Неразрушающий контроль Воскресенье, 20.08.2017, 20:12
Приветствую Вас Гость | RSS
Меню сайта

Категории каталога
Акустический контроль [5]
Вихретоковый контроль [1]
Другие методы контроля [0]
Разное [6]
Разные материалы, в т.ч. добавленные посетителями сайта

Наш опрос
Оцените наш сайт
Всего ответов: 289

Главная » Статьи » Разное

Скорость звука

Скорость звука (С.З.) - скорость распространения какой-либо фиксированной фазы звуковой волны; называется также фазовой скоростью, в отличие от групповой скорости. С.З. обычно величина постоянная для данного вещества при заданных внешних условиях и не зависит от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда это не выполняется и С.З. зависит от частоты, говорят о дисперсии звука.
Для газов и жидкостей, где звук распространяется обычно адиабатически (т. е. изменение температуры, связанное со сжатиями и разряжениями в звуковой волне, не успевает выравниваться за период), выражение для С.З. можно представить, как:

где Кад адиабатический модуль объёмного сжатия, p — плотность, ßад — адиабатическая сжимаемость, ßиз = yßадизотермическая сжимаемость, y= cp/cv отношение теплоёмкостей при постоянном давлении cp и при постоянном объёме cv.

В идеальном газе С.З.:

(формула Лапласа), где p0— среднее давление в среде, R — универсальная газовая постоянная, Т — абсолютная температура, µ — молекулярный вес газа. При y= 1 получаем формулу Ньютона для С.З., соответствующую предположению об изотермическом характере процесса распространения. В жидкостях обычно можно пренебречь различием между адиабатическим и изотермическим процессами.

С.З. в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, как правило, чем в твёрдых телах, поэтому при сжижении газа С.З. возрастает. В табл. 1 и 2 приведены значения С.З. для некоторых газов и жидкостей, причём в тех случаях, когда имеется дисперсия С.З., приведены её значения для малых частот, когда период звуковой волны больше, чем время релаксации.

Табл. 1. — Скорость звука в газах при 0 °C и давлении 1 атм

Газ
Скорость,
м/сек
Азот
334
Кислород
316
Воздух
331
Гелий
965
Водород
1284
Метан
430
Аммиак
415

С.З. в газах растет с ростом температуры и давления; в жидкостях С.З., как правило, уменьшается с ростом температуры. Исключением из этого правила является вода, в которой С.З. увеличивается с ростом температуры и достигает максимума при температуре 74 °С, а с дальнейшим ростом температуры уменьшается. В морской воде С.З. зависит от температуры, солёности и глубины, что определяет ход звуковых лучей в море и, в частности, существование подводного звукового канала.

Табл. 2. — Скорость звука в жидкостях при 20 °С

Жидкость
Скорость,
м/сек
Вода
1490
Бензол
1324
Спирт этиловый
1180
Четырёххлористый углерод
920
Ртуть
1453
Глицерин
1923

С.З. в смесях газов или жидкостей зависит от концентрации компонентов смеси.

С.З. в изотропных твёрдых телах определяется модулями упругости вещества и его плотностью. В неограниченной твёрдой среде распространяются продольные и сдвиговые (поперечные) волны, причём фазовая С.З. для продольной волны равна

а для сдвиговой

где Е — модуль Юнга, G — модуль сдвига, v — коэффициент Пуассона, К — модуль объёмного сжатия. Скорость распространения продольных волн всегда больше, чем скорость сдвиговых волн (см. табл. 3).

Табл. 3. — Скорость звука в некоторых твердых телах.

Материал
cl, м/сек,
скорость
продольной
волны
ct, м/сек,
Скорость
сдвиговой
волны
clст, м/сек,
скорость
звука в
стержне
Кварц плавленый
5970
3762
5760
Бетон
4200—5300


Плексиглас
2670—2680
1100—1121
1840—2140
Стекло, флинт
3760—4800
2380—2560
3490—4550
Тефлон
1340


Эбонит
2405

1570
Железо
5835—5950

2030
Золото
3200—3240
1200
2030
Свинец
1960—2400
700—790
1200—1320
Цинк
4170—4210
2440
3700—3850
Никель
5630
2960
4785—4973
Серебро
3650—3700
1600—1690
2610—2800
Латунь Л59
4600
2080
3450
Вольфрам
5174
2842
Гранит
5400
Дерево (дуб,
вдоль волокна)
4100
Дерево (сосна,
вдоль волокна)
3600
Дюралюминий
6400
3120
Кварц кристал.
(X–срез)
5720
5440
Медь
(отожженная)
4720
3790
Мрамор
3810
Олово
3320
2730
Полистирол
2350
1120
Полиэтилен
2000
Стекло крон
5260–6120
3050–3550
4710–5300
Стекло флинт
3760–4800
3490–4550
Сталь
инструментальная
5900–6100
5150
Сталь
нержавеющая
5740
3092
Алюминиевый
сплав АМГ
632031905200

В монокристаллических твёрдых телах С.З. зависит от направления распространения волны относительно кристаллографических осей. Во многих веществах С.З. зависит от наличия посторонних примесей. В металлах и сплавах С.З. существенно зависит от обработки, которой был подвергнут металл: прокат, ковка, отжиг и т. п.

Измерение С.З. используется для определения многих свойств веществ. Измерение малых изменений С.З. является чувствительным методом определения наличия примесей в газах и жидкостях. В твёрдых телах измерения С.З. и её зависимость от разных факторов позволяют исследовать зонную структуру полупроводников, строение Ферми поверхностей в металлах и пр. Ряд контрольно-измерительных применений ультразвука в технике основан на измерениях С.З.

Всё вышеизложенное относится к распространению звука в сплошной среде, т. е. С.З. является макроскопической характеристикой среды. Реальные вещества не являются сплошными; их дискретность приводит к необходимости рассмотрения упругих колебаний др. типов. В твёрдом теле понятие С.З. относится только к акустической ветви колебаний кристаллической решётки.

Литература

1. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1953;
2. Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964;
3. Колесников А. Е., Ультразвуковые измерения, М., 1970; Исакович М. А., Общая акустика, М., 1973.

Категория: Разное | Добавил: Admin (16.09.2008)
Просмотров: 2596 | Комментарии: 1 | Рейтинг: 4.0/1 |
Всего комментариев: 1
1  
Для расчета скорости звука есть отличный онлайн калькулятор http://allcalc.ru/node/275

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Форма входа

Поиск

Полезные ссылки
Свободная энциклопедия

Электронная библиотека книг

БФ Ромашка: эти дети хотят ЖИТЬ!

Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Copyright Donchenko.A © 2017