Исследование зависимости скорости звука от плотности исследуемой жидкости

В жидкостях звук распространяется в виде объемных волн разряжения-сжатия (продольные волны), причем процесс этот обычно адиабатический, т.е. изменение температуры в УЗ волне не успевает выравниваться.

Скорость распространения УЗ волн в жидкостях выражается следующим уравнением:

,

где: – коэффициент адиабатической сжимаемости жидкости.

Следовательно, измеряя тем или иным способом скорость распространения УЗ волны в данной среде и считая коэффициент адиабатической сжимаемости постоянным, можно легко определить плотность среды. Однако коэффициент адиабатической сжимаемости достаточно сложно вычислить.

Уменьшение амплитуды и интенсивности УЗ волны по мере ее распространения в заданном направлении, т.е. затухание звука, обуславливается, расхождением фронта волны с удалением от источника, рассеянием и поглощением звука, которое характеризуется коэффициентом поглощения a.

Интенсивность УЗ при прохождении расстояния L убывает по экспоненциальному закону и описывается формулой, которая имеет следующий вид:

I = I ₀ ·exp(-2·α·L),

где: I ₀ – начальная интенсивность, Вт/м².

В жидкостях скорость звука, как правило, уменьшается с ростом температуры. Исключением из этого правила является вода, в которой скорость звука при увеличении температуры растет.

Имеется аналогия и в измерении плотности газообразных и твердых веществ. Плотность уменьшается с ростом температуры (вследствие температурного расширения и увеличивается с ростом давления). Исключение составляет вода – ее плотность имеет максимум при 4°С и уменьшается как с повышением, так и понижением температуры.

Время прохождения импульса определяется по следующим формулам:

∆t = T = 1/F _Г , (3.3)

где: F _Г =40 МГц – частота генератора.

t = N·∆t (3.4)

Общее время, которое понадобится УЗ импульсу для прохождения через сосуд, выражается следующей формулой:

t _общ = 2·( t _ж+ t _тр+ t _пр),

где: t _ж – время, затрачиваемое на прохождение УЗ импульса через жидкость; t _тр – время, затрачиваемое на прохождение УЗ импульса через стенку сосуда; t _пр – время, затрачиваемое на прохождение УЗ импульса через протектор.

Скорость распространения ультразвука в исследуемой среде будет определяться из выражения:

,

где L – расстояние между стенками сосуда.

В лабораторной работе проводится определение плотности растворов состоящих из:

· воды и этилового спирта;

· воды и сахара;

· воды и поваренной соли.

Поиск по сайту: