Химическая энциклопедия

Акустическая Спектроскопия

Акустическая Спектроскопия
АКУСТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

изучает распространение в в-ве звуковых волн малых амплитуд. В случае продольных волн частицы или малые элементы объема, содержащие не менее 104 молекул, колеблются вдоль направления распространения волны, в случае поперечных-в плоскости, перпендикулярной этому направлению. Продольные волны создают последовательно чередующиеся адиабатич. сжатия и разрежения среды, сопровождающиеся изменением т-ры и соответствующим смещением равновесия хим. р-ций. В областях сжатия и разрежения возникают небольшие локальные отклонения от термодинамич. равновесия, не приводящие (в случае звуковых колебаний малых амплитуд) к фазовым переходам. Среда стремится вернуться в состояние термодинамич. равновесия, т. е. возникают релаксац. процессы, к-рые приводят к поглощению энергии волн. Убывание амплитуды (избыточного давления Р) плоской волны, распространяющейся вдоль направления х. описывается ур-нием: Р(х) = ,> где Р 0 -начальная амплитуда, -коэф. поглощения, зависящий от частоты v (v = 1/2 Т, где T-период волны).

Рис. 1. Дисперсия скорости звука.

При релаксации фазовая скорость Сволны также зависит от v, т. е. наблюдается дисперсия скорости звука. Если Тнамного меньше времени релаксации звуковые колебания не успевают изменить состояние среды, и при vС-> (см. рис. 1). При (низкие частоты) термодинамич. равновесие среды в осн. успевает установиться и скорость звука будет меньше (vЧ>0, СЧ>С 0). Наиб. изменение С наблюдается в т. наз. дисперсионной области при частоте релаксации vp = l/2

В методах А. с. измеряют зависимости С и от v (или ) с помощью акустич. спектрометров, обычно содержащих излучатель и приемник звуковых колебаний. Распространены приборы, позволяющие измерять Си в жидкой среде в интервале v 104-109 Гц. Требующийся для измерений объем в-ва составляет (10C/v)3. относит. погрешность измерений С-10-1 - 10-3%,-5-10%.

При проведении исследований сначала находят эксперим. зависимости С и от v. Затем, исходя из той или иной модели релаксац. процесса, рассчитывают теоретич. зависимости и сравнивают их с экспериментальными. Наиб. часто релаксац. процесс описывают с помощью представлений об элементарных хим. р-циях. В терминах элементарных р-ций могут быть описаны любые резкие изменения состояния системы, приводящие к разрыву или образованию хим. связей, конформац. превращениям, поглощению или испусканию фононов или фотонов и т. д. В Наиб. простых случаях зависимости и С от со описываются ур-ниями:

Здесь -время акустич. релаксации, обусловленное некрой р-цией, b а-> релаксац. сила, соответствующая этой р-ции, - "релаксирующая" часть коэффициента поглощения, -длина волны, соответствующая круговой частоте

В кач-ве примера на рис. 2 представлена простая релаксац. полоса поглощения звука в акустич. спектре жидкого бензола. Ее максимум соответствует релаксац. частоте vp = = 1/2PS; > ордината максимума равна b а/2; > полуширина полосы v1/2 =

Рис. 2. Зависимость величины от частоты звуковых колебаний в жидком бензоле при 20 Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия 1988