Физический механизм молекулярного поглощения

где R — некоторая постоянная величина, называемая газовой постоянной. Поэтому формулу для скорости звука можно переписать в таком виде:

или, вспоминая смысл для многоатомных газов:

.

(Вместо с мы написали с0, чтобы подчеркнуть, что эта формула справедлива для низких частот.)

Если же частоты ультразвуковых волн очень высоки, то установление равновесия между внешними и внутренними степенями свободы молекул не успевает происходить; время релаксации г гораздо больше, чем период звуковой волны T(), и внутренние степени свободы молекул не будут возбуждаться. Тогда = 0, и скорость звука будет определяться формулой

.

(Здесь скорость мы обозначаем через , чтобы подчеркнуть, что эта скорость относится к случаю очень высоких частот.) Сравнивая формулы для скорости звука при низких частотах с0 со скоростью звука на очень высоких частотах , мы видим, что больше с0.

Выражение для скорости звука можно записать в виде

,

где - адиабатическая сжимаемость. Так как

и ,

то больше и можно сказать, что скорость звука увеличивается на очень высоких частотах потому, что уменьшается сжимаемость газа. Газ будет тем менее сжимаемым, чем быстрее происходит процесс сжатия.

Итак, скорость звука в многоатомных газах изменяется от с0 на низких частотах до на очень высоких частотах. Область этого изменения и есть область дисперсии.

Аномальное поглощение звука во влажном воздухе.

Затухание звука в воздухе, как оказалось, в сильной степени зависит от его влажности. Объяснение этого явления сводится к учету релаксационного поглощения, связанного с наличием водяного пара. Коэффициент поглощения а, согласно экспериментальным данным, зависит от частоты звука и от влажности воздуха. Далее приведены экспериментальные кривые для различных звуковых частот при температуре 20°С в зависимости от относительной влажности воздуха, полученные американским акустиком В. Кнудсеном. Как видно из этого рисунка, максимум поглощения имеет место при весьма небольшой относительной влажности (10—20%); поглощение возрастает при увеличении частоты. Заметим, что влияние влажности на распространение звука играет некоторую рель в архитектурной акустике, уменьшая время реверберации помещений.

Исследования молекулярного поглощения и дисперсии многоатомных газов принадлежат большой области современного учения о звуке — молекулярной акустике — и имеют важное значение для выяснения строения молекул.