Çeşitli maddelerde ses hızı. Farklı ortamlarda ses – Bilgi Hipermarketi

SES HIZI

SES HIZI

Profilinin şeklinin değişmemesi koşuluyla elastik bir ortamdaki hareketler. Harmonik dalganın hızına denir. ayrıca sesin faz hızı. Genellikle S. z, belirli bir dış koşullarla belirli bir ada için sabit bir değerdir. koşullar ve dalganın frekansına ve genliğine bağlı değildir. Farklı frekanslar için farklı olduğu durumlarda ses dağılımından bahsediyoruz.

Genellikle adyabatik olarak yayıldığı gazlar ve sıvılar için (yani, ses dalgasındaki sıkıştırma ve seyrekleşmeyle ilişkili sıcaklık değişiminin dönem boyunca eşitlenmesi için zaman yoktur), S. z. şu şekilde ifade edilir:

с=?(Kad/r)=?(1/bedr).

с=?(gp0/r)=?(gRT/m). (f-la Laplace),

burada g=Cp/Cv sabit basınç ve hacimdeki ısı kapasitelerinin oranıdır, p0 ortamdaki ortalamadır, R evrenseldir. , m - mol. gaz. S.z. gazlarda sıvılardan daha az ve sıvılarda kural olarak katılardan daha az. bu nedenle gaz sıvılaştırıldığında cisimler S. z. artışlar. S.z'nin değerleri aşağıdadır. (m/s) belirli gazlar ve sıvılar için ve ses dalgasının dağılımının olduğu durumlarda, ses dalgasının periyodu gevşemeden büyük olduğunda değerleri düşük frekanslar için verilmiştir.

0°C'DE VE 1 ATM BASINÇTA GAZLARDA SES HIZI

Azot......……... 334

Oksijen.............. 316

Hava........ … 331

Helyum...... 965

Hidrojen...... 1284

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

Amonyak.............. 415

S.z. gazlarda sıcaklık ve basınç arttıkça artar (oda sıcaklığında, 1°C sıcaklık değişimiyle havadaki güneş değerindeki bağıl değişim yaklaşık %0,17'dir). Sıvılarda güneş değeri genellikle artan sıcaklıkla birlikte birkaç derece azalır. m/s x 1°C;

20°C'DE SIVILARDA SES HIZI

Su........……………….. 1490

Benzen..........………………. 1324

Etanol........…………. 1180

Merkür...........…………………. 1453

Gliserin....……………….. 1923

Bu kuralın istisnası su, kesimde S. z. sıcaklığın artmasıyla artar ve 74°C sıcaklıkta maksimuma ulaşır ve sıcaklığın daha da artmasıyla azalır. Artan basınçla S.z. Suda 1 atm başına yaklaşık %0,01 oranında artar. Deniz suyunda N.z. sıcaklık, tuzluluk ve derinlik arttıkça artar ve bu da sesin seyrini belirler. Denizdeki ışınların, özellikle su altı ses kanalının varlığı.

S.z. Gaz veya sıvı karışımlarında karışım bileşenlerinin konsantrasyonuna bağlıdır.

S.z. izotropik TV'lerde. cisimlerin elastik modülü ve yoğunluğu ile belirlenir. Sınırsız TV'de. boyuna ve kayma (enine) dalgalar ortamda yayılır ve S.z fazı. boyuna bir dalga için şuna eşittir:

ve kesme için:

burada E Young modülü, G kayma modülü ve v katsayısıdır. Poisson, K - hacimsel sıkıştırma modülü. Boyuna dalgaların yayılma hızı her zaman kayma dalgalarının hızından daha yüksektir (tabloya bakınız). Televizyonda sınırlı organlar boyutlarda başka dalga türleri de vardır, örneğin. hızı cl ve ct'den daha azdır. Plakalarda, çubuklarda ve diğer katılarda. Hızı yalnızca maddenin özelliklerine göre değil aynı zamanda coğrafi konuma göre belirlenen dalga kılavuzları yayılır. vücut parametreleri. S.z. ince bir çubuktaki boyuna dalga için сl st = ?(E/r) eşittir. Monokristalde. televizyon cesetler S.z. kristalografiye göre dalganın yayılma yönüne bağlıdır. eksenler. S.z'nin birçok köyünde. yabancı yabancı maddelerin varlığına bağlıdır. Metallerde ve alaşımlarda S. z. önemli ölçüde maruz kaldıkları işleme (haddeleme, dövme, tavlama vb.) bağlıdır. Piezoelektrik ve ferroelektrikte S. z. sadece elastik modüller tarafından değil aynı zamanda piezoelektrik modüller tarafından da belirlenir ve ayrıca elektriksel gerilime de bağlı olabilir. alanlar.

