气体中的声速

出处:按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第548页(1993字)

距今整整300年前,即1687年,顿首先得出气体中声速

并根据波义尔定律推导出k=P.)为气体的压力。推导如下:

考虑一定质量的空气或其它气体,它的压力与体积分别为P与V,并令在一定的温度之下,发生很小的变化,即:

(P+δP)及(V-δV)

由波义尔定律: PV=常数 (11.2-1)

微分后有: PδV+VδP=0

而气体的弹性模量(这里指体积弹性模量)

比较(11.2-2)与(11.2-3)式即得到

P=k (11.2-4)

(式中负号表示,当压力增加时,体积减小)

当用牛顿的气体中声速关系来计算0℃时的空气的声速,并用

P=101.3kPa

ρ=1.29kg/m3

得C=280米/秒,它比实验数值低。

过了129年即1816年,拉普拉斯首先解释了这一偏离的原因。他指出,由于声波的压缩和膨胀如此迅速,会伴随有热量的得失,因而就会有温度的变化。而声波传播的速度又远大于热量传递的速度,声波传播的过程中来不及建立热平衡。条件是绝热的,而不是等温的,故应用波义定律是不对的。必须应用绝热方程。

PVr=常数

这里r是气体的定压比热对定容比热之比值(Cp/Cv)。

我们再对此进行微分就有:

rPVr-1δV+VrδP=0

与(11.2-2)相比得绝热的体积弹性模量=rP

应用上述同样的空气条件及r=1.40,就得出空气中的声速C为331.6米/秒,这就与实验值更为符合的数值,它沿用至今。

【参考文献】:

[1]IEC—327,Precision method for pressure calibration or one—inch standard condenser microphones by the reciprocity technique. 1971.

[2]1EC—486,Precision method for free—field calibration of one inch standard condenser microphones by reciprocity technique, 1974.

[3]IEC—150.Testing and calibration of ultrasonic therapeutic equipment, 1963.

[4]GB 3223-82,水声换能器的自由场互易校准

[5]GB 3785-83,声级计的电,声性能及测量方法

[6]GB 7341-87,听力计

[7]GB 7614-87,校准测听耳机用宽频带型仿真耳

[8]GB 7342-87,测听耳机校准用IEC临时参考耦合腔

[9]OIML R102,声校准器

[10]JJG 188-90,声级计

[11]JJG 698-90,积分声级计

[12]标准电容传声器有关国家标准及检定规程

[13]JJG 388-85,听力计

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