To tylko jedna z 3 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Przyczyny tłumienia fal ultradźwiękowych
Amplituda ciśnienia fali rozchodzącej się w materiale maleje wraz ze wzrostem przebytej drogi z powodu:
strat związanych z rozbieżnością wiązki,
procesów rozpraszania,
tarcia wewnętrznego (energia drgań mechanicznych zamienia się na ciepło).
Rys. 21. Wpływ przebytej drogi na amplitudę ciśnienia fali [10]
Tłumienie jest to przemiana części energii rozchodzących się fal o danej częstotliwości na energię drgań o innych częstotliwościach (z reguły drgań cieplnych) [12]. Rozróżnia się następujące rodzaje tłumienia fal ultradźwiękowych:
Tłumienie termosprężyste - wynika z tworzenia się obszarów o wyższej temperaturze w miejscach, w których powstają zagęszczenia materiału wskutek naprężeń towarzyszących fali ultradźwiękowej. Ciepło rozchodzi się z obszarów zagęszczenia do obszarów rozrzedzeń, co odbywa się kosztem fali ultradźwiękowej. Straty termosprężyste, odniesione do jednego okresu drgań, są proporcjonalne do pierwszej potęgi częstotliwości, pod warunkiem, że przywrócenie równowagi cieplnej nadąża za drganiami ultradźwiękowymi. Dla dużych częstotliwości drgań (rzędu 109/s) przepływ ciepła jest zbyt wolny i ten rodzaj tłumienia zanika. Tłumienie to jest charakterystyczne przede wszystkim dla drgań podłużnych.
Tłumienie od zjawisk relaksacji strukturalnej w płynach i ciałach stałych ma typowy przebieg podobny do rezonansowego w funkcji częstotliwości. Energia fal ultradźwiękowych zostaje tu przekazana na realizowanie wyższych stanów energetycznych różnych elementów materiału, jak np. przejście z jednej konfiguracji makrocząsteczkowej do drugiej, zmianę położenia atomu międzywęzłowego względem sieci krystalicznej, zmianę konfiguracji załamań dyslokacji itp. Maksimum tłumienia w funkcji częstotliwości występuje wtedy, gdy częstotliwość drgań ultradźwiękowych staje się równa częstotliwości własnej zmian stanu energetycznego przez dany układ, czyli tzw. częstotliwości relaksacji. Tłumienie relaksacyjne określa się często jako aktywowane cieplnie, ponieważ zwykle wygodniej jest mierzyć krzywą tłumienia relaksacyjnego w funkcji temperatury niż w funkcji częstotliwości. Częstotliwości relaksacji rosną szybko wraz z temperaturą, z reguły według prawa Arrheniusa:
fr - częstotliwość relaksacji, f0 - częstotliwość drgań cieplnych działających na układ,
H - energia aktywacji zmiany poziomu energetycznego, k - stała Boltzmanna,
T - temperatura bezwzględna.
Tłumienie rezonansowe, pochodzące od układów mikrostruktury, których zmiana stanu energii nie zachodzi według prawa Arrheniusa, a bardziej selektywnie, daje krzywe tłumienia w funkcji częstotliwości lub temperatury bardziej ostre niż tłumienie relaksacyjne. Tłumienie takie występuje typowo przy zmianach stanu skupienia.
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)