ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА


ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА
ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА

       
явление необратимого перехода энергии звуковой волны в др. виды энергии и, в частности, в теплоту. Характеризуется коэфф. поглощения а, к-рый определяется как обратная величина расстояния, на к-ром амплитуда звуковой волны уменьшается в е=2,718 раз. Коэфф. a выражается в см-1, т. е. в неперах на 1 см или же в децибелах на 1 м (1 дБ/м=1,15•10-3 см-1). П. з. характеризуется также коэфф. потерь e=al/p (где l — длина волны звука) или добротностью Q=1/e. Величина al —«логарифмич. декремент затухания.
При распространении звука в среде, обладающей вязкостью и теплопроводностью,
ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА1
где r — плотность среды, с — скорость звука в ней, w — круговая частота звуковой волны, т) и z — коэфф. сдвиговой и объёмной вязкости соответственно, c — коэфф. теплопроводности, Ср и Cv — теплоёмкости среды при пост. давлении и объёме. Если ни один из коэфф. h, z, c не зависит от частоты, что часто выполняется на практике, то a=w2. Величина a/f2, где f=w/2p, явл. xap-кой в-ва, определяющей П. з. Она, как правило, в жидкостях меньше, чем в газах, а в тв. телах для продольных волн меньше, чем в жидкостях. Напр., в воздухе при норм. давлении для частот от 100 до 400 кГц a/f2=3,0•10-13 см-1с2, а в воде в диапазоне частот от 0,1 до 1000 кГц a/f2=3,5•10-16 см-1с2.
Если при прохождении звука нарушается равновесное состояние среды, П. з. оказывается значительно большим, чем определяемое по ф-ле (1). Такое П. з. наз. релаксационным (см. РЕЛАКСАЦИЯ АКУСТИЧЕСКАЯ) и описывается ф-лой
ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА2
где т — время релаксации, с0 и с?— скорости звука при wt<-1 и при wt>1 соответственно. В этом случае П. з. сопровождается дисперсией звука.
В газах теплопроводность и сдвиговая вязкость дают в П. з. вклад одного порядка величины. П. з. зависит от давления в газе, поскольку частота релаксации с понижением давления падает. В жидкостях П. з. в основном определяется вязкостью, а вклад теплопроводности пренебрежимо мал. В большинстве жидкостей для П. з. существенны релаксац. процессы. Частота релаксации в жидкостях, т. е. величина wр=1/t, как правило, очень велика и область релаксации оказывается лежащей в диапазоне высоких УЗ-вых и гиперзвуковых частот. Коэфф. П. з. обычно сильно зависит от темп-ры и от наличия примесей.
П. з. в тв. телах определяется в основном внутр. трением и теплопроводностью среды, а на высоких частотах и при низких темп-pax — разл. процессами вз-ствия звука с внутр. возбуждениями в тв. теле (фононами, электронами проводимости, спиновыми волнами и др.). Величина П. з. в тв. теле зависит от кристаллич. состояния в-ва (в монокристаллах П. з. обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов (примесей, дислокаций и др.), от предварит. обработки материала. В металлах, подвергнутых предварит. механич. обработке (ковке, прокатке и т. п.), П. з. часто зависит от амплитуды звука. Во многих тв. телах при не очень высоких частотах a=w, поэтому величина добротности не зависит от частоты и может служить хар-кой потерь материала. Самое малое П. з. при комнатных темп-pax было обнаружено в нек-рых диэлектриках, напр. в топазе, берилле a=15 дБ/см при f=9 ГГц, железоиттриевом гранате a=25 дБ/см при той же частоте. В металлах и полупроводниках П. з. всегда больше, чем в диэлектриках, поскольку имеется дополнит. поглощение, связанное с вз-ствием звука с эл-нами проводимости. В полупроводниках это вз-ствие может приводить к «отрицат. поглощению», т. е. к усилению звука при условии, что скорость дрейфа носителей заряда превышает скорость распространения звуковой волны (подробнее (см. АКУСТОЭЛЕКТРОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ)). С ростом темп-ры П. з., как правило, увеличивается. Наличие неоднородностей в среде приводит к увеличению П. з. В разл. пористых и волокнистых в-вах П. з. велико, что позволяет применять их для глушения звука и звукоизоляции. С увеличением интенсивности звука проявляется нелинейное П. з., к-рое зависит от амплитуды волны и обусловлено тем, что происходит передача энергии в высшие сильно поглощающиеся компоненты спектра волны.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА

