МОЛЕКУЛЯРНАЯ АКУСТИКА

Раздел физ. акустики, в к-ром св-ва в-ва и кинетика мол. процессов исследуются акустич. методами. Осн. методами М. а. явл. измерение скорости звука и поглощения звука и зависимостей этих величин от частоты звук. волны, темп-ры, давления и др. Методами М. а. можно исследовать газы, жидкости, полимеры, тв. тела, плазму.

По скорости звука можно определить сжимаемость, отношение теплоёмкостей cp/cV, модули упругости тв. тела и др., а по поглощению звука — значение сдвиговой вязкости и объёмной вязкости, время релаксации tр и др. В газах, измеряя скорость звука и её зависимость от темп-ры, определяют параметры, характеризующие вз-ствие молекул газа при столкновении. В жидкостях, вычисляя скорость звука на основании той или иной модели жидкости и сравнивая результаты расчёта с опытными данными, в ряде случаев можно оценить правдоподобность используемой модели и определить энергию вз-ствия молекул. На скорость звука влияют особенности мол. структуры, силы межмолекулярного взаимодействия и плотность упаковки молекул. Так, напр., увеличение плотности упаковки молекул, появление водородных связей, полимеризация приводят к увеличению скорости звука, а введение в молекулу тяжёлых атомов — к её уменьшению.

При наличии релаксац. процессов (см. РЕЛАКСАЦИЯ АКУСТИЧЕСКАЯ) энергия поступат. движения молекул в звук. волне перераспределяется на внутр. степени свободы. При этом появляется дисперсия звука, а зависимость произведения коэфф. поглощения на длину волны от частоты звука имеет максимум на нек-рой частоте wр=1/tр, наз. частотой релаксации. Величины дисперсии звука и коэфф. поглощения зависят от того, какие именно степени свободы возбуждаются под действием звук. волны, а wр связана со скоростью обмена энергией между разл. степенями свободы. Т. о., измеряя скорость звука и коэфф. поглощения в зависимости от частоты звука и определяя tр, можно судить о характере мол. процессов и о том, какой из них вносит осн. вклад в релаксацию. Эти методы позволяют исследовать возбуждение колебат. и вращат. степеней свободы молекул в газах и жидкостях, столкновение молекул в смесях разл. газов, установление равновесия при хим. реакциях, перестройку мол. структуры в жидкостях, процессы сдвиговой релаксации в очень вязких жидкостях и полимерах, разл. процессы вз-ствия звука с эл-нами проводимости, фононами и др. элем. возбуждениями в тв. телах.

Область релаксации для жидкостей лежит, как правило, в диапазоне более высоких частот, чем для газов. В очень вязких жидкостях, полимерах и нек-рых др. в-вах в поглощение и дисперсию может давать вклад целый набор релаксац. процессов с широким спектром времён релаксации. Изучение температурных зависимостей скорости и поглощения звука позволяет разделить вклад разл. релаксац. процессов.

В М. а. для исследований обычно применяется УЗ: в газах — в диапазоне частот 104—105 Гц, а в жидкостях и тв. телах — в диапазоне 105— 1010 Гц.

Методы М. а. могут быть также использованы для исследования таких в-в, в к-рых вз-ствие звука с элементарными возбуждениями не ограничивается простейшими релаксац. процессами. Так, напр., методы М. а. используются для исследования кинетики мол. процессов в критич. области. Исследования поглощения УЗ в металлах и ПП при разных темп-pax, магн. полях и др. внеш. воздействиях позволяют получить информацию о поведении эл-нов и об особенностях электрон-фононного вз-ствия. Измерение внутр. трения в диэлектриках, напр. в кварце, в зависимости от темп-ры и при разных условиях предварит. обработки позволяет судить о наличии тех или иных примесей и дефектов.