مبانی آکوستیک

جذب موج های صوتی در شاره ها

بخش پنجم

پدیده های اضافه جذب در آبگو نها.

يك نوع اضافه جذبی که در آبگو نها رخ میدهد توأم است با واهلش گرمایی انرژی بين درجه های آزادی حرکتهای انتقالی ارتعاشهای درونی. همانگونه که در مورد گازها دیدیم این امر مستلزم این است که موج های آکوستیکی تغییرات متناوبی در دما وارد سازند. نظریه واهلش گرمایی بطور موفقیت آمیزی در باره توضیح علت اضافه جذبی که در آبگو نهای مخلوط نشدنی و غیر قطبی، مانند دی سولفوردو کو بن، بنزن، و استن روی می دهد به کار رفته است. مثلا علت این را بیان می کند که تنكش اندازه گرفته شده در استن 4.3 برابر تنكشی است که از طریق نظری پیشبینی شده. ( به جدول 9.1 رجوع کنید.)

با وجود این، واهلش گرمایی نمی تواند اضافه جذب موجود در آبگونهای مخلوط شدنی و قطبی، مانند الکل و آب، را توضیح دهد. چنین به نظر می رسد که در این گونه آبگو نها نیروهای بين مولکولی به اندازه ای قوی هستند که سبب می شوند هر نوع زمان واهلشی که وجود پیدا کند بسیار کوتاه باشد. از آنجا که بر طبق معادله 9.25 ضريب تنكش متناسب است با زمان واهلش، بنابراین جذبی که در این فراروند پیدا می شود کوچك است. بطور نامنتظره ای در عملی ثابت شده که اضافه جذبی که در آب℃ 4 صورت می گیرد به و اهلش گرمایی مربوط نیست؟ . اگر اضافه جذب اندازه گیری شده در آب مربوط به واهلش گرمایی بود لازم می آمد که خاصیت جذب در ℃4 از بين برود، زیرا در این دما انبساط گرمایی برابر با صفر است. در این دما تراكم وانبساط موجب تغییر دما نمی شود، و واهلش گرمایی صورت نمی گیرد. اندازه گیریهایی که در اطراف ℃4  به عمل آمده وجود تنزل جذب را در اطراف این دما نشان نمی دهد. بنابراین لازم است نوع دیگری از سازو کار و اهلش را جستجو کنیم تا بتواند علت اضافه جذب آب را که تقریبا سه برابر مقداری است که نظریه پیشبینی می کند توضیح دهد ( به جدول 9.1 رجوع کنید. یکی از این نوع توضیحات و اهاش ساختمانی نامیده می شود، و به وسیله هاله در مورد آب به کار رفته است. بر طبق این نظریه فرض این است که اضافه جذبی که در آب صورت می گیرد مستقیما به واسطه و اهلش ساختمانی است که مربوط به تغيير حجم است و ارتباطی به تغییر دما ندارد. در نظریه و اهلش ساختمانی فرض شده است که آب در دو حالت وجود دارد. حالت معمولی که انرژی آن کمتر است، و حالت با انرژی بیشتر که ساختمان مولکولی آن به هم نزدیکتر است. در شرایط معمولی مربوط به تعادل بیشتر مولکولها در حالت اول از انرژی هستند. با وجود این بنا بر فرض، عبور موج متراکم سبب می شود که مولکولها از حالتی که دور از هم قرار دارند به حالتی که بسیار نزديك به یکدیگر واقع می شوند انتقال یابند. تأخیر زمانی که در این عمل و در عمل عکس آن پیدا می شود سبب می گردد که اتلاف و اهلش در موج های آکوستیکی صورت گیرد. .

در تجزیه و تحلیل دقیقی که در باره اثر واهلش ساختمانی بر انتشار موج های آکوستیکی در آب به عمل آمده نشان داده شده که چنانچه فرض کنیم آب دارای ضریب حجمی چسبناکی محو نشدنی که باشد، می توان نظريه واهلش ساختمانی را پذيرفت. اگر این فرض حقیقت داشته باشد مقدار ضریب چسبناکی طولی  x با رابطه  که به وسیله استوکس پیشنهاد شده داده نمی شود، و در عوض مقدار آن برابر است با  ، که چون این مقدار را در رابطة 9.15 ببریم می شود

وقتی مقدار R را که در بالا داده شده در رابطه 9.12b ببریم، معادله تنكش كلی در آب به شکل زیر در می آید

ليبرمان مستقیما ضریب حجمی چسبناکی را اندازه گرفته است. نتیجه آزمایشهای او این است که  آب تقریبا سه برابر ضریب چسبناکی برشی است. اگر مقدار  اندازه گیری شده را در معادله 9.32 ببریم، و  را حساب کنیم، حاصل محاسبه پایایی خواهد بود که با مقدارهای اندازه گرفته شده ای که در جدول 9.1 قید شده اند بطور رضایت بخشی تطبیق می کند.

