ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Применение ультразвуков при исследовании дисперсных систем из "Применение ультраакустических методов в практике физико-химических исследований" Ультразвуки нашли себе широкое применение при определении упругих свойств различных твёрдых тел. С помощью ультразвука можно также исследовать закономерности превращений, протекающих в твёрдых телах. [c.221] При распространении звука в изотропных твёрдых телах наблюдаются волны нескольких типов, обусловленные различным характером возникающих деформаций. [c.221] При физико-химических исследованиях чаще всего приходится иметь дело или с продольными волнами, обусловленными расширением или сжатием вещества, или с поперечными волнами, обусловленными деформацией, называемой сдвигом. Гораздо реже физико-химик встречается при работе с поверхностными или релеевскими волнами. [c.221] Таким образом, упругие свойства характеризуются следующими постоянными модулем упругости Е, модулем сдвига х и объёмным модулем упругости К. [c.222] Таким образом, зная две из перечисленных выше постоянных, можно определить все остальные. [c.223] При распространении продольных волн (или, что то же, волн расширения) частицы веишства колеблются в направлении, совпадающем с направлением распространения волны. Сдвиговые волны (или поперечные волны) характеризуются тем, что колебания частиц происходят в направлении, перпендикулярном к направлению распространения волны. На свободной поверхности твёрдого упругого полупространства могут распространяться, как показал Релей, волны, характеризуемые как продольными, так и поперечными смещениями частиц. Амплитуда этих волн убывает с глубиной по экспоненциальному закону, так что образуется поверхностная волна, аналогичная до некоторой степени волне на свободной поверхности жидкости. [c.223] Перечисленные выше волны различных типов распространяются в среде с различными скоростями. [c.223] Сдвиговые волны в стержне распространяются с такой же скоростью, как и в неограниченной среде, т. е. [c.224] Гораздо более сложная картина наблюдается в том случае, если диаметр стержня, по которому распространяется звук, нельзя считать много меньшим длины звуковой волны. В этом случае наблюдается дисперсия звука, зависящая не от свойств самой среды, как это мы имеем в газах или в высокомолекулярных веществах, а от соотношения размеров образца и длины звуковой волны. Аналитическое выражение для скорости распространения ультразвука делается в этом случае очень сложным [302]. [c.224] При экспериментальном исследовании распространения звука в твёрдых телах надо стремиться к тому, чтобы условия опыта соответствовали одному из описанных выше предельных случаев распространения волны. Следует напомнить, что при изучении распространения звуковых вэ 1 в твёрдых телах конечных размеров помимо указанных выше осложнений могут возникнуть значительные трудности в результате влияния на изучаемый волновой процесс волн, возникших благодаря отражению звука на границах образца. В заключение ещё раз подчеркнём, что сказанное относится к распространению звуковых волн в изотропных телах. В анизотропных телах распространение волнового процесса делается ещё более сложным. [c.224] Как и в случае изучения жидкого состояния, при акустическом исследова11ии твёрдого состояния вещества обычно измеряют скорость и поглощение звука в изучаемом образце. [c.224] Для определения модулей упругости необходимо помимо получения эластограммы знание частоты применяемых колебаний, плотности изучаемого вещества и расстояния от исследуемого образца до изображения диффракционной картины. [c.226] Для измерений по этому методу применяется установка, схематически изображённая на рис. 125. Свет от электрической дуги Ь проходит через монохроматор М, призму Николя /VI и объективом О фокусируется на экране К- На пути сходящегося светового луча располагают исследуемый образец С и вторую призму Николя Л/з- Исследуемый образец при этом ставят непосредственно на кварцевую пластинку Q, которая лежит на металлической рамке / . Такое расположение кварца обеспечивает воздушную подушку с тыльной стороны кварцевой пластинки, в результате чего практически всё ультразвуковое излучение направляется в исследуемый образец. Призма Р позволяет производить в случае необходимости визуальные наблюдения на экране. Обычно диффракционная картина фотографируется. [c.226] Ошибка при измерениях по этому методу составляет приблизительно 1 /(). Достоинствами описанного метода являются 1) отсутствие последействия, 2) возможность с помощью одного измерения определить все необходимые для характеристики образца константы упругости и 3) исключительная простота и быстрота измерений, для которых не требуется изготовления специальных образцов. С помощью этого метода изучались упругие свойства стёкол и некоторых прозрачных пластических масс ). [c.227] Возникшие в результате интерференции периодические изменения интенсивности ультразвуковых колебаний, прошедших через пластинку, можно использовать для определения скорости звука в пластинке. Действительно, откладывая , как функцию ш2, можно по величине отрезка, отсекаемого прямой на оси ординат, найти значение или в зависимости от того, каким рядом максимумов или минимумов пользоваться при построении прямой. Способ расчёта пояснён рис. 128, на котором значения 8 п2 , соответствующие максимумам интенсивности прошедпшх через пластинку сдвиговых волн, изображены как функция для опыта, результаты которого представлены на рис. 127. [c.230] С большим количеством маленьких круглых отверстий. С помош.ью длиннофокусного объектива О и зеркала 3 на экране Э получалось изображение диафрагмы с отверстиями. При возникновении диффракционной картины каждое отверстие давало диффракционный спектр, вытянутый вдоль ультразвукового луча. Рассматривая подобное изображение, легко установить ход ультразвукового луча. Пластинка П из исследуемого вещества крепилась на специальном держателе, позволяющем изменять её положение по отношению к излучающему кристаллу. Своеобразное расположение экрана было вызвано желанием одновременно с поворотом пластинки следить за картиной, наблюдаемой на экране. В описываемой работе поворот пластинки измерялся с точностью до 1 дуговой минуты. Интенсивность ультразвука, прошедшего через исследуемую пластинку, определялась по интенсивности диффракционной картины. [c.232] Если это условие не выполнено, то расчёт модуля упругости на основании измеренных значений скоростей звука даёт ошиЗочные значения ). [c.233] Интенсивность прошедших колебаний максимальна, если толщина пластинки равна целому числу полуволн следовательно, пластинка в этом случае обладает наибольшей проницаемостью. [c.234] Для того чтобы иметь возможность плавно изменять толщину пластинки, ей придают форму клина [229]. Перемещая клинообразную пластинку в жидкости в направлении, перпендикулярном к направлению распространения ультразвуковой волны, наблюдают изменение интенсивности прошедших через пластинку ультразвуковых колебаний в зависимости от толщины клина. На основании подобных измерений определяют скорость ультразвука. По сравнению с описанными выше методами заметных преимуществ метод клина не имеет. [c.234] На основе описанных выше методов были произведены измерения упругих характеристик различных твёрдых тел. Некоторые из полученных таким образом данных [227] приведены в таблице 35. Опыты производились с помощью ультразвуков с частотами от 1,7-10 до 22,3-10 Температура во время измерения поддерживалась равной 20 С. [c.234] Вернуться к основной статье