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超声波声速和声压原理

发布时间:2022-07-04   点击次数:130次


超声波声速和声压

超声波声速:

超声波声速是介质中微弱压强扰动的传播速度,其大小因媒质的性质和状态而异。空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340m/秒。

声波在弹性媒质中的传播速度为声速,其符号为c,单位为m/s:c=λf

式中,f 为振动频率,即每秒振动的次数,Hz:λ为波长,m。

由于在气体中没有剪切弹性,只有体积弹性,因而气体的传播形式只能是纵波。换句话说就是,在声波的扰动下,气体媒质中的质点在各自平衡位置附近振动,形成稠密和稀疏依次交替的传递过程。同时质点的运动方向与波的传播方向相同。一般气体在任意的情况下的声速表达式都相当复杂,其表达式与气体的相对分子质量、比热容和物性方程有关,这里将不予以介绍。在一般问题中,经常会用到理想气体的声速公式。

可以证明在理想气体中声速为:c=(rp/p)0.5  

式中,r 绝热系数,等于比定压热容与比定容热容之比; p为气体压力,Pa; ρ为密度,kg/m3

不同介质中的传播速度

  1. 真空 0m/s(也就是不能传播);

  2. 空气(15℃) 340m/s;

  3. 空气(25℃) 346m/s;

  4. 软木 500m/s ;

  5. 煤油(25℃) 1324m/s ;

  6. 蒸馏水(25℃) 1497m/s ;

  7. 海水(25℃) 1531m/s ;

  8. 铜(棒) 3750m/s ;

  9. 大理石 3810m/s ;

  10. 铝(棒) 5000m/s ;

  11. 铁(棒) 5200m/s ;

超声波声压

声压的单位为帕(Pa),其大小反映了声波的强弱,即表示传播的波动能量强度。声压越大,表示超声波的强度越大,传递的能量越强。它是目前经常用来描述声波性质的重要物理量之一,通过声压的测量可以间接地求得质点速度等其他的物理量。

纵波在弹性媒质内传播过程中,媒质质点的压强是随时间变化的,媒质质点的密度时密时疏。根据积分原理我们可以把一个连续的介质看作是由许多紧密相连的微小体积元 dV 所组成,这样的体积元 dV 内的介质还可以进一步看作是集中于一点、质量为 ρdV 的质点。ρ 为介质的密度,在声波的作用下它是随时间和位置的不同而变化的量。设体积元 dV 受到声波的扰动之后,压强由 p0 变到p1,则由声波扰动所产生的逾量压强 p 称为声压:p=p1- p0

由于超声波的波长较短、频率很高,它所具有的能量很大,可使介质的质点产生显著的声压作用。




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