Поглинання звуку
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Поглинання звуку

Поглинання звуку , перетворення енергії звукової хвилі в інші види енергії, і зокрема в тепло; характеризується коефіцієнтом поглинання а, який визначається як величина, зворотна відстані, на якій амплітуда звукової хвилі зменшується в е = 2,718 разів. а виражається в см -1 тобто в Непері на см або ж в децибелах на м-коді (1 дб/м = 1,15×10 -3 см -1 ) . П. з. характеризують також коефіцієнт втрат e = al/p: (де l довжина хвилі звуку) або добротністю Q = 1/e . Величина al називається логарифмічним декрементом загасання. При поширенні звуку в середовищі в'язкістю, що володіє, і теплопровідністю,

,     (1)

де r — щільність середовища, з — швидкість звуку в ній, w — кругова частота звукової хвилі, h і x — коефіцієнт сдвігової і об'ємній в'язкості відповідно, c коефіцієнт теплопровідності, С р і C v теплоємності середовища при постійному тиску і об'ємі відповідно. Якщо жоден з коефіцієнтів h, x і з не залежить від частоти, що часто виконується на практиці, то а ~ w 2 . Якщо при проходженні звуку порушується рівноважний стан середовища, П. з. виявляється значно більшим, ніж визначуване по формулі (1). Таке П. з. називається релаксаційним (див. Релаксація ) і описується формулою

,

де t — час релаксації, з 0 і з ¥ — швидкості звуку при wt << 1 і при wt > 1 відповідно. В цьому випадку П. з. супроводиться дисперсією звуку. Величина a /f 2 , де f = w/2p, є характеристикою речовини, що визначає П. з. Вона, як правило, в рідинах менше, ніж в газах, а в твердих тілах для подовжніх хвиль менше, ніж в рідинах.

  П. з. у газах залежить від тиску газу, розрідження газу еквівалентне збільшенню частоти. Теплопровідність і сдвіговая в'язкість в газах дають в П. з. вклад одного порядку величини. У рідинах П. з. в основному визначається в'язкістю, а вклад теплопровідності нехтує малий. У більшості рідин для П. з. істотні об'ємна в'язкість і релаксаційні процеси. Частота релаксації в рідинах, тобто величина w р = 1/t як правило, дуже велика і область релаксації виявляється лежачою в діапазоні високих ультразвукових і гіперзвукових частот. Коефіцієнт П. з. зазвичай сильно залежить від температури і від наявності домішок.

  П. з. у твердих тілах визначається в основному внутрішнім тертям і теплопровідністю середовища, а на високих частотах і при низьких температурах — різними процесами взаємодії звуку з внутрішніми збудженнями в твердому телі, такими, як фонони, електрони, хвилі спинів і пр. Величина П. з. у твердому телі залежить від кристалічного стану речовини (у монокристалах П. з. зазвичай менше, ніж в полікрісталлах), від наявності дефектів, домішок і дислокацій, від попередньої обробки, якою був підданий матеріал. У металах, підданих попередній термообробці, а також куванню, плющенню і т.п., П. з. часто залежить від амплітуди звуку. У багатьох твердих тілах при не дуже високих частотах а ~ w, тому величина добротності не залежить від частоти і може служити характеристикою втрат матеріалу. Найменше П. з. при кімнатних температурах було виявлено в деяких діелектриках, наприклад в топазі, берилі, железоїттрієвом гранаті (а ~ 15 дб/см при f = 9 Ггц ) . В металах і напівпровідниках П. з. завжди більше чим в діелектриках, оскільки є додаткове поглинання, пов'язане з взаємодією звуку з електронами провідності. У напівпровідниках це взаємодія за певних умов може приводити до «негативного поглинання», тобто до посилення звуку (див. Посилення ультразвука ) . Із зростанням температури П. з., як правило, збільшується.

  Наявність неоднородностей у середовищі приводить до збільшення П. з. У різних пористих і волокнистих речовинах П. з. велике, що дозволяє застосовувати їх для того, що заглушається і звукоізоляції.

  Літ.: Бергман Л., Ультразвук і його вживання в науці і техніці, пер.(переведення) з йому.(німецький), 2 видавництва, М., 1957; Міхайлов І. Р., Солов'їв Ст А. і Сирників Ю. П., Основи молекулярної акустики, М., 1964; Фізична акустика, під ред. В. Мезона, пер.(переведення) з англ.(англійський), т. 2 ч. А, т. 3, ч. Би, М., 1968—1969: т. 7, М., 1974; Труелл P., Ельбаум Ч., Чик Би., Ультразвукові методи у фізиці твердого тіла, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1972.

  А. Л. Полякова.