Читать «Большая Советская Энциклопедия (СК)» онлайн - страница 99

  Е. Д. Хануков.

Скорость звука

Ско'рость зву'ка, скорость распространения какой-либо фиксированной фазы звуковой волны; называется также фазовой скоростью, в отличие от групповой скорости . С. з. обычно величина постоянная для данного вещества при заданных внешних условиях и не зависит от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда это не выполняется и С. з. зависит от частоты, говорят о дисперсии звука .

  Для газов и жидкостей, где звук распространяется обычно адиабатически (т. е. изменение температуры, связанное со сжатиями и разряжениями в звуковой волне, не успевает выравниваться за период), выражение для С. з. можно представить, как

,

где К_ад — адиабатический модуль объёмного сжатия, r — плотность, b_ад — адиабатическая сжимаемость, b_из = gb_ад — изотермическая сжимаемость, g = c_p /c_v — отношение теплоёмкостей при постоянном давлении c_p и при постоянном объёме c_v .

  В идеальном газе С. з.

(формула Лапласа), где r₀ — среднее давление в среде, R — универсальная газовая постоянная, Т — абсолютная температура, m — молекулярный вес газа. При g = 1 получаем формулу Ньютона для С. з., соответствующую предположению об изотермическом характере процесса распространения. В жидкостях обычно можно пренебречь различием между адиабатическим и изотермическим процессами.

  С. з. в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, как правило, чем в твёрдых телах, поэтому при сжижении газа С. з. возрастает. В табл. 1 и 2 приведены значения С. з. для некоторых газов и жидкостей, причём в тех случаях, когда имеется дисперсия С. з., приведены её значения для малых частот, когда период звуковой волны больше, чем время релаксации .

  Табл. 1. — Скорость звука в газах при 0 °C и давлении 1 атм

Газ

с

,

м/сек

Азот

334

Кислород

316

Воздух

331

Гелий

965

Водород

1284

Метан

430

Аммиак

415

  С. з. в газах растет с ростом температуры и давления; в жидкостях С. з., как правило, уменьшается с ростом температуры. Исключением из этого правила является вода, в которой С. з. увеличивается с ростом температуры и достигает максимума при температуре 74 °С, а с дальнейшим ростом температуры уменьшается. В морской воде С. з. зависит от температуры, солёности и глубины, что определяет ход звуковых лучей в море и, в частности, существование подводного звукового канала.