- явление необратимогоперехода энергии звуковой волны в др. виды энергии, в основном в теплоту. <П. з. обычно характеризуется коэф. П. з.15059-11.jpgопределяемым как обратная величина того расстояния, на к-ром амплитудазвуковой волны спадает в е раз. Амплитуда плоской звуковой волны, <бегущей вдоль оси х, убывает с расстоянием как 15059-12.jpgа интенсивность - как 15059-13.jpgАмплитуда стоячей звуковой волны после выключения источника звука убываетсо временем как 15059-14.jpgгде с - скорость звука, t - время. Коэф. П. з. выражают вм -1, т. е. в неперах на метр или же в децибелах на метр (1 дБ/м= 0,115 Нп/м ). В гидроакустике часто пользуются единицей дБ/км. <П. з. можно характеризовать также коэф. потерь 15059-15.jpg (где 15059-16.jpg- длина звуковой волны) или добротностью Q= 1/15059-17.jpgВеличина 15059-18.jpgназ. логарифмич. декрементом затухания звука. При распространении звукав среде, обладающей сдвиговой и объёмной вязкостями и теплопроводностью, <коэф. П. з. для продольной волны равен

15059-19.jpg

где 15059-20.jpg- плотность среды,15059-21.jpg- круговая частота звуковой волны,15059-22.jpgи 15059-23.jpg - коэф. <сдвиговой и объёмной вязкости,15059-24.jpg- коэф. теплопроводности, с Р и с V -теплоёмкости среды при пост. давлении и объёме соответственно. В областинизких частот, где ни один коэф.15059-25.jpgне зависит от частоты, для характеристики П. з. часто пользуются величиной 15059-26.jpgк-рая в этом случае также не зависит от частоты и является параметром, <характеризующим свойства среды. Значение 15059-27.jpgкак правило, в жидкостях меньше, чем в газах, а в твёрдых телах меньше, <чем в жидкостях. Выражение (1) для 15059-28.jpgприменимотолько для звуковых волн малой амплитуды. П. з., обусловленное сдвиговойвязкостью и теплопроводностью, наз. классическим и характеризуется коэф.15059-29.jpg
Часть коэф. П. з., к-рая пропорц. объёмнойвязкости, связана с релаксац. процессами (см. Релаксация акустическая). Навысоких частотах коэф. объёмной вязкости начинает зависеть от частоты, <вследствие чего 15059-30.jpgимеет частотную зависимость, отличающуюся от 15059-31.jpgКоэф. П. з., связанный с релаксацией, имеет вид

15059-32.jpg

где 15059-33.jpg- время релаксации, с0 - скорость распространения звукапри малых частотах 15059-34.jpg15059-35.jpg- скорость звука при высоких частотах 15059-36.jpgПолный коэф. поглощения

15059-37.jpg

На низких частотах, т. е. при 15059-38.jpgкоэф. П. з. описывается ф-лой (1), где 15059-39.jpgВеличина 15059-40.jpgпри 15059-41.jpgрастётс увеличением частоты, а на частоте релаксации 15059-42.jpgимеет максимум (рис. 1).

15059-43.jpg

Рис. 1. Зависимость величины 15059-44.jpgот f/p для СО 2 при температуре 21°С.

Величина 15059-45.jpgпостоянная при 15059-46.jpgв области частот, близких к 15059-47.jpgуменьшается с ростом частоты, а при 15059-48.jpgстремится к нулю, причём 15059-49.jpgстремится к пост. величине 15059-50.jpgРелаксац. поглощение всегда сопровождается дисперсией звука.
Релаксация связана с разл. внутримолекулярнымии межмолекулярными процессами, происходящими в среде под действием УЗ, <поэтому анализ частотных и температурных зависимостей коэф. П. з. позволяетсудить об этих процессах. Частота релаксации 15059-51.jpgдля разных веществ может лежать как в ультразвуковой, так и в гиперзвуковойобласти; величина её зависит от темп-ры, давления, примесей др. веществи от др. факторов. Исследованием поглощения и скорости звука в зависимостиот частоты, темп-ры, давления, концентрации примесей и др. фпз. величинзанимается молекулярная акустика.

