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气体的声速的分散和吸收

来源： | 发布日期：2022-10-09

气体的声速在第一近似中只是温度的函数，但如果进一步详细研究的话，随着（f/p）而增大（f:振动数，p:压力）另外作为气体中的吸收。可以考虑由滑粘性和热传导引起的式子（ω:角振动频率，η:粘滞率，K:热导率），但实际测量值往往比这个大得多。这些现象的原因可以用Kneser的热缓和的思路来说明。

图42 H2的音速和吸收振动频率变化

3.6

Kneser认为，多原子气体中声音的分散和吸收与声波对气体的膨胀压缩有关，分子的进动能立即发生变化，但内能（分子内振动)在时间上无法跟上。现在用活塞瞬间压缩气体，气体分子的平移运动剧烈，压力增大，这样放置的话，由于分子相互碰撞，平移动能的一部分在一定缓和时间转换为分子内能，压力接近平衡状态的那个。在声波的情况下，由于压缩膨胀是重复的，因此容积的变化与压力的变化之间会产生相位差，成为吸收的原因。Kneser表示，每一波长的吸收系数αλ

改为单位长度吸收系数α

μ是ω=1/τ时的αλ的值。另外，伴随此音速的分散由下式给出

μ或（u²∞-u0²）取决于哪个内部自由度的平衡成立较晚。Kneser的分子吸收理论已经证实了包括CO_₂在内的许多气体。在实验中，当知道μ，τ，u₀和u∞中的3个时，就知道了参与吸收的内部自由度和碰撞激发的概率，从而提供了在分子物理学上有用的样品。

另外，如果有少量异种分子进入某气体，就会减少，吸收也会减少。(如果在CO₂中混入0.1%的水或酒精，8kc的吸收会减少到约1/4)，显示出了与传统的利用音速的气体分析仪不同的声学气体分析的可能性。

图43 44

在分子内部自由度中，由于振动自由度较长，因此观察到的分散吸收较多，但如果进一步提高超声波的振动频率(或者降低压力减少碰撞次数也一样由此可见，并进能量之间的平衡并进能量(声波前进方向和直角方向)并进能量之间的平衡并进能量的差距并进能量。例如，Boyer测量了Ar(单原子分子气体，因此没有分子自由度的色散)在低压下的音速(97kc)，在低于1cmhg的情况下，可以增加相当大的音速。发现，与来自不完全气体理论的结果得到很好的一致。在这附近，声音的波长和分子的平均自由程相当。

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