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聲能
來源:互聯網

聲能是介質中存在機械波時,使媒介附加的能量。聲能就像光能一樣所有振動的波形都具有能量!比如說光能/聲能/紅外線/次聲波/超聲波等都有能量。推動物質振動的那個能量。聲能是以波的形式存在的一種能量,就像光能是以光子形式存在的一種能量一樣。聲能與其它能量相同,是人類可以利用的能量。聲波在媒介中傳播時,媒介在聲能的作用下會產生一系列效應,如力學效應、熱學效應、化學效應和生物學效應等。

聲音傳播

首先說一下“聲”和“聲音”這兩個概念。聲的概念比較廣,包括聲音、超聲、次聲等;相對而言,聲音的概念要窄得多,它僅指人耳能感覺到的那部分聲。實際上,區分聲和聲音兩個概念也沒有什么特別的意義,在下面表述中就不做區分了。

聲能是能量的一種表現形式,其實質是物體振動后,通過傳播媒介并以波的形式發生的機械能的轉移和轉化,反過來,其他能量的轉移和轉化也可以還原成機械能而產生聲音。變化是可以逆向的。

聲能的轉化既有物理變化,也有化學變化,因為這就是能量的轉化。媒介在聲能的作用下會產生一系列效應,如力學效應、發熱發光效應、化學效應、放電效應和生物學效應等。聲能的研究和應用不僅限于物理學。

聲音的傳播必須具備三要素:聲源、傳播媒介和接受器。

聲源是產生振動的物體;傳播媒介是能量流動的渠道;接受器是感受聲音的裝置。比如在彈奏樂器時,樂器是聲源,空氣是傳播媒介,耳朵是感受聲音的接受裝置。

聲能的作用范圍形成了聲場。聲音的傳遞有能量損耗,也叫被吸收,當距離比較遠時,我們就聽不到聲音了,而且聲音的強弱變化與傳播距離的平方成正比(平方反比定律)。

聲波在媒介中傳播時,如果沒有媒介來傳播,就不會產生出聲音。當聲波傳播到周圍界面時,會引起其他固體等的振動。

聲音可以反射。利用這個特性,人們發明了為盲人指路的裝置。動物蝙蝠分辨方向也是應用這個道理。特別值得一提的是探測距離的聲納(SONAR)技術。

聲納(SONAR)是英文soundnavigationandranging?(聲音導航與測距)的縮寫。對聲納的系統研究與一艘著名的輪船——泰坦尼克號有關。1912年“泰坦尼克”號首次出航即觸礁沉沒,這件事震驚了世界,隨即有人提出用聲學方法遙測航道上的冰山的方法。緊接著在第一次世界大戰中,為了探測到敵方潛水艇的需要,對聲納的研究又得到了進一步的發展。

應用

聲能像其它能量一樣,是人類可以利用的能量,在實際生活中有廣泛的應用。

加工

利用聲能,可以應用來進行超聲焊接、超聲清洗、超聲加工、超聲探測、“攪拌”等。這主要應用的是聲能的機械能形式,比如“空化”效應的應用。超聲波在清洗液中疏密相間地向前傳播,對液體產生拉伸和擠壓作用,使液體內產生數以萬計的微小氣泡。這些氣泡迅速產生,又迅速閉合,形成的瞬間高壓,超過大氣壓的1000倍。連續不斷的高壓就像一連串小“爆炸”,不斷地沖擊物件表面,使物件的表面及縫隙中的污垢迅速剝落,從而達到物件表面凈化的目的。超聲波洗衣機也是這個道理。

熱轉化

利用聲能的熱效應還可以解決供暖或進行熱治療。美國科學家設計出一種依靠聲音制冷的冰箱。外形呈圓筒狀,圓筒外邊疊放著玻璃纖維板,筒里充滿氮氣或其它隋性氣體;筒的一端封閉,另一端是一個振動膜盒,膜盒與音圈、導線及磁鐵相連。當聲波作用于彈性膜片時,迫使筒內氣體膨脹,導致產生的熱量由玻璃纖維迅速傳導散失,從而達到降溫制冷的目地。

發音

語言發音、歌唱發聲依賴聲能來完成。

除塵降塵

超聲波能使大氣中懸浮的粉塵顆粒的電荷發生改變。對空氣中的塵粒播放超聲波,能促使塵粒之間互相吸附聚集成較大的粒子而降至地面,從而達到降塵除塵的目的。美國科學家發現,高能量的聲波可以促使塵粒相聚成一體,因重量增加而下沉,根據這一原理,他們研制出一種除塵警報器,可以用于煙囪除塵,控制高溫、高壓、高腐蝕環境中的塵粒和消除大氣污染。

聲的量度指標

1.聲音的強度

聲音的強弱單位是“分貝”,數值越大,振幅就越大,聲音就越大,大到一定程度時就變成了噪音。低到一頂程度時,我們又感受不到聲音了,但它還是存在的。不同的聲音可以代數疊加。