П. з. в газе. Теплопроводность исдвиговая вязкость в газах дают вклад в П. з. одного порядка величины. <Вклад объёмной вязкости и релаксац. процессов значителен для многоатомныхгазов, тогда как в одноатомных газах релаксац. процессы отсутствуют и 15059-52.jpgДанные о П. з. в нек-рых газах в УЗ-диапазоне частот приведены в табл.1.

Табл. 1. - Поглощение ультразвука вгазах

Газ
Частота f,кГц
Давление р, атм.
15059-53.jpgх 1011, м -1 с 2
эксперимент
теория (классическая)
Воздух ..........
132 - 400 1160
1,0 1,0
2,94-3,99 1,67
1,24
Углекислый газ......
304,4
0,98
27, 1
1,30
Водород .....
598,4
1,0
3,58
0,17
Окись азота
598,9
0,95
1,83
1,56
Кислород........
598,9
0,99
1,68
1,49
Аргон ...........
4250
1,0
1,9
1,9
Азот ............
598,9
0,97
1,35
1,3

Из табл. видно, что в ряде случаев измеренныезначения П. з. заметно превышают 15059-54.jpgЭто указывает на существенный вклад релаксац. процессов. П. з. в СО 2 довольно велико (рис. 1), напр., на частоте 50 кГц при комнатной темп-реи нормальном давлении величина 15059-55.jpg2х 10-3 м -1, т. е. волна затухает в е раз нарасстоянии 5 см.
В газах произведение П. з. на длину волны 15059-56.jpgпри заданной темп-ре зависит не только от частоты, но и от давления в газе р, т. <е. от отношения f/p, поскольку время релаксации в газах обратнопропорц. числу соударений молекул, а следовательно, давлению газа р.
В таких газах, как СО 2, CS2,CO и др., осн. вклад в П. з. даёт релаксац. процесс возбуждения колебат. <степеней свободы. В более сложных системах может иметь место как колебательная, <так и вращат. релаксация, причём обычно частоты релаксации этих процессовразличаются на неск. порядков.
Примеси посторонних газов заметно влияюткак на величину 15059-57.jpgтак и на 15059-58.jpgП. з. в воздухе зависит от его влажности (рис. 2). В воздухе на частотахниже 1 МГц осн. вклад в П. з. даёт колебат. релаксация молекул О 2 и Н 2. В сильно разреженных газах, т. е. при больших значенияхотношений f/p, когда длина волны звука становится сравнимой с длинойсвободного пробега молекул, для описания П. з. нужно пользоваться кинетич. <теорией газов.

15059-59.jpg

Рис. 2. Зависимость 15059-60.jpgввоздухе от относительной влажности при разных частотах.

При распространении звука в помещениях, <сосудах и трубах на П. з. в среде накладывается поглощение в пограничномслое, к-рое пропорц. величине 15059-61.jpgгде 15059-62.jpg -глубина проникновения вязкой волны. В малых объёмах поглощение в пограничномслое может оказаться преобладающим.

П. з. в жидкостях. П. з. в обычныхжидкостях в основном определяется вязкостью (как сдвиговой, так и объёмной).В большинстве жидкостей эксперим. значения коэф. П. з. существенно превышаютзначения, даваемые классич. теорией, что свидетельствует о большом вкладерелаксац. процессов. Релаксац. поглощение в жидкостях может быть обусловленоколебат. релаксацией, структурной релаксацией (ассоцииров. жидкости, поведениек-рых похоже на поведение воды), поворотно-изомерной релаксацией, диссоциациейрастворённых веществ в растворах электролитов и пр.
В жидкостях частота релаксации, как правило, <очень велика, поэтому область релаксации часто оказывается лежащей в диапазонегиперзвуковых частот. В этих случаях при 15059-63.jpgрелаксац. <процессы приводят к большим значениям 15059-64.jpgи существенным отклонениям от классич. значений 15059-65.jpg (табл.2), но качеств. характер частотной зависимости 15059-67.jpg~ f2 сохраняется до высоких УЗ-частот. Коэф. поглощенияв жидкостях обычно сильно зависит от темп-ры (рис. 3).

