超声波在液体中温度变化对相速的影响

實驗三超聲波在液體中溫度變化對相速的影響一、實驗目的:使學生在超聲波量測上的基本知識與量測技巧更加熟悉，也能了解到溫度的變化導致超聲波在傳遞上的速度差異。在不同的液體中，由於黏滯性的不同，會造成超聲波在傳遞上的速度差異，試探討在溫度與黏滯性的雙重變化之下，對超聲波的傳遞速度所造成之影響。試與實驗二的結果進行比較。二、儀器設備:儀器名稱數量規格超聲波產生器1800kHZ超聲波接收器1防水換能器1恆溫加熱器1200~850恆溫槽3示波器1100MHZ位移量測器1精密度0.01cm溫度計100C三、實驗原理:Ch2Ch2Ch1示波器超聲波產生器超聲波檢測器超聲波換能器水槽溫度高時液體分子的速度也相對增加，而聲音是機械波，是靠『分子』之間的作用（如碰撞）而傳播的。因此溫度高時聲速快。將超聲波產生器、接收器的訊號分別輸入至示波器的X輸入端(CH1)和Y輸入端(CH2)，並將示波器調至X-Y操作模式，以觀察其利薩如圖形。由於超聲波產生器、接收器的頻率是相同的，所以其圖形為橢圓形。把超聲波產生器、超聲波接收器放置在水槽的同一水平上，其距離為X。慢慢移動超聲波接收器，以改變其與超聲波產生器的距離X，此時，兩邊訊號的相位差亦會同時改變，在示波器上，可觀察到橢圓形的利薩如圖形會變形、旋轉。若超聲波接收器移動了ΔL的距離，可使利薩如圖形變回原來的形狀，則此距離即為超聲波的波長λ。另外，亦可由示波器上觀察波形的變化，計算超聲波接收器移動的距離ΔX及其所移動的波數n。利用示波器，我們可以計算出此超聲波的頻率f(亦可經由超聲波產生器的頻率規格加以比較)。則超聲波的相速λ=ΔL－→VP＝λ×f(或)四、實驗步驟:儀器設備裝置如上圖將超聲波產生器貼緊玻璃槽，將超聲波產生器和玻璃槽的接觸面塗上甘油或水，避免因接觸不完全而破壞了超聲波的波型。為了避免駐波產生，可於玻璃槽的另一端貼上皺紙或海綿。將超聲波產生器的螢幕訊號接頭接於示波器的第二接頭，將超聲波接收器接於示波器的第一接頭。將超聲波接收器置於水槽內，與超聲波產生器的平面平行，而且隔著玻璃槽壁與超聲波產生器相貼。將超聲波接收器和螢幕訊號產生器在示波器上調為同相。將超聲波接收器向玻璃槽另一端平移，將發現振幅會有週期性的變化，將經過n個週期超聲波接收器的位移紀錄下來ΔL。利用恆溫加熱器將液體加溫，並測量在不同溫度下液體中的超聲波聲速。將液體改為甘油或飽和食鹽水，重複步驟一到八測量超聲波的相速和群速。五、數據:(1)水溫度(OC)波長(cm)相速(m/s)(2)甘油溫度(OC)波長(mm)相速(m/s)(3)飽和食鹽水溫度(OC)波長(mm)相速(m/s)六、儀器裝置圖：示波器超聲波產生器防水換能器恆溫加熱器及恆溫槽超聲波接收器位移量測器七、參考資料GarlW.Garland(WarrenP.MasonandR.N.ThurstonEd.).PhysicalAcousticsΠ.AcademicPress.NewYorkandLandon.pp.51－148(1964).HeinrichKuttruff.UltrasonicsFundamentalsandApplications.ElsevierAppliedScience,London/ElsevierSciencePub.Co.,NewYork(1991).A.B.Bhatia.UltrasonicAbsorption:anIntroductiontoTheTheoryofSoundAbsorptionandDispersioninGases,Liquids,andSolids.DoverPublications.NewYork(1985)..V.A.Shutilov,translatedfromtheRussianbyMichaelE.Alferi