Физическая энциклопедия - дисперсия звука

(дисперсия скорости звука), зависимость фазовой скорости гармонич. звук. волн от их частоты. Д. з. может быть обусловлена как физ. св-вами среды, так и присутствием в ней посторонних включений и наличием границ тела, в к-ром авук. волна распространяется. Д. з., связанная с физ. св-вами среды, возникает, когда воздействие акустич. волны приводит к неравновесному состоянию среды, возбуждая её внутр. степени свободы (колебат. и вращат. движения молекул), процессы ионизации и диссоциации молекул, хим. реакции, перестройку структуры жидкости, процессы взаимодействия ультразвука с электронами проводимости в металлах и ПП, магнитоупругие явления и т. д. Выравнивание энергии между поступат. и внутр. степенями свободы происходит за нек-рое время, наз. временем релаксации tр (см. РЕЛАКСАЦИЯ АКУСТИЧЕСКАЯ). Если период Т звук. волны мал по сравнению с tр (высокие частоты), то за время Тtр (низкие частоты), то часть энергии поступат. движения успеет перераспределиться на внутр. степени свободы. При этом, вследствие уменьшения энергии поступат. движения, упругость среды и скорость звука также будут меньше, чем в случае высоких частот. Т. о., при наличии релаксации скорость звука увеличивается с ростом частоты (рис.

). Быстрее всего рост скорости происходит при частотах, близких к частоте релаксации wр=1/t (дисперс. область). Для большинства сред wр лежит в области УЗ и гиперзвуковых частот. Если с0 скорость звука при малых частотах (wt1), то скорость звука для произвольной частоты со описывается ф-лой: Такая зависимость с (w) характерна для всех релаксац.

процессов в однородных средах. Д. з. сопровождается также повышенным поглощением звука сравнительно с поглощением, обусловленным сдвиговой вязкостью и теплопроводностью. Д. з. в газах связана с возбуждением колебат. и вращат. степеней свободы молекул, а в жидкостях с колебательной и поворотно-изомерной релаксациями и перестройкой внутр.

структуры жидкости, а также с процессами диссоциации, хим. реакциями и т. д. В тв. телах Д. з. обычно появляется, когда акустич. волна взаимодействует с к.-л. видами внутр. возбуждений, и под её воздействием происходит изменение состояния эл-нов проводимости, системы спинов, спиновых волн и др. Величина Д. з., определяемая как D=(с?-c0)/c0, может сильно различаться для разных в-в.

Так, напр., в углекислом газе D»4%, в бензоле D»10%, в морской воде D .