к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Дисперсия звука

Дисперсия звука (дисперсия скорости звука) - зависимость фазовой скорости гармонич. звуковых волн от частоты. В широком смысле это понятие применяется и к др. типам упругих волн. Д. з. обусловливает различие между фазовой и групповой скоростью звука, а также изменение формы огибающей импульса акустического при его распространении на большое расстояние (напр., в гидроакустике, атм. акустике и геоакустике). В нелинейной среде (см. Нелинейная акустика)Д. з. приводит к нарушению волнового синхронизма между исходной волной и генерируемыми ею гармониками, в результате чего замедляется переход звуковой энергии в высшие гармоники, уменьшается затухание исходной волны и замедляется или подавляется образование ударных волн.

Различают два осн. вида Д. з.: релаксационную, обусловленную эффектами упругого последействия в веществе, в к-ром распространяется звуковая волна (см. Релаксация акустическая ),и дисперсию нормальных волн, обусловленную волноводным характером их распространения. Релаксац. Д. з. всегда сопровождается избыточным поглощением звука, к-рое связано с Д. з. Крамерса - Кронига соотношением. Дисперсия нормальных волн с поглощением не связана и характерна для волновода акустического, в к-ром распространяется нормальная волна. Изучение релаксац. Д. з. н сопровождающего её поглощения (т. н. акустическая спектроскопия) - важнейший метод исследования разнообразных процессов в веществе, обусловливающих явление упругого последействия; наблюдение этих процессов неакустич. методами затруднительно, а зачастую и невозможно.

В однородных средах Д. з. обусловлена релаксац. процессами, идущими на молекулярном уровне локально, т. е. в каждом элементе среды, независимо от др. элементов. В микронеоднородных средах, где размер неоднородностей l и расстояния между ними малы по сравнению с длиной звуковой волны 1119933-166.jpg (напр., взвеси, эмульсии, жидкости с газовыми пузырьками, поликристаллы - в области звуковых и УЗ-частот), могут иметь место и нелокальные релаксац. процессы, заключающиеся в обмене энергией между разнородными компонентами среды. Отставание изменения объёма, связанного с релаксац. процессом, от изменения давления в звуковой волне приводит к зависимости скорости звука с от отношения характерного времени процесса 1119933-167.jpg к периоду звуковой волны (от величины 1119933-168.jpg, где 1119933-169.jpg- частота звука). Эта зависимость и определяет релаксац. Д. з.

Кроме релаксац. Д. з. в микронеоднородных средах существует также пространственная Д. з., к-рая обусловлена зависимостью с от 1119933-170.jpg и, как и дисперсия нормальных волн, с поглощением не связана. Пространственная Д. з. наблюдается также в кристаллах на гиперзвуковых частотах, когда пространственная периодичность кристаллич. решётки приводит к пространственной дисперсии упругих свойств кристаллов (см. Кристаллоакустика)и обусловливает его акустич. активность - способность поворачивать плоскость поляризации волны (аналогично оптической активности). При более низких частотах этот эффект становится пренебрежимо мал.

Д. з. удалось рассчитать лишь для сравнительно небольшого числа релаксац. процессов, перечисленных ниже. Релаксация кнезеровского типа, обусловленная наличием в однородной среде дополнит. термодинамич. переменной 1119933-171.jpg, релаксирующей по закону 1119933-172.jpg1119933-173.jpg, где 1119933-174.jpg - равновесное значение 1119933-175.jpg, приводит (при малом 1119933-176.jpg) к след. зависимости с от 1119933-177.jpg:

1119933-178.jpg

К релаксации кнезеровского типа относятся: процесс перераспределения энергии между поступат. и внутр. степенями свободы молекул в газе; двусторонняя хим. реакция, идущая между компонентами смеси (газовой или жидкой); диссоциация солей в растворах; процесс перераспределения электронов, вызванный искажением ферми-поверхности звуковой волной в металлах; аналогичный процесс, вызванный искажением зон и изменением ширины запрещённой зоны в полупроводниках и т. д. С квантовой точки зрения, к кнезеровской релаксации приводит происходящее под влиянием звука изменение населённости энергетич. уровней в любых присутствующих в среде двухуровневых (многоуровневых) подсистемах.

Резонансная релаксация, наблюдаемая в области частот, близких к собств. частоте 1119933-179.jpg имеющихся в среде резонаторов той или иной природы, приводит к зависимости с от 1119933-180.jpg в виде

1119933-181.jpg

где 1119933-182.jpg - резонансная частота, с0 - скорость звука при 1119933-183.jpg , d - удвоенный коэф. затухания колебаний резонатора, 1119933-184.jpg, смакс и смин - макс. и мин. значения скорости. При квантовом подходе обычно считают, что резонансная релаксация имеет место в средах, включающих двухуровневые 1119933-185.jpg подсистемы любой природы, на частотах, близких к 1119933-186.jpg. Резонансная релаксация наблюдается как в однородных, так и в микронеоднородных средах. Она определяет Д. з., напр., в стёклах при низких темп-pax, в системе обладающих спином связанных частиц, помещённых в магн. поле, и в др. однородных средах. В микронеоднородных средах резонансная Д. з. наблюдается при включениях в виде резонаторов. Вода, содержащая пузырьки газа,- важный для гидроакустики пример такой среды. Скорость звука в жидкости с газовыми пузырьками определяется выражением (1) с 1119933-187.jpg и 1119933-188.jpg, где а - радиус пузырька, 1119933-189.jpg - плотность жидкости, 1119933-190.jpg - сжимаемости жидкости в газа, Ф - относительный объём, занятый пузырьками, к-рый считается достаточно малым. Др. примером микронеоднородной среды с включениями в виде резонаторов является кристалл, содержащий петли дислокаций, когда последние можно описать моделью струны, закреплённой на концах (т. н. Франка - Рида источники).

