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  

Акустическая релаксация

Акустическая релаксация - процесс восстановления термодинамич. равновесия среды, к-рое было нарушено из-за изменения давления и температуры при прохождении звуковой волны. Акустическая релаксация - необратимый процесс, при к-ром энергия поступат. движения молекул или ионов в звуковой волне переходит на внутр. степени свободы, возбуждая их, в результате чего энергия звуковой волны уменьшается, т. е. происходит поглощение звука . Акустическая релаксация также всегда сопровождается дисперсией звука.

Простейший вид акустической релаксации - релаксация внутримолекулярного возбуждения, или кнезеровская релаксация. Такая акустическая релаксация происходит, напр., в двухатомных и многоатомных газах, где энергия поступат. движения молекул в звуковой волне переходит в энергию, связанную с колебат. и вращат. степенями свободы молекул, т. е. изменяется заселённость вращат. и колебат. уровней. Другие виды акустической релаксации: структурная релаксация в жидкостях, при к-рой акустич. волна инициирует изменение ближнего порядка в расположении молекул жидкости; хим. релаксация, при к-рой под действием звука сдвигается равновесие в хим. реакции. В твёрдом теле звуковая волна нарушает равновесное распределение фононов, что приводит к релаксац. процессам, определяющим решёточное поглощение звука. Один из видов акустической релаксации в твёрдом теле - релаксация разл. дефектов кристаллической решётки - как точечных, так и линейных (дислокаций), связанная с движением дефектов под действием механич. напряжений в упругой волне. При распространении звука в полупроводниках и металлах нарушается равновесное распределение электронов проводимости, что также приводит к релаксации, а следовательно, к дополнит. поглощению звука.

Для описания отклонения системы от равновесия вводят дополнит. параметр x, к-рый в зависимости от вида релаксац. процесса может иметь разл. физ. смысл (напр., величина x может описывать отклонение концентрации возбуждённых молекул от равновесной, изменение заселённостей уровней для двухуровневой системы, концентрацию одного из компонентов хим. реакции при хим. релаксации и т. п.). Для описания распространения звука в среде с релаксацией рассматриваются как "внеш." параметры, такие, как давление, плотность и темп-pa, так и "внутр." параметр x, изменение к-рого со временем описывается ур-нием

4038-31.jpg

где т - время релаксации, x0 - равновесное значение параметра x.

Звуковое давление p в акустич. волне, распространяющейся в среде с релаксацией, оказывается равным сумме давления р0, обусловленного только изменением плотности, и добавочного давления 4038-32.jpg, возникающего из-за наличия релаксац. процесса. Это добавочное давление сдвинуто по фазе относительно изменения плотности, что приводит к дополнит. (релаксац.) поглощению звука. Из решения ур-ния (1) для гармонич. волны можно видеть, что при разных частотах звука отклонение x от равновесного значения различно, поэтому добавочное давление при том же изменении плотности оказывается разным при разных частотах. Соответственно скорость звука4038-33.jpg также зависит от частоты, т. е. за счёт акустической релаксации возникает дисперсия скорости звука. Изменение с с частотой происходит от макс. значения 4038-34.jpgна высоких частотах 4038-35.jpgкогда процесс установления равновесия не успевает за изменениями плотности, до мин. значения с0 на низких частотах, когда равновесие полностью успевает установиться при колебаниях плотности и избыточное давление dр = 0.

Учёт релаксации при распространении звука эквивалентен введению комплексной сжимаемости. Волновое число звуковой волны k связано с частотой w соотношением

4038-36.jpg

Скорость звуковой волны и соответствующий коэф. релаксац. поглощения ap в зависимости от частоты выражаются приближёнными ф-лами

4038-37.jpg

4038-38.jpg

если поглощение звука на длине волны мало (apl 4038-39.jpg1) и дисперсия скорости звука невелика, т. е. как это имеет место для большинства релаксац.4038-40.jpgпроцессов. Скорость звука и коэф. поглощения звука в среде с релаксацией связаны между собой Крамерса - Кронига соотношением.

Рис. 1. Зависимость квадрата скорости звука с2 от частоты w для одного релаксационного процесса, wr = = 1/т.


4038-41.jpg

Зависимости скорости звука и коэф. поглощения от частоты для одного релаксац. процесса имеют универсальный характер независимо от физ. механизма, к-рый лежит в основе акустической релаксации (рис. 1 и 2). Влияние акустической релаксации на поглощение и скорость звука зависит от соотношения между периодом волны и временем релаксации, т. е. от величины wт, к-рая характеризует степень восстановления равновесия. Чем меньше wт, тем полнее равновесие успевает восстановиться за период волны. На малых частотах, т. е. при wт4038-42.jpg1, добавочное поглощение может быть описано введением объёмной вязкости с эфф.. значением коэф. объёмной вязкости4038-43.jpg= При этом коэф. поглощения пропорц. w2, а скорость4038-44.jpgзвука равна с0. На больших частотах при4038-45.jpgравновесие не успевает восстановиться за период звуковой волны и коэф. поглощения звука стремится к пост, величине, равной 4038-46.jpg При wт = 1 коэф. поглощения, умноженный на длину волны, имеет максимум, равный apl =4038-47.jpg Т. о., величина дисперс. скачка e = (4038-48.jpgи поглощение на длине волны при wт = 1 различаются в p раз для любых сред. Определяя величины e и т из измерений поглощения и скорости звука, можно установить параметры, характеризующие релаксац. процесс (акустич. спектроскопия), а также определять такие свойства вещества, как теплоёмкость, постоянную Грюнайзена и др.

