超聲波聲速和聲壓原理

超聲波聲速和聲壓

超聲波聲速：

超聲波聲速是介質中微弱壓強擾動的傳播速度，其大小因媒質的性質和狀態而異。空氣中的音速在1個標準大氣壓和15℃的條件下約為340m/秒。

聲波在彈性媒質中的傳播速度為聲速，其符號為c,單位為m/s：c=λf

式中，f 為振動頻率，即每秒振動的次數，Hz：λ為波長，m。

由于在氣體中沒有剪切彈性，只有體積彈性，因而氣體的傳播形式只能是縱波。換句話說就是，在聲波的擾動下，氣體媒質中的質點在各自平衡位置附近振動，形成稠密和稀疏依次交替的傳遞過程。同時質點的運動方向與波的傳播方向相同。一般氣體在任意的情況下的聲速表達式都相當復雜，其表達式與氣體的相對分子質量、比熱容和物性方程有關，這里將不予以介紹。在一般問題中，經常會用到理想氣體的聲速公式。

可以證明在理想氣體中聲速為：c=(rp/p)0.5  

式中，r 絕熱系數，等于比定壓熱容與比定容熱容之比； p為氣體壓力，Pa； ρ為密度，kg/m3。

不同介質中的傳播速度

1. 真空 0m/s（也就是不能傳播）；

2. 空氣（15℃） 340m/s；

3. 空氣（25℃） 346m/s；

4. 軟木 500m/s ；

5. 煤油（25℃） 1324m/s ；

6. 蒸餾水（25℃） 1497m/s ；

7. 海水（25℃） 1531m/s ；

8. 銅（棒） 3750m/s ；

9. 大理石 3810m/s ；

10. 鋁（棒） 5000m/s ；

11. 鐵（棒) 5200m/s ；

超聲波聲壓

聲壓的單位為帕（Pa），其大小反映了聲波的強弱，即表示傳播的波動能量強度。聲壓越大，表示超聲波的強度越大，傳遞的能量越強。它是目前經常用來描述聲波性質的重要物理量之一，通過聲壓的測量可以間接地求得質點速度等其他的物理量。

縱波在彈性媒質內傳播過程中，媒質質點的壓強是隨時間變化的，媒質質點的密度時密時疏。根據積分原理我們可以把一個連續的介質看作是由許多緊密相連的微小體積元 dV 所組成，這樣的體積元 dV 內的介質還可以進一步看作是集中于一點、質量為 ρdV 的質點。ρ 為介質的密度，在聲波的作用下它是隨時間和位置的不同而變化的量。設體積元 dV 受到聲波的擾動之后，壓強由 p0 變到p1，則由聲波擾動所產生的逾量壓強 p 稱為聲壓：p=p1- p0

由于超聲波的波長較短、頻率很高，它所具有的能量很大，可使介質的質點產生顯著的聲壓作用。