Релаксация, связанная с флуктуациями разл. термодинамич. величин, приводит к Д. з., особенно существенной вблизи критич. точек и фазовых переходов 2-го рода, где велики флуктуации параметра порядка, соответствующего данному фазовому переходу. Амплитуда этих флуктуации, время их рассасывания и радиус корреляции меняются под влиянием изменения давления и температуры в звуковой волне, причём новое распределение флуктуации запаздывает по отношению к изменению давления, что и приводит к Д. з. и избыточному поглощению. Выражения для Д. з. зависят от того, каким ур-нием описывается процесс рассасывания флуктуации. Д. з. в этом случае сильно зависит от близости к температуре перехода.

Характерный для микронеоднородных сред релаксац. процесс, состоящий в выравнивании значений некрой дополнит. термодинамич. переменной1119933-191.jpg (принимающей разл. значения в среде и включениях при изменении давлений в звуковой волне) путём диффузии (теплопроводности) через границы включений, приводит к след. зависимости с от 1119933-192.jpg:

1119933-193.jpg

где

1119933-194.jpg,

i - мнимая единица, 1119933-195.jpg , а - радиус включений (сферических), D - коэфф. диффузии (температуропроводности). Выражение (2) определяет: Д. з. в эмульсиях, обусловленную выравниванием разности температур между их компонентами; аналогичную Д. з. в поликристаллах; Д. з. в сильновязких жидкостях. Последнюю можно представить как двухфазную среду, состоящую из неупорядоченной жидкости и помещённых в неё упорядоченных областей, степень порядка в к-рых характеризуется величиной 1119933-196.jpg, имеющей смысл концентрации дырок Френкеля (аналог вакансий в кристаллах). При изменении давления меняется равновесное значение 1119933-197.jpg в упорядоченных областях, что и приводит к диффузии дырок через их границы. Запаздывание этого процесса относительно изменения фазы звуковой волны и приводит к Д. з. Подобным выражением описывается Д. з. во взвесях, связанная с отставанием тяжёлых частиц от жидкости при движении последней в звуковой волне; возбуждаемые при этом частицами вязкие волны постепенно передают им импульс от жидкости; запаздывание этого процесса обмена импульсом и приводит к указанной Д. з.

В узком смысле Д. з. иногда наз. дисперсионный скачок скорости звука 1119933-198.jpg , где 1119933-199.jpg - значения скорости звука при 1119933-200.jpg и 1119933-201.jpg. Величина 1119933-202.jpg для разл. релаксац. процессов приведена в табл.

Дисперсионные скачки скорости для некоторых веществ

Вещество

Темп-ра, оС

1119933-203.jpg , %

Газы:



СО2

23

4

CS2

300

7

Маловязкие жидкости:



Бензол

20

10

Сероуглерод

20

9

Четырёххлористый углерод

20

12

Анилин

22

9

Нитробензол

20

6

Сильновязкие жидкости:



Глицерин

-14

59

Бутандиол 1,3

-32,2

37

Триацетин

-40

51

В2О3

494

~200

Электролиты (водные растворы с концентрацией 0,2 моль/л):



CoSO4

24,8

0,22 *

ZnSO4

20

0,26 *

Al2(SO4)3

25

0,82 *

* Значения соответствуют сумме дисперсионных скачков для релаксац. процессов с частотами выше 1 мГц.

Д. з., обусловленная волноводным характером распространения, имеет место при распространении звука в стержнях, пластинах, волноводах и т. д. Так, при распространении звука в волноводе с абсолютно жёсткими стенками скорость нормальной волны номера n выражается след. ф-лой:

1119933-204.jpg

где с - скорость звука в свободном пространстве, l - ширина волновода, 1119933-205.jpg - волновое число, n=1,2,3... При критич. частоте, определяемой из условия 1119933-206.jpg, скорость бесконечна; ниже критич. частоты распространение данной нормальной волны прекращается, сменяясь экспоненциальным спадом амплитуды колебаний, происходящих в этом случае синфазно вдоль волновода.

Литература по дисперсии звука

  1. Исакович M. А., Общая акустика, M., 1973;
  2. Кельберт M. Я., Чабан И. А., Релаксация и распространение импульсов в жидкостях, "Изв. АН СССР, сер. Механика жидкости и газа", 1986, в. 5, с. 153;
  3. Hunklinger S., Arnold W., Ultrasonic properties of glasses at law temperatures, в кн.: Physical acoustics, v. 12, N.Y.- L., 1976.

M. А. Исакович, И. А. Чабан

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что, как ни тужатся релятивисты, CMB (космическое микроволновое излучение) - прямое доказательство существования эфира, системы абсолютного отсчета в космосе, и, следовательно, опровержение Пуанкаре-эйнштейновского релятивизма, утверждающего, что все ИСО равноправны, а эфира нет. Это фоновое излучение пространства имеет свою абсолютную систему отсчета, а значит никакого релятивизма быть не может. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution