Физические основы ультразвука

Транспорт сегодня » Информационные системы автомобиля » Физические основы ультразвука

Страница 1

Ультразвук - упругие колебания и волны с частотами приблизительно от 1,5— 2 Ч104 Гц (15—20 кГц) и до 109 Гц (1 ГГц).

Таблица 3

Диапазон частот ультразвука

Тип ультразвука

Частота, Гц

Ультразвук

низких частот (УНЧ)

от 1,5Ч104 до 105

Ультразвук

средних частот (УСЧ)

от 105 до 107

Ультразвук

средних частот (УЗВЧ)

от 107 до 109

Гиперзвук

от 109 до 1012-13

Каждая из этих подобластей характеризуется своими специфическими особенностями генерации, приёма, распространения и применения.

По своей физической природе ультразвук представляет собой упругие волны и в этом он не отличается от звука. Частотная граница между звуковыми и ультразвуковыми волнами поэтому условна; она определяется субъективными свойствами человеческого слуха и соответствует усреднённой верхней границе слышимого звука. Однако благодаря более высоким частотам и, следовательно, малым длинам волн имеет место ряд особенностей распространения ультразвука. Так, для УЗВЧ длины волн в воздухе составляют 3,4Ч10-3—3,4Ч10-5 см, в воде 1,5Ч10-2—1,5 Ч10-4 см и в стали 5Ч10-2— 5Ч10-4 см. Ультразвук в газах и, в частности, в воздухе распространяется с большим затуханием. Жидкости и твёрдые тела (в особенности монокристаллы) представляют собой, как правило, хорошие проводники ультразвука, затухание в которых значительно меньше. Так, например, в воде затухание ультразвука при прочих равных условиях приблизительно в 1000 раз меньше, чем в воздухе. Поэтому области использования УСЧ и УЗВЧ относятся почти исключительно к жидкостям и твёрдым телам, а в воздухе и газах применяют только УНЧ. Ввиду малой длины волны ультразвука на характере его распространения сказывается молекулярная структура среды, поэтому, измеряя скорость ультразвука и коэффициент поглощения, можно судить о молекулярных свойствах вещества.[11]

Измерение скорости ультразвука в твердых телах, жидкостях и газах указывают на то, что скорость не зависит от частоты колебаний или длины звуковой волны, т.е. для звуковых волн не характерна дисперсия. В твердых телах могут распространяться продольные и поперечные волны, скорость распространения которых находят с помощью формул:

, (2.1)

, (2.2)

где Е – модуль Юнга, G – модуль сдвига в твердых телах. В твердых телах скорость распространения продольных волн почти в два раза больше чем скорость распространения поперечных волн.

В жидкостях и газах могут распространяться лишь продольные волны. Скорость звука в воде находят за формулой:

, (2.3)

где K- модуль объемного сжатия вещества.

В жидкостях при возрастании температуры скорость звука возрастает, что связано с уменьшением коэффициента объемного сжатия жидкости.

Для газов выведена формула, которая связывает их давление с плотностью:

, ( 2.4 )

впервые эту формулу для нахождения скорости звука в газах использовал И. Ньютон. Из формулы (2.4) видно, что скорость распространения звука в газах не зависит от температуры, она также не зависит от давления, поскольку при возрастании давления возрастает и плотность газа. Формуле ( 2.4 ) можно придать и более рациональный вид: на основе уравнения Менделеева – Клапейрона:

, (2.5)

тогда скорость звука будет равна:

, ( 2.6 )

Формула ( 2.6 ) носит название формулы Ньютона. Рассчитанная с ее помощью скорость звука в воздухе составляет при 273К 280 м/с. Реальная же экспериментальная скорость составляет 330 м/с. Этот результат значительно отличается от теоретического и причину этого установил Лаплас. Он показал, что распространение звука в воздухе происходит адиабатно. Звуковые волны в газах распространяются так быстро, что, что созданные локальные изменения объема и давления в газовой среде происходят без теплообмена с окружающей средой. Лаплас вывел уравнение для нахождения скорости звука в газах:

Страницы: 1 2

Информация по теме:

Неисправности аккумуляторной батареи
В процессе эксплуатации автомобиля в аккумуляторной батареи могут возникнуть следующие неисправности: Сульфатация пластин, ускоренный саморазряд, короткое замыкание, утечка электролита, окисление полюсных штырей. Сульфатация пластин. В результате систематического недозаряда, длительного хранения не ...

Геометрические параметры дозатора
Расчет и выбор параметров дозатора производят с целью обеспечения возможности формирования балластной призмы в соответствии с заданным типом верхнего строения пути. К геометрическим параметрам относят: параметры, определяющие расположение частей и элементов дозатора относительно рельсошпальной реше ...

Затраты по оплате труда
Изготовление установки осуществляется токарем 4 разряда, слесарем 5 разряда. Расчёт тарифной заработной платы приведён в таблице 3.4. Таблица 3.4 - Расчёт тарифной заработной платы Наименование работ Трудоёмкость чел-час Разряд Часовая тарифная ставка,руб. Тарифная заработная плата,руб. Токарные 4 ...

Разделы

Copyright © 2019 - All Rights Reserved - www.transpotrend.ru