BAZI KATI MADDELERDE SES HIZI

Ferromıknatıslarda S.z. manyetik gerilime bağlıdır. alanlar.

S.z'nin ölçümü. gazların ve sıvıların, katıların sıkıştırılabilirliği, Debye sıcaklığı vb. gibi dünyanın birçok özelliğini belirlemek için kullanılır. Güneş sistemindeki küçük değişikliklerin ölçülmesi. yavl. hissediyor. Gazlarda ve sıvılarda yabancı maddelerin varlığını belirleme yöntemi. Televizyonda ölçüm organları S.z. ve bunun çeşitli faktörlere bağımlılığı, yarı iletkenlerin bant yapısını, metallerdeki Fermi yüzeylerinin yapısını vb. incelemeyi mümkün kılar. Bir dizi kontrol ve ölçüm. Temel mühendislikte ultrason uygulamaları. S.z'nin ölçümleri üzerine.

Fiziksel ansiklopedik sözlük. - M .: Sovyet Ansiklopedisi. Genel Yayın Yönetmeni A. M. Prokhorov. 1983 .

SES HIZI

Elastik bir dalganın bir ortamda yayılma hızı. eksen yönünde X, ses basıncı Rşeklinde temsil edilebilir p = p(x - - ct), Nerede T- zaman. Düzlem uyumu için, dağılımsız ve SZ'li bir ortamda dalgalar. frekans w cinsinden ifade edilir ve k Floy c= w/k. Hız ile İle uyumlu bir şekilde yayılır dalgalar denir ayrıca faz S. z. Yayılma sırasında rastgele bir dalganın şeklinin değiştiği ortamlarda harmonik. dalgalar yine de şekillerini korurlar, ancak faz hızının farklı frekanslar, yani sesin dağılımı için farklı olduğu ortaya çıkar. Bu durumlarda kavram da kullanılır. grup hızı. Elastik dalganın büyük genliklerinde doğrusal olmayan etkiler ortaya çıkar (bkz. Doğrusal olmayan akustik), Harmonik olanlar da dahil olmak üzere herhangi bir dalgada bir değişikliğe yol açar: dalga profilinin her noktasının yayılma hızı, bu noktadaki basınca bağlıdır, artan basınçla artar, bu da dalga şeklinin bozulmasına yol açar.

Gazlarda ve sıvılarda ses hızı. Gazlarda ve sıvılarda ses, hacimsel sıkıştırma-boşalma dalgaları şeklinde yayılır. Yayılma süreci adyabatik olarak gerçekleşirse (ki bu kural olarak durumdur), yani. e. ses dalgasındaki sıcaklık değişiminin sonrasında bile dengelenmesi için zaman yoktur. 1 / 2 , dönemde, ısıtılmış (sıkıştırılmış) alanlardan gelen ısının soğuk (seyreltilmiş) alanlara geçme zamanı yoktur, o zaman S. z. eşittir , Nerede R - Bir maddedeki basınç onun yoğunluğudur ve indeks S türevin sabit entropide alındığını gösterir. Bu S.z. isminde adyabatik. S. için ifade

Nerede İLE cehennem - adyabatik. maddenin çok yönlü sıkıştırılma modülü, - adyabatik. sıkıştırılabilme, - izotermal sıkıştırılabilirlik, = - sabit basınç ve hacimde ısı kapasitelerinin oranı.

R = = 8,31 J/mol*K'nin evrensel gaz sabiti olduğu ideal bir gazda, T - abs. - gazın moleküler ağırlığı. Bu sözde l a p l a s o v a S.z. Bir gazda, moleküllerin ortalama termal hareket hızı ile büyüklük sırasına göre çakışır. Değere yeni S.z. denir, S.z'yi belirler. izotermalde çok düşük frekanslarda gerçekleşebilen yayılma süreci. Çoğu durumda S.z. Laplace değerine karşılık gelir.

S.z. gazlarda sıvılardan daha az ve sıvılarda kural olarak daha az, Belirli bir sıcaklıkta ideal gazlarda S. z. basınca bağlı değildir ve sıcaklık arttıkça artar. S.z'nin değişimi. eşittir , burada ve değerlerine kıyasla küçük hız ve sıcaklık artışlarıdır İle Ve T. Oda sıcaklığında bununla ilgilidir. S.z'deki değişiklik. havada 1 K başına yaklaşık %0,17'dir. Sıvılarda güneş değeri genellikle artan sıcaklıkla azalır ve değişimi örneğin aseton için -5,5 m/s*K, etil alkol için -3 ,6'dır. m/s * K. Bu kuralın istisnası kesimdeki sudur. H. oda sıcaklığında sıcaklık arttıkça 2,5 m/s*K artar, Masa 1- Bazı gazlarda °C'de ses hızı*

* Hız değerleri normal basınç için verilmiştir.

