Kelajuan perambatan bunyi dalam logam. Bunyi dalam persekitaran yang berbeza – Pasar Besar Pengetahuan

KELAJUAN BUNYI

KELAJUAN BUNYI

Pergerakan dalam medium elastik, dengan syarat bentuk profilnya kekal tidak berubah. Kelajuan gelombang harmonik dipanggil. juga kelajuan fasa bunyi. Biasanya S. z ialah nilai tetap untuk pulau tertentu dengan keadaan luaran yang diberikan. keadaan dan tidak bergantung kepada frekuensi gelombang dan amplitudnya. Dalam kes di mana ia ternyata berbeza untuk frekuensi yang berbeza, bercakap tentang penyebaran bunyi.

Untuk gas dan cecair, di mana ia biasanya merambat secara adiabatik (iaitu, perubahan suhu yang berkaitan dengan mampatan dan jarang dalam gelombang bunyi tidak mempunyai masa untuk menyamakan sepanjang tempoh), S. z. dinyatakan seperti ini:

с=?(Kad/r)=?(1/badr).

с=?(gp0/r)=?(gRT/m). (f-la Laplace),

di mana g=Cp/Cv ialah nisbah kapasiti haba pada tekanan dan isipadu malar, p0 ialah purata dalam medium, R ialah universal. , m - mol. gas S. z. dalam gas kurang daripada dalam cecair, dan dalam cecair kurang, sebagai peraturan, daripada dalam pepejal. badan, oleh itu, apabila gas dicairkan S. z. bertambah. Di bawah ialah nilai S. z. (m/s) untuk gas dan cecair tertentu, dan dalam kes di mana terdapat penyebaran gelombang bunyi, nilainya diberikan untuk frekuensi rendah, apabila tempoh gelombang bunyi lebih besar daripada kelonggaran.

KELAJUAN BUNYI DALAM GAS PADA 0°C DAN TEKANAN 1 ATM

Nitrogen......................... 334

Oksigen........... 316

Udara............ … 331

Helium......... 965

Hidrogen......... 1284

Metana............... ... 430

Ammonia.............. 415

S. z. dalam gas ia meningkat dengan peningkatan suhu dan tekanan (pada suhu bilik, perubahan relatif dalam nilai suria dalam udara adalah lebih kurang 0.17% dengan perubahan suhu 1°C). Dalam cecair, nilai suria, sebagai peraturan, berkurangan beberapa darjah dengan peningkatan suhu. m/s sebanyak 1°C;

KELAJUAN BUNYI DALAM CECAIR PADA 20°C

Air........................................ 1490

Benzena......................................... 1324

Etil alkohol....................... 1180

Merkuri ......................................... 1453

Gliserin..................................... 1923

Pengecualian kepada peraturan ini ialah air, dalam potongan S. z. meningkat dengan peningkatan suhu dan mencapai maksimum pada suhu 74°C, dan menurun dengan peningkatan suhu selanjutnya. Dengan peningkatan tekanan S. z. dalam air meningkat kira-kira 0.01% setiap 1 atm. DALAM air laut S. z. meningkat dengan peningkatan suhu, kemasinan dan kedalaman, yang menentukan perjalanan bunyi. sinaran di laut, khususnya kewujudan saluran bunyi bawah air.

S. z. dalam campuran gas atau cecair bergantung kepada kepekatan komponen campuran.

S. z. dalam TV isotropik. jasad ditentukan oleh modulus elastik badan dan ketumpatannya. Dalam TV tanpa had. gelombang membujur dan ricih (melintang) merambat dalam persekitaran, dan fasa S. z. untuk gelombang longitudinal adalah sama dengan:

dan untuk ricih:

di mana E ialah modulus Young, G ialah modulus ricih, v ialah pekali. Poisson, K - modulus mampatan isipadu. Kelajuan perambatan gelombang longitudinal sentiasa lebih besar daripada kelajuan gelombang ricih (lihat jadual). Di TV badan terhad saiz terdapat jenis gelombang lain, contohnya. , yang kelajuannya kurang daripada cl dan ct. Dalam pinggan, rod dan pepejal lain. pandu gelombang merambat, kelajuannya ditentukan bukan sahaja oleh ciri-ciri bahan, tetapi juga oleh geo. parameter badan. S. z. untuk gelombang longitudinal dalam rod nipis adalah sama dengan сl st = ?(E/r). Dalam monocryst. TV badan S. z. bergantung kepada arah perambatan gelombang berbanding dengan kristalografi. paksi. Di banyak kampung S. z. bergantung kepada kehadiran bendasing asing. Dalam logam dan aloi S. z. amat bergantung pada pemprosesan yang dikenakan (menggelek, menempa, penyepuhlindapan, dll.). Dalam piezoelektrik dan feroelektrik S. z. ditentukan bukan sahaja oleh moduli elastik, tetapi juga oleh moduli piezoelektrik, dan mungkin juga bergantung pada ketegangan elektrik. padang.

