Главная - Литература

0 1 [2] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

При распространении ультразвуковой волны в среде возникают области сжатия и разрежения. Появляющееся при этом переменное давление называется звуковым. Нетрудно показать, что звуковое давление

Р = Ро + Apcai cos ы (t - х/с), (12)

где ро - давление в среде в отсутствие волны, Р = = Лрсю - амплитуда переменного звукового давления. Обращаясь к формулам (11) и (12), замечаем, что амплитуда звукового давления связана с интенсивностью соотношением

которое показывает, что интенсивность ультразвука прямо пропорциональна квадрату амплитуды звукового давления и ебратно пропорциональна акустическому сопротивлению среды. Из формул (3) и (12) следует также, что отношение амплитуд звукового давления и колебательной скорости равно акустическому сопротивлению среды:

P/U = pc. (14)

С другими величинами, характеризующими ультразвук, мы будем знакомиться по мере возникающей в этом необходимости.

Формулы (3) - (6) и (12) даны без вывода. Конечно, можно было бы привести элементарный вывод этих формул. Однако он громоздок и вряд ли достаточно убедительно разъяснит существо дела. Рано или поздно вы познакомитесь с основными идеями и техникой дифференциального и интегрального исчисления. Тогда выводы подобных формул будут вам представляться очевидными.

МАГНИТОСТРИЩИОКНЫЙ ЭФФЕКТ

И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА

Проделайте следующий опыт. На ферритовый стержень диаметром 8 мм и длиной 50-160 мм плотно (можно внавал) намотайте обмотку, содержащую 200-300 витков провода ПЭЛ 0,2. Выводы обмотки подключите к входу М школьного усилителя низкой




частоты типа УНЧ-3, а к выходу усилителя Гр подсоедините лампочку накаливания, рассчитанную на напряжение 2,5 В и ток 0,15 А. Держась за один конец ферритового стержня рукой, по другому слегка ударьте каким-либо предметом из немагнитного материала. При этом, если вы правильно подобрали чувствительность усилителя, лампочка немедленно вспыхнет (рис. 1).

Проанализируем опыт. Поскольку вспыхнула лампочка, значит, на выходе усилителя возникает ток, который может быть обусловлен лишь кратковременным появлением напряжения на его входе. Разность потенциалов на концах .

обмотки стержня мог- т- * ла возникнуть только за счет прохождения по обмотке тока. Но ток в обмотке может появиться лишь тогда, когда изменяется магнитное поле, пронизывающее ее витки. Следовательно, при ударе о ферритовый стержень на короткий промежуток времени изменилось пронизывающее обмотку магнитное поле, и, поскольку сам стержень был ненамагничен, нужно заключить, что при ударе вокруг стержня возникало магнитное поле.

Явление, которое вы наблюдали на опыте,- появление магнитного поля при деформации ферромагнетика- называется обратным магнитострикционный эффектом. Прямой магнитострикционный эффект - изменение размеров (деформация) ферромагнетика при изменении окружающего магнитного поля - был впервые обнаружен английским ученым Джоулем еще в 1847 году.

Зависимость линейной деформации некоторых материалов от напряженности магнитного поля графически показана на рис. 2. Из графиков видно, что наиболее сильно и самым простым образом магнитострикционный эффект проявляется у никеля. Более сложна зависимость деформации от напряженности магнитного поля у железа и литого кобальта.

Рис 1. К наблюдению обратного магнитострикционного эффекта

/ - деревянная палочка, которой производится у up, 2 - ферритоьый стержень с обмоткой.



Железный стержень, например, в слабом магнитном поле удлиняется (положительная магнитострикция), а в сильном - укорачивается (отрицательная магнитострикция).

Прямой магнитострикционный эффект широко используется для получения ультразвука: если по обмотке возбуждения, вдоль оси которой расположен ферромагнитный стержень, пропускать переменный ток достаточно высокой частоты, то стержень будет периодически изменять свои размеры и его колеблющиеся концы смогут

Со (литой).


1000

2000

Ряс. 2. Графики зависимости деформации стержней из никеля, железа и литого кобальта от напряженности магнитного поля, направленного по оси этих стержней.

возбудить в окружающей среде упругую ультразвуковую волну (рис. 3).

Обратный магнитострикционный эффект применяют в приемниках ультразвука, которые устроены точно так же, как излучатели. Собственно, для постановки описанного выше опыта вы уже использовали простейшую модель магнито-стрикциоиного приемника.

Существенной особенностью магнитострикционного эффекта является, как принято говорить, его четность, т. е. независимость эффекта от направления магнитного поля. Если помещенный в продольное магнитное поле никелевый стержень становится короче, чем в отсутствие поля, то при изменении направления магнитного поля на противоположное стержень так и остается укороченным, а не удлиняется. Поэтому концы ферромагнитного стержня, расположенного в обмотке возбуждения, по которой проходит переменный ток (см. рис. 3), колеблются с частотой, в два раза превышающей частоту переменного тока. Чтобы подробнее рассмотреть эту особенность, обратимся к рис. 4,



0 1 [2] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52



0.0091