Masa 2- Bazı sıvılarda 20 °C'de ses hızı

Deniz suyunda N.z. sıcaklığa, tuzluluğa ve derinliğe bağlıdır. Bu bağımlılıklar karmaşıktır. S. z'yi hesaplamak için. denizde ampirik verilere göre hesaplanan tablolar kullanılmaktadır. Sıcaklık, basınç ve bazen tuzluluk derinlikle birlikte değiştiği için kuzeybatı okyanusta derinliğin bir fonksiyonudur c(z). Bu bağımlılık, okyanustaki ses yayılımının doğasını önemli ölçüde belirler (bkz. Hidroakustik).Özellikle varlığını belirler. su altı ses kanalı, Eksenin konumu ve diğer özellikler yılın zamanına, günün saatine, coğrafyaya ve konuma bağlıdır.

Sıvılaştırılmış gazlarda S. z. aynı sıcaklıkta artar: örneğin, -195 ° C sıcaklıkta gaz halindeki gazda 176 m/s'ye, aynı sıcaklıkta 859 m/s sıvı nitrojende, -269 ° sıcaklıkta gaz ve sıvı helyumda eşittir. Sırasıyla 102 m/s ve 198 m/s.

S.z. Gaz veya sıvı karışımlarında bileşenlerin konsantrasyonuna bağlıdır. bir karışımın, konsantrasyonları dikkate alınarak bileşenlerin moleküler ağırlıklarına göre belirlenen bir karışım olarak alındığı. Sıvı karışımlarda S.z'nin bağımlılığı. bileşenlerin konsantrasyonundan, moleküller arası etkileşimlerin türüyle ilişkili olan oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir. Böylece belirli bir konsantrasyondaki alkol-su ve asit-su karışımlarında S.z'nin maksimum S. ölçümü vardır. Karışımların ve çözeltilerin bileşenlerinin konsantrasyonunu belirlemek ve kontrol etmek için kullanılabilir.

Sıvı helyumda S.z. sıcaklığın azalmasıyla artar. Süperakışkan duruma faz geçişi sırasında, bağımlılık eğrisi C'de bir bükülme ortaya çıkar. H. sıcaklığa bağlı olarak.

Çok atomlu gazlarda ve hemen hemen tüm sıvılarda bir C dağılımı vardır. z. ve sıvılarda yüksek ultrasonik ve hipersonik frekanslarda kendini gösterir.

Kauçuklarda, polimerlerde ve kauçuklarda S. z. kimyaya bağlıdır. makromoleküllerin bileşimi ve paketleme yoğunluğu ve artan frekansla birlikte artar; daha düşük yoğunluklu ve S.z olan bu tip malzemelerde. daha az, örneğin. silikon kauçukta C. Katılarda ses hızı. Boyuna ve kayma (enine) elastik dalgalar sınırsız bir katı ortamda yayılır. İzotropik bir katıda, boyuna bir dalganın faz hızı

kayma dalgası için

Nerede E- Gencin modülü, G- kayma modülü, - katsayısı Poisson, İLE - hacimsel sıkıştırma modülü. Boyuna dalgaların yayılma hızı her zaman kayma dalgalarının hızından daha yüksektir ve bu ilişki genellikle sağlanır. Değerler ben ile Ve c t belirli izotropik katılar için tabloda verilmiştir. 3.

Masa 3 -Bazı izotropik katılarda ses hızı

Monokristallerde S. z. kristaldeki dalga yayılımının yönüne bağlıdır (bkz. Kristal akustik). Tamamen boyuna ve tamamen enine dalgaların yayılmasının mümkün olduğu yönlerde genel olarak bir değer vardır. ben ile ve iki anlam c t. Eğer değerler c t farklıysa, karşılık gelen dalgalar bazen çağrılır. hızlı ve yavaş enine dalgalar. Genel durumda, bir kristaldeki dalga yayılımının her yönü için, elastik modüller ve salınım vektörlerinin karşılık gelen kombinasyonları tarafından belirlenen, farklı yayılma hızlarına sahip üç karışık dalga olabilir. çoğul olarak maddeler S.z. yabancı yabancı maddelerin varlığına bağlıdır. Yarı iletkenlerde ve dielektriklerde S. z. yabancı maddelerin konsantrasyonuna duyarlı; Bu nedenle, bir yarı iletken, akım taşıyıcılarının sayısını artıran bir yabancı madde ile katkılandığında, S.z. artan konsantrasyonla azalır; artan sıcaklıkla S. z. biraz artar.

Metallerde ve alaşımlarda S. z. önemli ölçüde önceki mekanik ve ısıl işlemlere bağlıdır: haddeleme, dövme, tavlama vb. Bu fenomen kısmen, varlığı SZ'yi de etkileyen dislokasyonlarla ilişkilidir.

Masa 4 - Bazı tek kristallerde ses hızı

Metallerde kural olarak S. z. artan sıcaklıkla azalır. Metal süperiletken duruma geçtiğinde bağımlılığın doğası farklıdır: miktar ds/dT geçiş noktasında işaret değişir. Güçlü manyetik alanlarda, S.z'ye bağlı olarak belirli efektler görünür. mag'dan. Bir metalin tek bir kristalindeki elektronların davranışının özelliklerini yansıtan alanlar. Böylece ses belirli yönlerde yayıldığında kristalde SZ'ler belirir. kakf-tion mag. alanlar. S.z'nin bağımlılığının ölçülmesi. mag'dan. alanlar hassastır. Piezoelektrikte Ve ferroelektrik elektromekanik varlığı Benzer bir olay şuralarda da görülüyor: manyetostriktif malzemeler, manyetoelastik bir bağlantının varlığının ek olarak SZ'ye gözle görülür bir bağımlılığın ortaya çıkmasına yol açtığı yer. manyetik gerilimden m etkisinden dolayı alan, manyetik alanın büyüklüğünden E. alanlar N. DeğişikliklerC. H. büyüme ile N birkaçına ulaşabilir. yüzde (bazen yüzde onlarcaya kadar). S.z'nin aynı bağımlılığı. elektrik geriliminden Ferroelektriklerde alan gözlenir. Statik olarak hareket ederken mohanich. Sınırlı katılarda boyuna ve enine dalgalara ek olarak başka dalga türleri de vardır. Böylece katı bir cismin serbest yüzeyi boyunca veya başka bir ortamla olan sınırı boyunca yayılırlar. yüzey akustik dalgaları, hızı, belirli bir malzemenin vücut dalgalarının karakteristiğinin hızından daha az olan. Plakalar, çubuklar ve diğer katı akustik malzemeler için. dalga kılavuzları karakteristiktir normal dalgalar, hızı yalnızca maddenin özelliklerine göre değil aynı zamanda vücudun geometrisine göre de belirlenir. Yani örneğin S.z. Enine boyutları S. z'den farklı olarak ses dalga boyundan çok daha küçük olan eklemli bir çubuktaki uzunlamasına bir dalga için. sınırsız bir ortamda ben ile(Tablo 3):

Ölçüm yöntemleri C. Işığın ultrasonla kırınımı). Naib. doğruluk göreceli. % 10 -5 düzeyindeki ölçümler (örneğin, bağımlılığı incelerken) İle sıcaklık veya manyetik alanlar veya yabancı maddelerin veya kusurların konsantrasyonu).

S.z'nin ölçümleri. Çoğulları tanımlamak için kullanılır. moleküler akustik gibi maddenin özellikleri). S. z'deki küçük değişikliklerin belirlenmesi. hassastır. Gaz ve sıvılardaki yabancı maddeleri sabitleme yöntemi. Katılarda ölçüm C'dir. Aydınlatılmış.: Landau L.D., L i f sh i c E.M., Theory of Elasticity, 4. baskı, M., 1987; onları, Hydrodynamics, 4. baskı, M., 1988; Bergman L., Ultrasonlar ve bilim ve teknolojideki uygulamaları, çev. Almanca'dan, 2. baskı, M., 1957; Mikhailov I. G., Solovyov V. A., Syrnikov Yu., Moleküler akustiğin temelleri, M., 1964; Deniz suyunda ses hızının hesaplanmasına yönelik tablolar, L., 1965; Fiziksel akustik, ed. W. Mason, çev. İngilizceden, cilt 1, bölüm A, M., 1966, bölüm. 4;t. 4, bölüm B, M., 1970, bölüm. 7; Kolesnikov A.E., Ultrasonik ölçümler, 2. baskı, M., 1982; T r u e l R., Elba um Ch., Chik B., Katı hal fiziğinde ultrasonik yöntemler, çev. İngilizce'den, M., 1972; Akustik, A. L. Polyakova.

Fiziksel ansiklopedi. 5 cilt halinde. - M .: Sovyet Ansiklopedisi. Büyük Sovyet Ansiklopedisi

Ses dalgalarının bir ortamda yayılma hızı. Gazlarda sesin hızı sıvılardan daha azdır ve sıvılarda katılardan daha azdır (ve kayma dalgaları için hız her zaman boyuna olanlardan daha azdır). Gaz ve buharlardaki ses hızı... ... Büyük Ansiklopedik Sözlük

ses hızı- akustik dalgaların yayılma hızı 1. Elastik bir dalganın bir ortamda yayılma hızı. Birim m/s 2. Dağıtıcı olmayan bir malzemedeki akustik dalganın belirli bir yayılma yönü için faz veya grup hızı. )