Табл. 2. - Теоретические и экспериментальныезначения поглощения ультразвука в жидкостях

Жидкость
Частота f,МГц
15059-66.jpgx 1015, м -1c2
эксперимент
теория (классическая)
Вода ..............
1-250
23
8,5
Ацетон .............
6 - 70
30
7,0
Толуол .............
1 - 75
80
7,8
Четырёххлористыйуглерод
1 - 100
500
20,0
Уксусная кислота...
1,5-67,5
9000- 158
17
Глицерин (30°С)....
22,3
2730
1600
Этиловый спирт.....
1 - 220
55
20
Ртуть ..............
21-996
12-13
10,3
Аргон (-187,8°С) ...
44,4
10,1
8,1

15059-68.jpg

Рис. 3. Зависимость 15059-69.jpgоттемпературы для жидкости (гексатриола) со структурной релаксацией: 1- для 3 МГц; 2 - для 22 МГц.

Температурные кривые поглощения имеют максимум, <величина и положение к-рого зависят от частоты: с увеличением частоты максимумсдвигается в сторону больших темп-р и величина 15059-70.jpgрастёт, что свидетельствует об увеличении времени релаксации при понижениитемп-ры.
П. з. в растворах электролитов связанос хим. релаксацией и диссоциацией растворённых веществ. П. з. в морскойводе довольно велико, оно заметно превышает поглощение в пресной воде. <Это связано с двумя релаксац. процессами и зависит от солёности и темп-рыморской воды: на частотах от 10 до 100 кГц преобладает поглощение, обусловленноерелаксацией солей сульфата магния, а на частотах ниже 10 кГц вклад в поглощениедаёт релаксация солей борной к-ты. На низких частотах (0,1 - 3 кГц) длярасчёта 15059-71.jpg морскойводы можно пользоваться приближённой эмпирич. ф-лой

15059-72.jpg

где f - частота в кГц,15059-73.jpg- в дБ/км. В области частот 5 - 60 кГц для качеств. оценок поглощения иногдапользуются зависимостью 15059-74.jpgгде частота f в кГц, а 15059-75.jpgв дБ/км. Измерение значения П. з. в море на НЧ часто заметно превышаютрасчётные (рис. 4). В жидкости с пузырьками газа П. з. имеет резонансныйхарактер. Добавка к коэф. П. з., обусловленная пузырьками газа, равна 15059-76.jpgдБ/длина, где N - число пузырьков в единице объёма,15059-78.jpg- сечение рассеяния одиночного пузырька. Для пузырьков одного размера срадиусом а

15059-79.jpg

где k - волновое число в жидкости,15059-80.jpg- величина, характеризующая потери в пузырьке газа. Резонансная частотапузырька с радиусом а равна
15059-83.jpgгде 15059-81.jpgдля газа, Р0 и 15059-82.jpg- давление и плотность жидкости. Отсюда видно, что когда частота звуковойволны совпадает с резонансной частотой пузырька, П. з. резко увеличивается.

15059-77.jpg

Рис. 4. Поглощение звука в морской воде:1- расчётное релаксационное поглощение; 2 - измеренные значения.

Полное поглощение в среде с пузырькамигаза представляет собой сумму коэф. поглощения для чистой жидкости и величины 15059-84.jpgВ высокополимерах, резинах и пластмассах П. з. сильно зависит от составаи структуры материала. В этих веществах определяющий вклад в П. з. вносятрелаксац. процессы, причём, как правило, имеется широкий спектр времёнрелаксации. Под действием УЗ-волны происходит сворачивание и разворачиваниеклубков молекул полимеров. Область релаксации для разных материалов можетлежать как в низкочастотном, так и в мегагерцевом диапазонах частот. Зависимость 15059-85.jpgот темп-ры имеет одни или неск. максимумов, положение к-рых зависит какот материала, так и от частоты звука. С ростом частоты положение максимумовсдвигается в сторону больших темп-р. Для вулканизир. резины прп частоте10 МГц имеется максимум прп темп-ре 15059-86.jpg40°С, в полистироле - при темп-ре порядка - 10 °С. Величина коэф. П. з. врезине прп f = 10 МГц составляет неск. сотен дБ/см.
Величина П. з. в веществах биол. происхожденияимеет большой разброс, т. к. зависит от способа приготовления образца, <условий и метода измерения. Нек-рые данные приведены в табл. 3 и на рис.5. В биол. тканях часто бывает трудно отделить истинное П. з. от др. механизмов, <приводящих к уменьшению амплитуды звука.

