerii metalului în starea supraconductoare, natura dependenței este diferită: valoarea ds/dt schimbă semnul în punctul de tranziție. În magnetic puternic câmpurile sunt prezentatenek-efecte de secară în funcție de S. z. din magn. câmpuri, to-rye reflectă comportamentul electronilor într-un singur cristal de metal. De exemplu, când sunetul se propagă în anumite direcții, în cristal apar S. z. kakf-tsii magn. câmpuri. Măsurători ale dependenței S. z. din magn. câmpurile sunt sensibile. În piezoelectriceși feroelectrice prezența electromecanicilor Un fenomen similar se observă în materiale magnetostrictive, unde prezența unei legături magnetoelastice duce, în plus, la apariția unei dependențe notabile a S. z. din puterea magnetului. câmp datorat efectului t. -, E asupra mărimii magn. câmpuri N. SchimbăriS. h. cu crestere H poate ajunge la mai multe la sută (uneori până la zeci de procente). Aceeași dependență a lui S. z. de la tensiunea electrică. câmpuri observate în feroelectrice. Când acţionează asupra unei statice mohanich. În solidele mărginite, pe lângă undele longitudinale și transversale, există și alte tipuri de unde. Astfel, de-a lungul suprafeței libere a unui corp solid sau de-a lungul limitei sale cu un alt mediu, unde acustice de suprafață a cărui viteză este mai mică decât viteza undelor în vrac caracteristică acestui material. Pentru plăci, baghete etc. acustic solid. ghidurile de undă sunt caracteristice valuri normale, a cărui viteză este determinată nu numai de proprietățile substanței, ci și de geometria corpului. Deci, de exemplu, S. z. pentru o undă longitudinală într-o tijă cu st, ale cărei dimensiuni transversale sunt mult mai mici decât lungimea de undă sonoră, diferă de S. z. într-un mediu nerestricționat cu l(Tabelul 3):

Metode de măsurare C. Difracția luminii prin ultrasunete). Naib. acuratețea se referă. măsurători de ordinul a 10 -5% (de exemplu, când se studiază dependența Cu ottemp-ry sau magn. câmp sau asupra concentrației de impurități sau defecte).

măsurătorile lui S. h. sunt folosite pentru a determina pluralul. proprietățile materiei, cum ar fi acustica moleculară). Definiția micilor modificări S. z. este sensibil. metoda de fixare a impuritatilor in gaze si lichide. În solide, măsurarea C. Lit.: Landau L. D., L i f sh și c E. M., Teoria elasticității, ed. a IV-a, M., 1987; al lor, Gidrodinamika, ed. a IV-a, M., 1988; Bergman L., Ultrasunetele și aplicarea sa în știință și tehnologie, trad. din germană, ed. a II-a, M., 1957; Mihailov. G., Solovyov V. A., Syrnikov Yu. P., Fundamentele acusticii moleculare, M., 1964; Tabele pentru calcularea vitezei sunetului în apa de mare, L., 1965; Acustica fizică, ed. W. Mason, trad. din engleză, vol. 1, partea A, M., 1966, cap. 4;t. 4, partea B, M., 1970, cap. 7; Kolesnikov A. E., Măsurători cu ultrasunete, ed. a 2-a, M., 1982; Truel R., Elbaum Ch., Ch. și B., Metode cu ultrasunete în fizica stării solide, trad. din engleză, M., 1972; Acustica, A. L. Polyakova.

Enciclopedie fizică. În 5 volume. - M.: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1988 .

• - viteza de propagare a undelor acustice 1. Viteza de propagare a unei unde elastice într-un mediu. Unitatea m/s 2. Viteza de fază sau de grup a unei unde acustice într-un material nedispersiv pentru o direcție dată de propagare. ,"de":["V3RQ155MHa8","Q_gLb_lO15I"],"es":["Luu4IHk4w0s","v4jxIFNZU0s"],"pt":["Goir5Y67RTo","JFnryv_L-1U"],"fr":[ "9SqhgjaQKoU"],"bg":["05zkn1JVL38"],"pl":["wDsdjI4CC4M","wDsdjI4CC4M","_mIObAkQP2g","_mIObAkQP2g","_mIObAkQP2g","_mIObAkQP2g:"],"1Vro]P2g:"],"1Vro] ,"el":["hJA-3xuQlvk"])