در شکل 9.7 منحنی A نمایش تنكش موج های آکوستیکی در آب℃ 5 است. معلومات این منحنی از طریق اندازه گیری به دست آمده وتنكش بر حسب  بیان شده است. منحنی B نمایش همین اندازه گیری در آب دریا در دمای℃5 است. اختلاف فاحشی که در فرکانس کمتر از 500 کیلوسیكل بر ثانیه بین این دو منحنی موجود است آشکار می سازد که يك نوع عمل واهلش دیگری در کار است که مقدار اضافه جذب صوت را در آب دریا بیش از مقدار اضافه جذب در آب شیرین می سازد. طبیعی است که این اضافه جذب در آب دریا را به وجود نمکهای محلول در آب نسبت دهیم، و در این صورت به وجود يك نوع و اهلش شیمیایی بیندیشیم. اندازه گیریهایی که به وسیله لئونارد؟ و همکارانش انجام شده نشان میدهند که اضافه جذبی که در آب دریا نسبت به آب شیرین پیدا می شود کاملا در نتیجه حضور  محلول در آب دریاست. مثلا وقتی غلظت  را در آب زیاد کنیم اضافه جذب آن نیز زیاد می شود، تا برسیم به غلظت 0.014 ملم در لیتر که در این وقت مقدار جذب برابر با جذب اندازه گیری شده در آب اقیانوس است. ممکن است زمان واهلش این فراروند را به كمك اندازه گیری فرکانسی که در آن مقدار جذب در هر طول موج ماکسیمم است حساب کرد. در℃5 فركانس نزديك به  است، و در نتیجه زمان و اهلش می شود

با در نظر گرفتن بحث بالا می توان معادله ای به شکل زیر پیشبینی کرد

معادله بالا احتمالا برای محاسبه اندازه گیریهای آزمایشی مربوط به جذب موج های آکوستیکی در آب دریا سودمند است. باید در نظر داشت که تنكشa ، که بر حسب db/m بیان شده، و a که بر حسب نپر برمتر داده می شود، با رابطه a=8.7a  با یکدیگر ارتباط دارند. نخستین جمله دست راست معادله بالا مربوط است به واهلش شیمیایی محلول  ، و دومین جمله مربوط به جذب به واسطه چسبناکی آب است. خواننده ممکن است مقدارهای آزمایشی را که از منحنی (B) شکل 9.7 به دست می آیند در معادله 9.33 گذاشته و مشاهده کند که مقدارهای بالا کاملا در این معادله صدق می کنند؛ به شرط اینکه f بر حسب کیلوسیكل بر ثانیه و  ،   و  کیلو سیکل بر ثانیه انتخاب شوند. چون این پایاها را در معادله 9.33 بگذاریم

که تنكش آب دریا را در℃5 ز نشان می دهد.

باید در نظر داشت که فرکانس واهلش  با زیاد شدن دمای آب دریا افزایش می یابد. در نتیجه جذب صوت در آب دریا با زیاد شدن دمای آن تقلیل می یابد، و برعکس. مثلا در℃ 15 مقدار  کیلوسیكل بر ثانیه است که چون این مقدار را در رابطه 9.33 بگذاریم می شود

می بینیم تنكش در آب دریا که دمایش℃15 باشد با مقدار اندازه گیری شده که از منحنی C شكل 9.7 حاصل می گردد مطابقت دارد. چون ضریب چسبناکی آب با زیاد شدن دما کاهش می یابد، پایای B در معادله 9.33 باید با افزایش دما کم شود. ولی در فرکانس کمتر از 200 کیلوسیكل بر ثانیه این تغییر دما اثر محسوسی بر مقدار جذب کلی که در آب دریا صورت می گیرد ندارد.

دیدگاهتان را بنویسید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. زمینه وب سایت اختیاری است.

دیدگاهپیغام شما
نامنام شما
ایمیلایمیل
وب سایتوب سایت