Табл. 3. - Поглощение ультразвука вбиологических средах

Биологическая

среда

15059-87.jpgсм -1
при f=1МГц
при f=ЗМГц
Кровь ...........
0,023
Жир ............
0,044 - 0,09
Кожа ...........
0,14 - 0,66
Хрящ ..........
0,58
Кость черепа.......
1,5-2,2
Лёгкое ...........
3,5-5

П. з. в твёрдых телах. В твёрдыхтелах П. з. различно для продольных и сдвиговых волн. Это связано как сразличием скорости звука для этих волн, так и с тем, что в П. з. для продольнойи сдвиговой волн могут давать вклад разл. механизмы. Для определения 15059-88.jpgв твёрдом теле, как правило, ф-лой (1) не пользуются, т. к. в этом случаеП. з. может определяться механизмами, не укладывающимися в простую схему, <на основании к-рой выведена эта ф-ла. П. з. в твёрдых телах вызываетсяв основном внутренним трением и теплопроводностью среды, а на ВЧ и принизких темп-pax -разл. процессами взаимодействия УЗ- и гиперзвуковых волнс возбуждениями в твёрдом теле, такими, как тепловые колебания решётки(фононы), электроны, спиновые волны и пр. На поглощение сдвиговых волнв однородных твёрдых телах теплопроводность и др. объёмные эффекты не влияют, <т. к. сдвиговые волны но связаны с изменением объёма.

15059-89.jpg

Рис. 5. Поглощение звука в тканях биологическогопроисхождения.

П. з. в твёрдом теле зависит от кристаллпч. <состояния вещества (в монокристаллах коэф. П. з. обычно меньше, чем в поликристаллах),от наличия дефектов и примесей, от предварит. обработки, к-рой был подвергнутматериал (для металлов - ковка, прокат, отжиг, закалка) и т. п. Внутр. <трение в кристаллах при комнатной темп-ре сильно зависит от наличия дислокаций. Поддействием звука в кристалле возникают переменные упругие напряжения, к-рыевозбуждают колебат. движения дислокаций. Взаимодействие этих колебанийс фононами решётки приводит к дополнит. П. з. Различаются три осн. механизмадислокац. П. з.: струнный, при к-ром дислокация рассматривается как струнадлиной l, закреплённая в двух точках и колеблющаяся под действиемзвука в вязкой среде (рис. 6, а); гнетерезисный, обусловленный отрывомдислокаций от их точек закрепления при больших амплитудах колебаний (рис.6, б, в); релаксационный, связанный с дефектами, возникающимив самом процессе деформации и проявляющийся гл. обр. в металлах с гранецентрир. <решёткой - меди, свинце, никеле и др.

15059-90.jpg

Рис. 6. Положение дислокационной линиипод действием механических напряжений в звуковой волне: а - струнадлиной l колеблется в вязкой среде; б и в - отрывдислокаций от точек закрепления при больших амплитудах механических напряжений.

Дислокац. П. з. зависит от амплитуды звуковойволны. Изучение дислокац. поглощения позволяет исследовать дислокац. структурукристалла и её изменения при различных внеш. воздействиях - нагревании, <ковке, прокате, ионизирующих излучениях и др.
Во мн. твёрдых телах прп не очень высокихчастотах коэф. П. з. изменяется пропорц. частоте и поэтому величина добротности . отчастоты не зависит. В табл. 4 приведены значения е - 1/Q для нек-рыхматериалов.