KELAJUAN BUNYI DALAM BEBERAPA PEPEJAL

Dalam ferromagnet S. z. bergantung kepada tegangan magnet. padang.

Pengukuran S. z. digunakan untuk mentakrifkan banyak sv-v-va, seperti kebolehmampatan gas dan cecair, pepejal, suhu Debye, dsb. Pengukuran perubahan kecil dalam tenaga suria. yavl. terasa. kaedah untuk menentukan kehadiran bendasing dalam gas dan cecair. Di TV badan ukuran S. z. dan pergantungannya pada pelbagai faktor memungkinkan untuk mengkaji struktur jalur semikonduktor, struktur permukaan Fermi dalam logam, dsb. Beberapa kawalan dan pengukuran. aplikasi ultrasound dalam kejuruteraan asas. pada ukuran S. z.

Kamus ensiklopedia fizikal. - M.: Ensiklopedia Soviet. Ketua Pengarang A. M. Prokhorov. 1983 .

KELAJUAN BUNYI

Halaju perambatan gelombang kenyal dalam medium. s dalam arah paksi X, tekanan bunyi r boleh diwakili dalam bentuk p = p(x - - ct), di mana t- masa. Untuk keharmonian satah, gelombang dalam medium tanpa serakan dan SZ. dinyatakan dalam sebutan kekerapan w dan k Floy c= w/k. Dengan laju Dengan tersebar secara harmoni ombak, dipanggil juga fasa S. z. Dalam media di mana bentuk gelombang arbitrari berubah semasa perambatan, harmonik. gelombang bagaimanapun mengekalkan bentuknya, tetapi halaju fasa ternyata berbeza untuk frekuensi yang berbeza, serakan bunyi. Dalam kes ini, konsep juga digunakan kelajuan kumpulan. Pada amplitud besar gelombang elastik, kesan tak linear muncul (lihat. akustik tak linear), membawa kepada perubahan dalam mana-mana gelombang, termasuk yang harmonik: kelajuan perambatan setiap titik profil gelombang bergantung pada tekanan pada ketika ini, meningkat dengan peningkatan tekanan, yang membawa kepada herotan bentuk gelombang.

Kelajuan bunyi dalam gas dan cecair. Dalam gas dan cecair, bunyi merambat dalam bentuk gelombang mampatan-nyahcas isipadu. Jika proses pembiakan berlaku secara adiabatik (yang, sebagai peraturan, adalah kesnya), i.e. e. perubahan suhu dalam gelombang bunyi tidak mempunyai masa untuk meratakan walaupun selepas itu 1 / 2 , tempoh, haba dari kawasan yang dipanaskan (mampat) tidak mempunyai masa untuk bergerak ke kawasan yang sejuk (rarefied), kemudian S. z. sama dengan , Di mana R - tekanan dalam bahan ialah ketumpatannya, dan indeksnya s menunjukkan bahawa terbitan diambil pada entropi malar. S. z ini. dipanggil adiabatik. Ungkapan untuk S.

di mana KEPADA neraka - adiabatik. modulus pemampatan menyeluruh jirim, - adiabatik. kebolehmampatan, - isoterma kebolehmampatan = - nisbah kapasiti haba pada tekanan dan isipadu malar.

Dalam gas ideal, di mana R = = 8.31 J/mol*K ialah pemalar gas universal, T - abs. - berat molekul gas. Inilah yang dipanggil l a p l a s o v a S. z. Dalam gas, ia bertepatan mengikut urutan magnitud dengan purata kelajuan terma pergerakan molekul. Nilai itu dipanggil S. z. baharu, ia menentukan S. z. pada isoterma proses penyebaran, yang boleh berlaku pada frekuensi yang sangat rendah. Dalam kebanyakan kes, S. z. sepadan dengan nilai Laplace.

S. z. dalam gas kurang daripada dalam cecair, dan dalam cecair, sebagai peraturan, kurang, Dalam gas ideal pada suhu tertentu S. z. tidak bergantung pada tekanan dan meningkat dengan peningkatan suhu sebagai . Perubahan S. z. sama , di mana dan adalah kenaikan kecil kelajuan dan suhu berbanding dengan nilainya Dengan Dan T. Pada suhu bilik ia berkaitan. perubahan dalam S. z. dalam udara adalah kira-kira 0.17% setiap 1 K. Dalam cecair, nilai suria, sebagai peraturan, berkurangan dengan peningkatan suhu dan perubahannya adalah, sebagai contoh, untuk aseton -5.5 m/s*K, untuk etil alkohol -3 .6 m/s * K. Pengecualian kepada peraturan ini ialah air, dalam potongan. h. pada suhu bilik ia meningkat dengan peningkatan suhu sebanyak 2.5 m/s*K, Jadual 1- Kelajuan bunyi dalam beberapa gas pada °C*

* Nilai kelajuan diberikan untuk tekanan biasa.

