Ультразвуковой метод изучения быстрых реакций в растворах. - 3 стр.

медленно, что равновесные распределения по энергии всех степеней свободы,
которые вносят заметный вклад в величину удельной теплоемкости, успевают
практически полностью установиться за время, меньшее периода колебания
звука. Если же это не так, то эффективные удельные теплоемкости будут
зависеть от частоты. Например, колебательная часть теплоемкости снижается с
ростом частоты звука, что приводит к дисперсии звука согласно формуле (1).
    Рассмотрим, например, прохождение звука через газ CO2 . Молекула CO2
имеет 3 поступательные степени свободы, 2 вращательные и 4 колебательные.
Таким образом, для этой молекулы в равновесных условиях
                             Cp          R         1
                       γ =        = 1+      = 1+       = 1.2 .
                             Cv          Cv      3 2 1
                                                  + +
                                                 2 2 2
     Если за период колебания звука энергия колебательных степеней свободы
не успевает релаксировать, то
                                        1
                                γ = 1+      = 1 .4 .
                                       3 2
                                        +
                                       2 2
Процесс поглощения звука рассмотрим сначала в одноатомном газе. При
прохождении звуковой волны возникают чередующиеся области сжатия и
разрежения газа. В областях сжатия газ нагревается, в областях разряжения-
охлаждается. Переход тепла от нагретых областей к охлажденным за счет
процесса теплопроводности является необратимым процессом. Это означает,
что перешедшая за счет теплопроводности между участками с конечной
разностью температур тепловая энергия уже не может в дальнейшем
переходить в механическую энергию звуковой волны.
     Рассмотрим теперь многоатомный газ в условиях, когда период колебаний
в звуковой волне больше времени колебательной релаксации. В этом случае,
как и одноатомный газ, поглощение будет происходить за счет теплообмена
между областями сжатия и разрежения. Если же период колебаний в звуковой
волне меньше времени колебательной релаксации, то в областях сжатия газа
колебательные степени свободы молекул будут иметь меньшую температуру по
сравнению с поступательными и вращательными степенями свободы.
Наоборот, в областях разрежения колебательные степени свободы будут иметь
большую температуру по сравнению с другими степенями свободы.
     Таким образом, процесс необратимого теплообмена при конечной разности
температур в случаях, когда период колебаний в звуковой волне меньше
времени колебательной релаксации, будет происходить не только между
колебательными и другими степенями свободы молекул. Это и вызывает
дополнительное поглощение звука при высоких частотах в многоатомных газах
и в других средах с достаточно медленной релаксацией.
     Когда же частота звука мала по сравнению со скоростью колебательной
релаксации, в каждый момнет времени все степени свободы молекул имеют
одинаковую температуру и такого дополнительного поглощения звуковой
волны нет.