 | Энергия акустической волны |  |
Добавочная энергия среды, обусловленная наличием акустических волн
Анимация Описание Вследствие распространения в среде акустических волн каждый элемент объема среды приобретает добавочную энергию, обусловленную колебательным движением частиц. Выражение для энергии акустической волны (ЭВ) единицы объема среды, т.е. плотности ЭВ имеет вид: E=rv2¤2+bp2¤2, где первое слагаемое соответствует плотности кинетической энергии Еcin; второе - плотности потенциальной энергии Epot; r - плотность среды; b = 1/rc2 - сжимаемость среды; с - скорость звука; v - колебательная скорость частиц; p - звуковое давление. Для плоской бегущей волны Ecin = Epot и плотность полной энергии E=rv2+bp2. В произвольной волне такое же выражение имеет место для среднего по времени значения плотности полной ЭВ. Для гармонической плоской бегущей волны средняя по времени плотность ЭВ равна: E=1/2rv02= 1/2bp02 , где v0 и p0 - амплитуды колебательной скорости и давления. В стоячей волне в отличие от бегущей средние по времени значения кинетической и потенциальной ЭВ не равны друг другу в каждой точке:  ;
 ,
где k - волновое число; х - координата, отсчитываемая от пучности давления. Значение  достигает максимума в узлах, а  - в пучностях давления. Средняя по времени (или по пространству) плотность полной энергии в стоячей волне равна 1/4bp02. При наличии в среде нескольких гармонических волн разных частот плотности ЭВ складываются. Для волн одинаковой частоты плотности ЭВ не аддитивны; например, при сложении одинаковых волн, когда амплитуды во всех точках среды удваиваются, плотность энергии учетверяется. Плотность ЭВ в системе единиц СИ измеряется в Дж/м3. Временные характеристики Время инициации (log to от -12 до 1); Время существования (log tc от -10 до 3); Время деградации (log td от -12 до 1); Время оптимального проявления (log tk от -1 до 1). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация эффекта Источник упругих волн создает в среде звуковое поле, характеризующееся некоторым распределением звукового давления и связанного с ним значения ЭВ. Для измерения звукового давления применяют приемники различного типа, в основном пьезоэлектрические преобразователи. На частотах, близких к гиперзвуковым, используют пьезополупроводниковые и пленочные преобразователи. В жидкостях при больших интенсивностях звука применяют радиометр, на высоких частотах - термические приемники звука. Один из эталонных методов измерения ЭВ основан на эффекте диска Рэлея (см. описание «Диск Рэлея»), позволяющего определять колебательную скорость, по величине которой вычисляется значение звукового давления и ЭВ. Применение эффекта ЭВ определяет эффективность таких ультразвуковых технологий как ультразвуковая очистка, ультразвуковое диспергирование, упрочнение, металлизация и пайка (см. описания). При акустической кавитации (см. описание) и связанных с ней эффектов величина ЭВ оказывает решающее воздействие на процесс возникновения кавитации и динамику кавитационных пузырьков Литература  1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.- С.400.
|