|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Энергия акустической волны |
 | |
Анимация
Описание
Вследствие распространения в среде акустических волн каждый элемент объема среды приобретает добавочную энергию, обусловленную колебательным движением частиц. Выражение для энергии акустической волны (ЭВ) единицы объема среды, т.е. плотности ЭВ имеет вид:
E=rv2/2+bp2/2,
где первое слагаемое соответствует плотности кинетической энергии Еcin;
второе - плотности потенциальной энергии Epot;
r - плотность среды;
b = 1/rc2 - сжимаемость среды;
с - скорость звука;
v - колебательная скорость частиц;
p - звуковое давление.
Для плоской бегущей волны Ecin = Epot и плотность полной энергии E=rv2+bp2. В произвольной волне такое же выражение имеет место для среднего по времени значения плотности полной ЭВ. Для гармонической плоской бегущей волны средняя по времени плотность ЭВ равна:
E=1/2rv02= 1/2bp02 ,
где v0 и p0 - амплитуды колебательной скорости и давления.
В стоячей волне в отличие от бегущей средние по времени значения кинетической и потенциальной ЭВ не равны друг другу в каждой точке:
;
,
где k - волновое число;
х - координата, отсчитываемая от пучности давления.
Значение 
достигает максимума в узлах, а 
- в пучностях давления. Средняя по времени (или по пространству) плотность полной энергии в стоячей волне равна 1/4bp02.
При наличии в среде нескольких гармонических волн разных частот плотности ЭВ складываются. Для волн одинаковой частоты плотности ЭВ не аддитивны; например, при сложении одинаковых волн, когда амплитуды во всех точках среды удваиваются, плотность энергии учетверяется.
Плотность ЭВ в системе единиц СИ измеряется в Дж/м3.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
ЭВ определяет эффективность таких ультразвуковых технологий как ультразвуковая очистка, ультразвуковое диспергирование, упрочнение, металлизация и пайка (см. описания). При акустической кавитации (см. описание) и связанных с ней эффектов величина ЭВ оказывает решающее воздействие на процесс возникновения кавитации и динамику кавитационных пузырьков
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Источник упругих волн создает в среде звуковое поле, характеризующееся некоторым распределением звукового давления и связанного с ним значения ЭВ. Для измерения звукового давления применяют приемники различного типа, в основном пьезоэлектрические преобразователи. На частотах, близких к гиперзвуковым, используют пьезополупроводниковые и пленочные преобразователи. В жидкостях при больших интенсивностях звука применяют радиометр, на высоких частотах - термические приемники звука. Один из эталонных методов измерения ЭВ основан на эффекте диска Рэлея (см. описание «Диск Рэлея»), позволяющего определять колебательную скорость, по величине которой вычисляется значение звукового давления и ЭВ.
Литература
1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.- С.400.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