Табл. 4. - Поглощение ультразвука втвёрдых телах

Материал
Диапазон частот/
Коэффициент потерь104 х 15059-91.jpg
Тип волны
Плавленый кварц
5 - 19 МГц
0,225
сдвиговая
Алюминий поликристаллический.....
3,5 - 4,5 МГц3, 1 - 7,5 МГц
0,515 1,7
сдвиговая продольная
Свинец .........
1,6 - 15 кГц
280
продольная
1,0 - 8 кГц
290
сдвиговая
Стекло крон .....
4 - 7,5 МГц
2,38
сдвиговая
Нержавеющая сталь1X1 8Н9Т . . . . .
18 - 25 кГц
4,4
продольная
Титан ВТ1 ......
18 - 25 кГц
1,4
продольная
Mедь М2 ........
15059-92.jpg
5,2
продольная
Латунь Л59 ......
15059-93.jpg
2,4
продольная
Алюминиевый сплавАМГ .........
15059-94.jpg
3,0
продольная

Роль теплопроводности для продольных волнв однородном твёрдом теле идентична роли теплопроводности в жидкости игазе. Вклад теплопроводности составляет примерно половину от полного поглощенияв металлах, в к-рых велики коэф. теплового расширения и теплопроводности, <и всего лишь неск. процентов от полного поглощения в диэлектриках.
Другой механизм поглощения, также имеющийместо в большинстве веществ, связан с нелинейным взаимодействием звуковойволны и тепловых колебаний кристаллич. решётки, т. е. с взаимодействиемзвуковых и тепловых фононов. Такое П. з. поэтому часто наз. "решёточным"или "фононным". Оно проявляется на ВЧ в достаточно чистых и бездефектныхкристаллах. В зависимости от частоты и соотношения длины волны УЗ и длинысвободного пробега тепловых фононов в кристалле (определяемой темп-рой)рассматриваются разл. модели фононного поглощения. На сравнительно низкихчастотах действует т. н. механизм Ахиезера. Он заключается в том, что звуковаяволна, представляющая собой когерентный пучок фононов, нарушает равновесноераспределение тепловых фононов, и вызванное ею перераспределение энергиимежду фононами приводит к необратимому процессу диссипации энергии. Этотмеханизм имеет релаксац. характер, причём роль времени релаксации играетвремя жизни фонона, равное 15059-95.jpgгде l- длина свободного пробега фонона,15059-96.jpg- средняя скорость звука. В этом случае коэф. П. з.

15059-97.jpg

где 15059-98.jpg- постоянная Грюнайзена, Т - абс. темп-ра. Этот механизм П. з. даётвклад в поглощение как продольных, так и сдвиговых волн. Он является доминирующимпри комнатных темп-pax, при к-рых выполняется условие 15059-99.jpgВ области гиперзвуковых частот (1010 - 1011 Гц) ипри низких темп-pax, близких темп-ре жидкого гелия, когда 15059-100.jpg1,П. з. является результатом трёхчастичного взаимодействия когерентных звуковыхфононов с тепловыми: взаимодействие когерентного и теплового фононов приводитк появлению третьего, также теплового, фонона н, следовательно, с учётомзаконов сохранения энергии и импульса - к уменьшению звуковой энергии, <т. е. к П. з. Этот механизм поглощения наз. механизмом Ландау - Румера.
Решёточное П. з. является осн. механизмомпоглощения в чистых бездислокац. кристаллах диэлектриков, в к-рых др. механизмыпроявляются слабо. Такие кристаллы могут обладать очень малым коэф. П. <з.; так, весьма малое поглощение при комнатной темп-ре было обнаруженов топазе, берилле, сапфире (табл. 5). Температурная зависимость коэф. П. <з. в диэлектриках имеет характерный вид, показанный на рис. 7 для кристаллаА12 О 3.

Табл. 5. - Поглощение звука и некоторыхкристаллах

Кристалл
Направление распространения
Тип волны
Т, К
f,

ГГц

15059-101.jpgдБ/м
Кварц
ось X
продольная
300
1
500
15059-102.jpg
поперечная быстрая
300
1
500
15059-103.jpg
поперечная медленная
300
1
80
Сапфир
ось Z
продольная
300
1
50
ось С
15059-104.jpg
300
1
100
15059-105.jpg
15059-106.jpg
300
9
1,5- 103
Рутил
ось С
продольная
300
1
150
15059-107.jpg
15059-108.jpg
20
1
30
Железоиттрие-выйгранат
[100]
поперечная
300
1
34
15059-109.jpg
15059-110.jpg
300
9
2,5- 103
Алюмоиттрне-выйгранат
[100]
продольная
300
1
20
15059-111.jpg
15059-112.jpg
300
9
2,5-3,0 х 103
Берилл
ось С
продольная
300
9
1,5- 103
Ниобат лития
ось С
продольная
300
1
30
15059-113.jpg
15059-114.jpg
300
9,4
2,7 х 103

При темп-pax Т 15059-115.jpg10К коэф. П. з. не зависит от темп-ры; в интервале темп-р 20 - 100 К имеетсяобласть резкого возрастания коэф. П. з., где зависимость 15059-116.jpgот Т для разных кристалл ографич. ориентации изменяется от 15059-117.jpg~ Т4 до 15059-118.jpg~ Т9;при темп-рах выше 100 К коэф. П. з. вновь почти не зависит от Т. Такойход 15059-119.jpgможно объяснить соответствующей зависимостью для с V и 15059-120.jpgв ф-ле (3).

15059-121.jpg

Рис. 7. Зависимость 15059-122.jpgв монокристалле А12 О 3 от темп-ры для продольных исдвиговых ультразвуковых волн с частотой 1 ГГц, распространяющихся вдольоси С.
П. з. в монокристаллах зависит от направленияраспространения волны относительно кристаллографии, осей и от наличия примесей. <Последние могут не только изменять величину коэф. П. з., но и влиять нахарактер его зависимости от Т. Напр., в кварце наличие примесейприводит к появлению пиков на зависимости 15059-123.jpgКоэф. П. з. в синтетич. кварце при нек-рых темп-pax может на 2 - 3 порядкапревышать коэф. П. з. в натуральном кварце.
В металлах и полупроводниках кроме решёточногоП. з.. описанного выше, а также П. з., обусловленного теплопроводностьюи внутр. трением, имеется ещё специфич. поглощение, связанное с взаимодействиемУЗ с электронами проводпмостп (см. Акустоэлектронное взаимодействие).В металлах эти эффекты становятся заметными при темп-pax ниже примерно10 К. При переходе металла в сверхпроводящее состояние П. з. уменьшается, <а при наложении магн. поля, разрушающего сверхпроводимость, поглощениевозрастает. Взаимодействие акустич. волны с носителями тока в полупроводникепри наличии внеш. электрич. поля может привести к появлению отрицат. П. <з., т. е. к усилению звука.
В ферромагнетиках имеется дополнит. П. <з., обусловленное эффектом магнитострикции. Под действием упругойволны в них возникает локальная переменная намагниченность и связанныес ней потери энергии, в первую очередь на токи Фуко и магн. гистерезис. <Эти потери, вызывающие П. з., зависят от частоты. Зависимость магнитострикционныхи магн. характеристик вещества от состояния намагниченности также влияетна П. з. (рис. 8). В частности, при наложении внеш. магн. поля коэф. П. <з. уменьшается, а с ростом частоты растёт. В нек-рых веществах взаимодействиеакустич. волны с системой ядерных спинов или же с электронными спинамипарамагн. центров может приводить к резонансному П. з. (см. Акустическийпарамагнитный резонанс, Акустический ядерный магнитный рези-папе).

15059-124.jpg

Рис. 8. Зависимость 15059-125.jpgразличных частот в никеле от магнитной индукции В при распространениивдоль оси [110].