Jadual 2- Kelajuan bunyi dalam beberapa cecair pada 20 °C

Dalam air laut N. z. bergantung pada suhu, kemasinan dan kedalaman. Kebergantungan ini adalah kompleks. Untuk mengira S. z. di laut, jadual yang dikira mengikut data empirikal digunakan. Oleh kerana suhu, tekanan, dan kadangkala kemasinan berubah mengikut kedalaman, barat laut di lautan adalah fungsi kedalaman c(z). Pergantungan ini dengan ketara menentukan sifat perambatan bunyi di lautan (lihat. Hidroakustik). Khususnya, ia menentukan kewujudan saluran bunyi bawah air, kedudukan paksi dan ciri-ciri lain bergantung pada masa tahun, masa hari dan pada geografi dan lokasi.

Dalam gas cecair S. z. meningkat pada suhu yang sama: contohnya, dalam gas gas pada suhu -195 ° C ia sama dengan 176 m/s, dalam nitrogen cecair pada suhu yang sama 859 m/s, dalam gas dan helium cecair pada -269 ° Dengan masing-masing 102 m/s dan 198 m/s.

S. z. dalam campuran gas atau cecair bergantung kepada kepekatan komponen. , di mana campuran ditakrifkan sebagai berat molekul komponen, dengan mengambil kira kepekatannya. Dalam campuran cecair, pergantungan S. z. daripada kepekatan komponen mempunyai sifat yang agak kompleks, yang dikaitkan dengan jenis interaksi antara molekul. Oleh itu, dalam campuran alkohol-air dan asid-air pada kepekatan tertentu terdapat S. maksimum ukuran S. z. boleh digunakan untuk menentukan dan mengawal kepekatan komponen campuran dan larutan.

Dalam cecair helium S. z. meningkat dengan penurunan suhu. Semasa peralihan fasa kepada keadaan cecair super, kekusutan muncul dalam lengkung pergantungan C. h. daripada suhu.

Dalam gas poliatomik dan hampir semua cecair terdapat serakan C. z., dan dalam cecair ia menunjukkan dirinya pada frekuensi ultrasonik dan hipersonik yang tinggi.

Dalam getah, polimer dan caoutchoucs S. z. bergantung kepada kimia. komposisi dan ketumpatan pembungkusan makromolekul dan meningkat dengan peningkatan kekerapan; dalam bahan jenis ini dengan ketumpatan yang lebih rendah dan S. z. kurang, cth. dalam getah silikon C. Kelajuan bunyi dalam pepejal. Gelombang elastik membujur dan ricih (melintang) merambat dalam medium pepejal yang tidak terikat. Dalam pepejal isotropik, halaju fasa untuk gelombang longitudinal ialah

untuk gelombang ricih

di mana E - modulus muda, G- modulus ricih, - pekali Poisson, KEPADA - modulus mampatan isipadu. Kelajuan perambatan gelombang longitudinal sentiasa lebih besar daripada kelajuan gelombang ricih, dan hubungannya biasanya berpuas hati. Nilai dengan l Dan c t bagi pepejal isotropik tertentu diberikan dalam jadual. 3.

Jadual 3 -Kelajuan bunyi dalam beberapa pepejal isotropik

Dalam monohablur S. z. bergantung kepada arah perambatan gelombang dalam kristal (lihat akustik kristal). Dalam arah tersebut di mana perambatan gelombang membujur dan melintang tulen adalah mungkin, secara amnya terdapat satu nilai dengan l dan dua makna c t . Jika nilai-nilai c t adalah berbeza, maka gelombang yang sepadan kadangkala dipanggil. gelombang melintang cepat dan perlahan. Secara umum, bagi setiap arah perambatan gelombang dalam kristal, tiga gelombang bercampur dengan pada kelajuan yang berbeza perambatan, yang ditentukan oleh gabungan moduli keanjalan yang sepadan, dan vektor ayunan. Dalam bentuk jamak bahan S. z. bergantung kepada kehadiran bendasing asing. Dalam semikonduktor dan dielektrik S. z. sensitif kepada kepekatan kekotoran; Oleh itu, apabila semikonduktor didopkan dengan bendasing yang meningkatkan bilangan pembawa arus, S. z. berkurangan dengan peningkatan kepekatan; dengan peningkatan suhu S. z. meningkat sedikit.

