Переменное звуковое давление
Cтраница 2
Таким образом, использованная в опытах интенсивность ультразвукового поля ( 1 2 вт / см2) позволяет развить в системе переменное звуковое давление 1 7 ат и ускорение частиц, в 3500 раз превышающее ускорение силы тяжести. Эти данные, хотя и являются приближенными, дают общее представление о воздействии ультразвуковых колебаний на исследуемые суспензии. [16]
Чтобы представить себе механизм воздействия ультразвука на вещество, необходимо строго контролировать интенсивность ультразвукового воздействия, для чего используют различные методики: механические, основанные-на измерении колебательной скорости частиц среды, переменного звукового давления или давления излучения; калориметрические, термические, основанные-на измерении электрического сопротивления тонкой проволоки, нагреваемой. [17]
Впрочем, малая чувствительность - недостаток, свойственный всем трем описанным выше методам, обусловленный тем, что все эти три метода опираются, в сущности говоря, на вторичные эффекты ( рябь, радиационное давление, нагрев), а не на основные. Основным эффектом, характеризующим ультразвуковое поле, является переменное звуковое давление, величина которого всегда значительно больше, чем величина радиационного давления. Так, например, в воде для звука интенсивностью 1 вт / см радиационное давление равно 0 13 г / см2, тогда как амплитуда звукового давления достигает 1 7 атм, что соответствует 1700 г / см2 и, следовательно, превосходит радиационное давление в 13 тысяч раз. Почему же крылышко, реагируя на столь слабое радиационное давление, не чувствует звукового давления. Потому что радиационное давление действует постоянно, а звуковое давление меняет свой знак с частотой десятков и сотен тысяч, а то и миллионов герц. Инерция крылышка при всей его легкости не позволяет ему следовать за столь быстрыми изменениями давления, и крылышко остается на месте. [18]
 |
Схема метода мозаики. [19] |
Такая малая чувствительность перечисленных выше методов объясняется тем обстоятельством, что все они основаны на различных вторичных эффектах, создаваемых ультразвуком, а мы уже знаем, что вторичные эффекты малы. Можно ожидать, что методы, использующие основной эффект звукового поля - переменное звуковое давление, будут значительно более чувствительны. В фокальной поверхности линзы помещается мозаика, составленная из пьезоэлектрических приемников звука. Звуковое изображение заставляет колебаться те приемники, которые попадают в зону изображения, причем интенсивность этих колебаний определяется интенсивностью соответствующей части изображения. [20]
Однако при ультразвуковом контроле наибольший интерес представляет звуковое давление, точнее амплитуда переменного звукового давления, так как она определяет величину сигнала. [22]
 |
Схема установки для определения мощности ультразвука калориметрическим способом. [23] |
Существует несколько методов и множество различных приборов для измерения интенсивности ультразвука. В настоящее время применяются механические методы ( основанные на измерении колебательной скорости частиц среды, переменного звукового давления или давления излучения), калориметрические методы, термические методы ( основанные на измерении электрического сопротивления тонкой проволоки, нагреваемой в звуковом поле), электрические приемники звука ( пьезоэлектрические приемники, конденсаторные микрофоны) и другие методы и установки. [24]
На первом из этих рисунков изображена схема с угольным микрофоном. Сопротивление этого микрофона r ( t) изменяется вследствие механических колебаний мембраны, которые происходят под действием оказываемого на нее переменного звукового давления. Постоянная индуктивность h соответствует первичной обмотке микрофонного трансформатора. [25]
Известно, что звуковая волна, распространяясь в воздухе, создает звуковое давление ( избыточное по отношению к атмосферному) или разрежение. Для слышимых звуков это давление очень мало, порядка одной тысячной атмосферы. Такие переменные звуковые давления накладываются в жидкости на постоянное гидростатическое давление, равное на открытом воздухе приблизительно атмосферному. При распространении в жидкости звуковой волны, развивающей давление, например в 2 ат, на частички жидкости будут действовать в моменты сжатия сжимающие силы в 3 ат, а в моменты разрежения - растягивающие силы, равные 1 ат. Жидкость легко переносит большие всесторонние сжатия, однако она чрезвычайно чувствительна к растягивающим усилиям. При прохождении ультразвуковой волны, создающей разрежение, в жидкости образуется громадное количество разрывов в виде мельчайших пузырьков, особенно там, где прочность сцепления жидкости ослаблена: на границе с воздушным пузырьком, с частицами посторонних примесей и др. Образуются разрывы жидкости -: малень-кие полости, так называемые кавитационные пузырьки, которые в основном живут до следующей фазы сжатия, после чего захлопываются; развиваются большие местные мгновенные давления, достигающие сотен атмосфер. [26]
При значительных размерах каналов пор и с увеличением частоты акустических колебаний возможно колебательное движение жидкости относительно стенок каналов. В случае участия градиента переменного звукового давления в создании относительных смещений процесс диффузии значительно ускоряется. [27]
Эрнст и Гутман [77], изучая влияние ультразвука на дубление кож, установили, что под действием колебаний мощностью 25 - 50 Вт при частоте 760 кГц дубящий раствор быстрее проникает в кожу. Значительный интерес представляет работа [3] по ускорению диффузии медного купороса в гель желатина. Изучены следующие возможные причины полученного эффекта: нагрев; механическое перемешивание за счет акустического ветра; переменное звуковое давление; колебательная скорость и ускорение; амплитуда колебаний; градиент давления; радиационное давление; кавитация. [28]
Страницы: 1 2