В поликристаллах как величина коэф. П. <з., так и его частотный ход зависят от соотношения между размерами кристаллита а,длиной тепловой волны 15059-126.jpg15059-127.jpgи длиной волны звука 15059-128.jpgПри низких частотах 15059-129.jpgгде 15059-130.jpg- коэф. температуропроводности)15059-131.jpgНа ВЧ, т. е. прп 15059-132.jpgснова 15059-133.jpg а вобласти частот 15059-134.jpgкоэф.15059-135.jpg Аналогичныйхарактер имеет поглощение поперечных волн в тонких пластинках и стержнях, <где толщина пластинки играет ту же роль, что и размеры кристаллита в поликристаллах.
Прп фазовых переходах 2-го рода П. з. <аномально возрастает с приближением темп-ры к темп-ре перехода 15059-136.jpgчто связано с ростом термодинамич. флуктуации. С ростом интенсивности звукастановятся существенными нелинейные эффекты, к-рые приводят к зависимостикоэф. П. з. от амплитуды (см. Нелинейная акустика).
Методы измерения П. з. разнообразны изависят от вещества, в к-ром П. з. измеряется, от диапазона частот и величиныкозф. П. з. Во всех методах измерений важно выделить истинное поглощениеи отделить его от др. явлений, приводящих к уменьшению амплитуды звука, <таких, как сферич. расхождение, дмфракц. эффекты, рассеяние, а также потернна склейках и пр.

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М.,Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1954; Алфрей Т., Механические свойствавысокополимеров, пер. с англ., М., 1952; Бергман Л., Ультразвук и его применениев науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957; Неrzfе1d К., LitovitzТ.,Absorption and dispersion of ultrasonic waves, N. Y. - L., 1959; МихайловИ. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М.,1964; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 1, ч. Л, <М., 1966, гл. 4; т. 2, ч. А, М., 1968; т. 3, ч. Б, М., 1968, гл. 5 и 6;т. 4, ч. Б, М., 1970, гл. 2; Колесников А. Е., Ультразвуковые измерения,2 изд., М., 1982; Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б., Ультразвуковые методыв физике твердого тела, пер. с англ., М., 1972; Wells P. N. Т., Biomedicalultrasonics, L. - [а. о.], 1977; Клей К., Медвин Г., Акустическая океанография, <пер. с англ., М., 1980; Красильников В. А., Крылов В. В., Введение в физическуюакустику, М., 1984.

А. Л. Полякова.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА" в других словарях:

  • ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА — ослабление интенсивности звука при прохождении его через какую либо среду вследствие превращения энергии звуковой волны в другие виды энергии, напр. в теплоту …   Большой Энциклопедический словарь

  • Поглощение звука —         превращение энергии звуковой волны в другие виды энергии, и в частности в тепло; характеризуется коэффициентом поглощения а, который определяется как величина, обратная расстоянию, на котором амплитуда звуковой волны уменьшается в е =… …   Большая советская энциклопедия

  • поглощение звука — ослабление интенсивности звука при прохождении его через какую либо среду вследствие превращения энергии звуковой волны в другие виды энергии, например в теплоту. * * * ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА, ослабление интенсивности звука при… …   Энциклопедический словарь

  • поглощение звука — garso sugertis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Negrįžtamas garso bangos energijos virtimas kitos rūšies energija, atsirandantis dėl terpės, kurioje sklinda garsas, klampos, šilumos laidumo ir dėl garso bangos energijos …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • поглощение звука — garso sugertis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. sound absorption vok. Schallabsorption, f rus. звукопоглощение, n; поглощение звука, n pranc. absorption du son, f …   Fizikos terminų žodynas

  • поглощение звука — rus поглощение (с) звука, акустическое поглощение (с) eng sound absorption fra absorption (f) acoustique, absorption (f) du bruit deu Schallabsorption (f) spa absorción (f) acústica …   Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

  • ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА — явление преобразования энергии звуковой волны во внутр. энергию среды в к рой распространяется волна. П. з. обусловлено теплопроводностью, внутр. трением (вязкостью) и нек рыми релаксац. процессами, возникающими в среде при изменении её давления… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА — ослабление интенсивности звука при прохождении его через к. л. среду вследствие превращения энергии звуковой волны в др. виды энергии, напр. в теплоту …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • поглощение звука в атмосфере — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN atmospheric sound absorptionASAatmospheric absorption …   Справочник технического переводчика

  • Поглощение волн —         превращение энергии волн в другие виды энергии в результате взаимодействия волны со средой, в которой она распространяется, или с телами, которые расположены на пути её распространения. В зависимости от природы волны и свойств среды, в… …   Большая советская энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.