Dalam logam dan aloi S. z. bergantung dengan ketara pada rawatan mekanikal dan haba sebelumnya: rolling, penempaan, penyepuhlindapan, dll. Fenomena ini sebahagiannya dikaitkan dengan kehelan, yang kehadirannya juga mempengaruhi SZ.

Jadual 4 - Kelajuan bunyi dalam beberapa kristal tunggal

Dalam logam, sebagai peraturan, S. z. berkurangan dengan peningkatan suhu. Apabila logam beralih kepada keadaan superkonduktor, sifat pergantungan adalah berbeza: kuantiti ds/dT pada titik peralihan bertukar tanda. Dalam magnet yang kuat medan, kesan tertentu muncul bergantung pada S. z. daripada mag. medan, yang mencerminkan keanehan tingkah laku elektron dalam kristal tunggal logam. Oleh itu, apabila bunyi merambat dalam arah tertentu, SZ muncul dalam kristal. kakf-tion mag. padang. Mengukur pergantungan S. z. daripada mag. medan adalah sensitif. Dalam piezoelektrik Dan ferroelektrik kehadiran elektromekanikal Fenomena serupa diperhatikan dalam bahan magnetostrictive, di mana kehadiran sambungan magnetoelastik membawa, sebagai tambahan, kepada kemunculan pergantungan yang ketara pada SZ. daripada tegangan magnet medan disebabkan oleh kesan-m, E daripada magnitud medan magnet. padang N. PerubahanC. h. dengan pertumbuhan N boleh mencapai beberapa. peratus (kadang-kadang sehingga puluhan peratus). Pergantungan yang sama S. z. daripada ketegangan elektrik medan diperhatikan dalam ferroelektrik. Apabila bertindak secara statik mohanich. Dalam pepejal bersempadan, sebagai tambahan kepada gelombang membujur dan melintang, terdapat jenis gelombang lain. Oleh itu, di sepanjang permukaan bebas badan pepejal atau di sepanjang sempadannya dengan medium lain, mereka merambat gelombang akustik permukaan, kelajuannya kurang daripada kelajuan gelombang badan ciri-ciri bahan tertentu. Untuk plat, rod dan bahan akustik pepejal lain. pandu gelombang adalah ciri gelombang biasa, kelajuan yang ditentukan bukan sahaja oleh sifat-sifat bahan, tetapi juga oleh geometri badan. Jadi, sebagai contoh, S. z. untuk gelombang longitudinal dalam rod dengan st, dimensi melintang yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang bunyi, berbeza daripada S. z. dalam persekitaran yang tidak terhad dengan l(Jadual 3):

Kaedah pengukuran C. Pembelauan cahaya oleh ultrasound). Naib. relatif ketepatan. pengukuran tertib 10 -5% (contohnya, semasa mengkaji pergantungan Dengan suhu atau magnet medan atau kepekatan kekotoran atau kecacatan).

Ukuran S. z. digunakan untuk mentakrifkan jamak. sifat jirim, seperti akustik molekul). Penentuan perubahan kecil dalam S. z. adalah sensitif. kaedah menetapkan kekotoran dalam gas dan cecair. Dalam pepejal, ukurannya ialah C. Lit.: Landau L. D., L i f sh i c E. M., Theory of Elasticity, 4th ed., M., 1987; mereka, Hydrodynamics, ed. ke-4, M., 1988; Bergman L., Ultrasound dan aplikasinya dalam sains dan teknologi, trans. dari Jerman, ed. ke-2, M., 1957; MikhailovI. G., Solovyov V. A., Syrnikov Yu P., Asas akustik molekul, M., 1964; Jadual untuk mengira kelajuan bunyi dalam air laut, L., 1965; Akustik fizikal, ed. W. Mason, terj. daripada Bahasa Inggeris, vol 1, bahagian A, M., 1966, ch. 4;t. 4, bahagian B, M., 1970, ch. 7; Kolesnikov A.E., Pengukuran ultrasonik, ed. ke-2, M., 1982; T r u e l l R., E l b a u m Ch., Ch i k B., Kaedah ultrasonik dalam fizik keadaan pepejal, trans. daripada English, M., 1972; Akustik, A. L. Polyakova.

Ensiklopedia fizikal. Dalam 5 jilid. - M.: Ensiklopedia Soviet.

Ensiklopedia Soviet yang Hebat Kelajuan perambatan gelombang bunyi dalam medium. Dalam gas kelajuan bunyi kurang daripada cecair, dan dalam cecair ia kurang daripada dalam pepejal (dan untuk gelombang ricih kelajuan sentiasa kurang daripada untuk gelombang membujur). kelajuan bunyi dalam gas dan wap dari... ...

Kamus Ensiklopedia Besar kelajuan bunyi