Ввиду большой ширины дисперс. области (более двух порядков по частоте) для эксперим. определения величины e и т нужно проводить измерения с и ap в широком интервале частот по обе стороны частоты релаксации wp = 1/т. На практике релаксац. поглощение звука накладывается на обычное поглощение, обусловленное вязкостью и теплопроводностью, поэтому эксперим. кривые для apl не имеют таких ярко выраженных максимумов, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость коэффициента релаксационного поглощения звука aр на длину волны l от круговой частоты w.


4038-49.jpg


Для получения кривых релаксац. поглощения необходимо исключить вклад др. видов поглощения. Если неск. релаксац. процессов сильно различаются по временам релаксации, то дисперс. области разделяются (рис. 3), а если времена релаксации близки друг к другу, то вид релаксац. кривых усложняется.

Большинство механизмов акустической релаксации с т4038-50.jpg10-9 с проявляется только при объёмных деформациях и даёт вклад в объёмную вязкость. В жидкостях и твёрдых телах, однако, за счёт структурной релаксации возможна зависимость от частоты и для сдвиговой вязкости. В маловязких жидкостях (вода и др.) она возникает на очень высоких частотах (4038-51.jpg), а в жидкостях с большой вязкостью (напр., в салоле) такая зависимость наблюдалась экспериментально.


4038-52.jpg


Время релаксации т характеризует то время, за к-рое параметр x, описывающий отклонение системы от равновесия, уменьшится в е раз:4038-53.jpg

Время релаксации зависит от микроскопич. свойств вещества, таких, напр., как число соударений молекул газа в единицу времени и эффективности передачи энергии при этих соударениях. В газе при заданной температуре время релаксации прямо пропорционально числу соударений, необходимых для возбуждения соответствующих степеней свободы. Напр., при нормальных условиях в газе для возбуждения вращат. степеней свободы молекул обычно достаточно 100 соударений, а для возбуждения колебат. степени свободы нужно 105-106 соударений. Это означает, что величина т для колебат. релаксации гораздо больше, чем для вращательной. Время релаксации зависит от давления и температуры. Так, в газах обычно 4038-54.jpg где P - давлеРис. 3. Зависимость нормированной скорости звука с/с0 и коэффициента релаксационного поглощения a/p на длину волны l от частоты w, отнесённой к давлению газа р, при наличии двух релаксационных процессов.

ние газа. Поэтому релаксац. кривые для газов обычно изображаются как функции величины w/P. Это позволяет при эксперим. определении зависимостей aр и с от w изменять давление газа, а не частоту звука, что сильно упрощает измерения. В многоатомных газах обычно преобладает колебат. релаксация. Области частот, в к-рых проявляются колебат. и вращат. релаксации, обычно чётко разделяются, т. к. времена релаксации для этих двух процессов различаются на неск. порядков. Наличие примесей др. газов влияет на время релаксации. Напр., в воздухе осн. вклад в поглощение звука даёт колебат. релаксация молекул O2 и N2, причём частота релаксации для О2 выше, чем для N2. Примеси паров воды и изменение температуры воздуха существенно влияют на положение релаксац. максимума. В двухатомных газах значения т обычно очень велики и область релаксации лежит в звуковом диапазоне частот. Для более сложных газов частота wp выше (порядка 105-107 Гц при давлении 1 атм).

В жидкостях времена релаксации значительно меньше, чем в газах, т. к. все процессы перестройки жидкостей совершаются быстрее. Поэтому в большинстве жидкостей частота акустической релаксации лежит в области гиперзвука.

В твёрдых диэлектриках при отклонении системы фононов от равновесия время релаксации связано с временем жизни фононов 4038-55.jpg где4038-56.jpg- коэф. теплопроводности, С - теплоёмкость решётки, 4038-57.jpg - ср. значение скорости звука,4038-58.jpgпри температуре Т порядка и выше дебаевской. При распространении звука в пьезополупроводниках частота релаксации wp растёт с ростом проводимости кристалла и уменьшается с ростом температуры и подвижности носителей тока, а величина дисперсии скорости звука определяется коэф. электромеханич. связи. Дислокац. поглощение звука в монокристаллах также имеет релаксац. характер, причём время релаксации зависит от длины колеблющегося отрезка дислокации, вектора Бюргерса и постоянных решётки. Релаксац. процессы имеют место также в полимерах, резинах и разл. вязкоупругих средах, в этих веществах наблюдается значит. дисперсия скорости звука, связанная с релаксацией механизма высокой эластичности.

Литература по акустической релаксации

  1. Мандельштам Л. И., Леонтович М. А., К теории поглощения звука в жидкостях, "ЖЭТФ", 1937, т. 7, в. 3, с. 438;
  2. Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сыр-ников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964;
  3. Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 2, ч. А и Б, М., 1968-69;
  4. Hеrzfeld К. F., Litоvitz T. А., Absorption and dispersion of ultrasonic waves, N. Y.- L., 1959.

А. Л. Полякова

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

Знаете ли Вы, что электромагнитное и другие поля есть различные типы колебаний, деформаций и вариаций давления в эфире.

Понятие же "физического вакуума" в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это "фантомы", во-вторых, "физический вакуум" - это наинизшее состояние поля, "нуль-точка", что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира.

В отличие от лукавого понятия "физический вакуум", как бы совместимого с релятивизмом, понятие "эфир" подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, - тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не "нуль-точкой" или "остаточными", "нулевыми колебаниями пространства". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 17:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 16:47: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 13:10: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 13:03: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
08.09.2019 - 03:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 07:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 03:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Проблема ГМО - Карим_Хайдаров.
05.09.2019 - 13:33: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
05.09.2019 - 13:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Негребы - Карим_Хайдаров.
01.09.2019 - 18:04: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution