超聲波聲速和聲壓原理

超聲波聲速和聲壓

超聲波聲速：

超聲波聲速是介質中微弱壓強擾動的傳(chuan) 播速度，其大小因媒質的性質和狀態而異。空氣中的音速在1個(ge) 標準大氣壓和15℃的條件下約為(wei) 340m/秒。

聲波在彈性媒質中的傳(chuan) 播速度為(wei) 聲速，其符號為(wei) c,單位為(wei) m/s：c=λf

式中，f 為(wei) 振動頻率，即每秒振動的次數，Hz：λ為(wei) 波長，m。

由於(yu) 在氣體(ti) 中沒有剪切彈性，隻有體(ti) 積彈性，因而氣體(ti) 的傳(chuan) 播形式隻能是縱波。換句話說就是，在聲波的擾動下，氣體(ti) 媒質中的質點在各自平衡位置附近振動，形成稠密和稀疏依次交替的傳(chuan) 遞過程。同時質點的運動方向與(yu) 波的傳(chuan) 播方向相同。一般氣體(ti) 在任意的情況下的聲速表達式都相當複雜，其表達式與(yu) 氣體(ti) 的相對分子質量、比熱容和物性方程有關(guan) ，這裏將不予以介紹。在一般問題中，經常會(hui) 用到理想氣體(ti) 的聲速公式。

可以證明在理想氣體(ti) 中聲速為(wei) ：c=(rp/p)0.5  

式中，r 絕熱係數，等於(yu) 比定壓熱容與(yu) 比定容熱容之比； p為(wei) 氣體(ti) 壓力，Pa； ρ為(wei) 密度，kg/m3。

不同介質中的傳播速度

1. 真空 0m/s（也就是不能傳(chuan) 播）；

2. 空氣（15℃） 340m/s；

3. 空氣（25℃） 346m/s；

4. 軟木 500m/s ；

5. 煤油（25℃） 1324m/s ；

6. 蒸餾水（25℃） 1497m/s ；

7. 海水（25℃） 1531m/s ；

8. 銅（棒） 3750m/s ；

9. 大理石 3810m/s ；

10. 鋁（棒） 5000m/s ；

11. 鐵（棒) 5200m/s ；

超聲波聲壓

聲壓的單位為(wei) 帕（Pa），其大小反映了聲波的強弱，即表示傳(chuan) 播的波動能量強度。聲壓越大，表示超聲波的強度越大，傳(chuan) 遞的能量越強。它是目前經常用來描述聲波性質的重要物理量之一，通過聲壓的測量可以間接地求得質點速度等其他的物理量。

縱波在彈性媒質內(nei) 傳(chuan) 播過程中，媒質質點的壓強是隨時間變化的，媒質質點的密度時密時疏。根據積分原理我們(men) 可以把一個(ge) 連續的介質看作是由許多緊密相連的微小體(ti) 積元 dV 所組成，這樣的體(ti) 積元 dV 內(nei) 的介質還可以進一步看作是集中於(yu) 一點、質量為(wei) ρdV 的質點。ρ 為(wei) 介質的密度，在聲波的作用下它是隨時間和位置的不同而變化的量。設體(ti) 積元 dV 受到聲波的擾動之後，壓強由 p0 變到p1，則由聲波擾動所產(chan) 生的逾量壓強 p 稱為(wei) 聲壓：p=p1- p0

由於(yu) 超聲波的波長較短、頻率很高，它所具有的能量很大，可使介質的質點產(chan) 生顯著的聲壓作用。