БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ПО)

Поглоще'ние волн, превращение энергии волн в другие виды энергии в результате взаимодействия волны со средой, в которой она распространяется, или с телами, которые расположены на пути её распространения. В зависимости от природы волны и свойств среды, в которой она распространяется, механизм П. в. может быть различным (например, при поглощении звука и поглощении света ) .

Поглоще'ние зву'ка, превращение энергии звуковой волны в другие виды энергии, и в частности в тепло; характеризуется коэффициентом поглощения а, который определяется как величина, обратная расстоянию, на котором амплитуда звуковой волны уменьшается в е = 2,718 раз. а выражается в см -1 т. е. в неперах на см или же в децибелах на м (1 дб/м = 1,15×10 -3 см -1 ) . П. з. характеризуют также коэффициент потерь e = al/p: (где l — длина волны звука) или добротностью Q = 1/e . Величина al называется логарифмическим декрементом затухания. При распространении звука в среде обладающей вязкостью и теплопроводностью,

, (1)

где r — плотность среды, с — скорость звука в ней, w — круговая частота звуковой волны, h и x — коэффициент сдвиговой и объёмной вязкости соответственно, c — коэффициент теплопроводности, С р и C v— теплоёмкости среды при постоянном давлении и объёме соответственно. Если ни один из коэффициентов h, x и c не зависит от частоты, что часто выполняется на практике, то a ~ w 2 . Если при прохождении звука нарушается равновесное состояние среды, П. з. оказывается значительно большим, чем определяемое по формуле (1). Такое П. з. называется релаксационным (см. Релаксация ) и описывается формулой

,

где t — время релаксации, c 0и c ¥— скорости звука при wt << 1 и при wt > 1 соответственно. В этом случае П. з. сопровождается дисперсией звука. Величина a /f 2, где f = w/2p, является характеристикой вещества, определяющей П. з. Она, как правило, в жидкостях меньше, чем в газах, а в твёрдых телах для продольных волн меньше, чем в жидкостях.

П. з. в газах зависит от давления газа, разрежение газа эквивалентно увеличению частоты. Теплопроводность и сдвиговая вязкость в газах дают в П. з. вклад одного порядка величины. В жидкостях П. з. в основном определяется вязкостью, а вклад теплопроводности пренебрежимо мал. В большинстве жидкостей для П. з. существенны объёмная вязкость и релаксационные процессы. Частота релаксации в жидкостях, т. е. величина w р = 1/t, как правило, очень велика и область релаксации оказывается лежащей в диапазоне высоких ультразвуковых и гиперзвуковых частот. Коэффициент П. з. обычно сильно зависит от температуры и от наличия примесей.

П. з. в твёрдых телах определяется в основном внутренним трением и теплопроводностью среды, а на высоких частотах и при низких температурах — различными процессами взаимодействия звука с внутренними возбуждениями в твёрдом теле, такими, как фононы, электроны, спиновые волны и пр. Величина П. з. в твёрдом теле зависит от кристаллического состояния вещества (в монокристаллах П. з. обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов, примесей и дислокаций, от предварительной обработки, которой был подвергнут материал. В металлах, подвергнутых предварительной термообработке, а также ковке, прокатке и т.п., П. з. часто зависит от амплитуды звука. Во многих твёрдых телах при не очень высоких частотах a ~ w , поэтому величина добротности не зависит от частоты и может служить характеристикой потерь материала. Самое малое П. з. при комнатных температурах было обнаружено в некоторых диэлектриках, например в топазе, берилле, железоиттриевом гранате (a ~ 15 дб/см при f = 9 Ггц ) . В металлах и полупроводниках П. з. всегда больше, чем в диэлектриках, поскольку имеется дополнительное поглощение, связанное с взаимодействием звука с электронами проводимости. В полупроводниках это взаимодействие при определённых условиях может приводить к «отрицательному поглощению», т. е. к усилению звука (см. Усиление ультразвука ) . С ростом температуры П. з., как правило, увеличивается.

Наличие неоднородностей в среде приводит к увеличению П. з. В различных пористых и волокнистых веществах П. з. велико, что позволяет применять их для заглушения и звукоизоляции.

Лит.: Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957; Михайлов И. Г., Соловьев В. А. и Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 2, ч. А, т. 3, ч. Б, М., 1968—1969: т. 7, М., 1974; Труэлл P., Эльбаум Ч., Чик Б., Ультразвуковые методы в физике твердого тела, пер. с англ., М., 1972.

А. Л. Полякова.

Поглоще'ние све'та,уменьшение интенсивности оптического излучения (света), проходящего через материальную среду, за счёт процессов его взаимодействия со средой. Световая энергия при П. с. переходит в различные формы внутренней энергии среды; она может быть полностью или частично переизлучена средой на частотах, отличных от частоты поглощённого излучения.

Основной закон, описывающий П. с., — закон Бугера , который связывает интенсивности I света, прошедшего слой среды толщиной l , и исходного светового потока I 0. Не зависящий от I, I 0 и l коэффициент k lназывается поглощения показателем (ПП, в спектроскопии — поглощения коэффициентом); как правило, он различен для разных длин света l . Этот закон установил на опыте в 1729 П. Бугер. В 1760 И. Ламберт вывел его теоретически из очень простых предположений, сводящихся к тому, что при прохождении слоя вещества интенсивность светового потока уменьшается на долю, которая зависит только от ПП и толщины слоя, т. е. dl/l= —k l dl (дифференциальная, равносильная первой, запись закона Бугера). Физический смысл закона состоит в том, что ПП не зависит от I и l (это было проверено С. И. Вавиловым экспериментально с изменением I ~ в 10 20раз).

Зависимость k l от l называется спектром поглощения вещества. Для изолированных атомов (например, в разреженных газах) он имеет вид набора узких линий, т. е. k l отличен от 0 лишь в определённых узких диапазонах длин волн (шириной в десятые — сотые доли ). Эти диапазоны соответствуют частотам собственных колебаний электронов внутри атомов, «резонирующих» с проходящим излучением и поэтому поглощающих из него энергию ( рис. 1 ). Спектры П. с. отдельных молекул также соответствуют собственным частотам, но гораздо более медленных колебаний внутри молекул самих атомов, которые значительно тяжелее электронов. Молекулярные спектры П. с. занимают существенно более широкие области длин волн, т. н. полосы поглощения, шириной от единиц до тысяч . Наконец, П. с. жидкостями и твёрдыми телами обычно характеризуется очень широкими областями (тысячи и десятки тысяч ) с большими значениями k lи плавным ходом его изменения ( рис. 2 ). Качественно это можно объяснить тем, что в конденсированных средах сильное взаимодействие между частицами приводит к быстрой передаче всему коллективу частиц энергии, отданной светом одной из них. Другими словами, со световой волной «резонируют» не только отдельные частицы, но и многочисленные связи между ними. Об этом свидетельствует, например, изменение П. с. молекулярными газами с ростом давления — чем выше давление (чем сильнее взаимодействие частиц), тем «расплывчатее» полосы поглощения, которые при высоких давлениях становятся сходными со спектрами П. с. жидкостями.