2.波長、頻率和振幅

聲能以波的形式存在,具有頻率(f)、聲速(c)、和波長(λ)三個物理量,三者之間的關系可用下列公式表示:。

頻率(f)是單位時間內質點振動的次數,一般以每秒振動次數表示,以Hz為單位,每秒振動一次為。

聲速(c)是單位時間波動傳播的距離,常用單位為。在不同的媒介中,傳播速度也不同。

波長(λ)是波動傳播過程中相鄰的兩個周期中,對應點的距離或相鄰的兩個波峰或波谷間的距離,常用單位為

3.音色

不同的聲音或聲音的品質我們用音色來描述,例如鋼琴和笛子的音色就不同。

聲音與感覺

生命體對聲音的感受是不同的,比如,老鼠厭惡18--35千赫頻率。人們利用電磁波及超聲波原理發明了干擾害蟲等小動物使其遷離的電子驅鼠器、電子驅蚊器、電子驅鳥器等。超聲波對某些結果早期的果樹和蔬菜,定期播送超聲波,也可促進作物生長,使其個頭增大、產量提高。實驗表明,西紅柿在生長期中經過30次100分貝的尖銳聲音處理,產量可以提高兩倍。對水稻、大豆、黃瓜等農作物,經過聲波處理也收到了增產效果。

電轉化

英國科學家根據機械波(聲波)蘊藏的能量在傳播中遇到屏障時能夠轉變成為電能的道理,設計制造出聲波電流接受儀,通過與可以增大聲能的轉換器相連,而使聲能迅速轉化為電能,供一些小型電器使用,該方法有望成為新型的綠色環保節能的發電方式,類似于光伏發電,稱之為"聲伏發電"。

降噪技術

在英國,科學家研究出以聲控制噪的新技術。利用計算機傳感器,將模擬聲轉化為數字信號并加以分析,以此來消除噪聲。現在,英、日、美、法等國家,在各種豪華小轎車里都安裝了這種系統。美國還將這種技術應用到工業空調器、抽風機、核共振成像系統、大功率冰箱等領域。

醫學診斷

有的醫學家運用聲音來診斷某些疾病。當人體組織受到來自外界作用時,活動分子會呈現無規律的波動,部位體溫隨之增高。而與此同時發出的噪音也就越大。醫生便可以用特地、專門的儀器準確地診斷出病灶和炎癥的確切部位和范圍。

聲音成像

現代影視技術的發展,還出現了以聲代光拍攝水下電視的新技術。通過聲發射器、凹鏡、電視接收機和附屬設備來完成此任。拍攝時,聲波從發射器發出之后,射到水下目標就被反射回來,經凹鏡聚焦,由聲―――電攝像管把聲音信號轉換成的電信號傳至電視顯示器,顯像管就可以把電信號轉換成的圖像顯示出來。如果需要長期保存,還可以用錄像機錄像,以便隨時播放。利用聲波拍攝水下電視圖像時,還可以拍出彩色電視圖像及立體電視圖,取得令人滿意的效果。據報道,加利福尼亞州的斯克利普斯海洋物理研究所的科學家,還研究出利用聲音透視海底的方法。他們利用波段為8―80千赫的水下聲波,在監控器的屏幕上顯示了水下實驗物的圖像。而且,這種具有計算機資料處理功能的水下物聲系統將會使人們觀察到水下的大型動物、潛艇和沉船等。

能量守恒定律

能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。

一般表述為:能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,它只會從一種形式轉化為另一種形式,或者從一個物體轉移到其它物體,而能量的總量保持不變。

也可以表述為:一個系統的總能量的改變只能等于傳入或者傳出該系統的能量的多少。總能量為系統的機械能、熱能及除熱能以外的任何內能形式的總和。

如果一個系統處于孤立環境,即不可能有能量或質量傳入或傳出系統。對于此情形,能量守恒定律表述為:“孤立系統的總能量保持不變。”

能量的定義

能量是物質運動轉換的量度,簡稱“能”。世界萬物是不斷運動的,在物質的一切屬性中,運動是最基本的屬性,其他屬性都是運動的具體表現。能量是表征物理系統做功的本領的量度。

能量(能量)是物質所具有的基本物理屬性之一,是物質運動的統一量度。

能量的單位與功的單位相同,在國際單位制中是焦耳(J)。在原子物理學、原子核物理學、粒子物理學等領域中常用電子伏(eV)作為單位,。物理領域,也用爾格(erg)作為能量單位,

能量以多種不同的形式存在;按照物質的不同運動形式分類,能量可分為機械能、化學能、熱能、電能、輻射能、核能。這些不同形式的能量之間可以通過物理效應或化學反應而相互轉化。各種場也具有能量。

表述本質

常見表述:能量既不會憑空產生也不會憑空消失,它只會從一個物體轉移到另一個物體,或者從一種形式轉化為另一種形式,而在轉化或轉移的過程中,能量總量保持不變。

熱力學第一定律:普遍的能量守恒和轉化定律在一切涉及宏觀熱現象過程中的具體表現。熱力學第一定律確認,任意過程中系統從周圍介質吸收的熱量、對介質所做的功和系統內能增量之間在數量上守恒。

熱力學第一定律即能量守恒定律,它是人類經驗的總結,也可以用物質守恒定理類推而得。熱力學系統能量表達為內能、熱量和功,熱力學第一定律是能量守恒的一種表達形式。從它導出的結論,還沒有發現與事實有矛盾。根據熱力學第一定律可以設想,要制造一種機器,它既不靠外界供給能量,本身也不減少能量,卻不斷地對外做功而不消耗能量。人們把這種假想的機器稱為第一類永動機。因為對外界做功就必須消耗能量,不消耗能量就無法對外界做功,因此第一定律也可以表達為“第一類永動機是不可能造成的”。反過來,第一類永動機永遠不能造成,也就證明了第一定律是正確的。

參考資料 >

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