试验五测量液体中超声波所产生的声压

實驗五測量液體中超聲波所產生的聲壓

一、實驗目的：

以超聲波產生器產生之超聲波打入液體中，利用不同面積的物體去承受其所產生的波，並由天平的變化量，計算出超聲波產生器所生之超聲波施予物體的壓力大小，並藉由改變物體與波源的距離，觀察是否聲壓大小會與波源距離有關

二、實驗儀器：

三、實驗原理： Part 1 實驗配置原理：

實驗配置裝置圖如下(以卡通圖方式表示)

等待裝置為淨力平衡後，使電子天平的讀數歸零，再將超聲波產生器產生之超聲波打入水槽中，即可發現天平上有一讀數，而此讀數即為砝碼在水中所受的力量，將此讀數(若干克)除上物體的受力面積就是物體所承受的壓力，此壓力就是超聲波在液體中所產生之聲壓

Part 2 超聲波聲壓原理理論推導： 符號說明：

av E <> 平均能量

av η 平均能量密度 0ω 角速度

ρ 液體密度

o S 振幅

m ∆ 單位質量 V

∆ 單位體積

I 功率密度

C 波前進的速度

222022

022

011,(),221

21

2

()

av av av o av o av o av av av av av av o o E V

k E kx kS m V m E V S S E V A C t Power AC

t t t

Power I C

A I

C

P CS ηωρρωηρωηηηηηρω<>=⨯∆⇒<>=

==∆=∆∆⇒<>=∆=<>⨯∆∆<>====∆∆∆<>⇒==⇒=

=

以下為其他一些有用的關係式的推導

222222221

222

1

2

2o o

o o o av o o P CS P S C C I C P I C S C C I S C ρωρωρρηρωρω=⇒=

=⇒===

⨯⇒= 四、實驗步驟：

1. 將實驗裝置安排如實驗裝置圖中所示，Transdcers 必須貼緊

水槽底

2. 為了避免水波震動影響數據讀取，在水上放置保麗龍條提昇

穩定度

3. 將輕繩裁成”適當”長度兩端綁上砝碼

4. 將較重的砝碼那一端掛上電子天平上方的滑輪，較輕的一端

置於水槽上方的滑輪

5. 等待整個系統達到靜力平衡後，按下電子天平的歸零鍵

6. 打開超聲波產生器的開關，並再等待整個系統達靜力平衡

後，觀察電子天平的讀數，重複動作，讀三次數值取平均 7. 紀錄其讀數，並除以浸於水槽中砝碼的底部總面積，此值即

為聲壓

8. 調整可動式支架的高度及距離，使得水槽中的砝碼與波源的

距離改變，觀察是否電子天平上的讀數會改變 9. 換上不同搭配的砝碼

10.重複步驟2至8

五、實驗裝置圖：

1.裝置全圖

2.超聲波產生器與水槽

3.電子天平

4. 固定式支架，移動式支架與滑輪

六、實驗數據：

註..高度一比高度二接近波源，高度二比高度三接近波源，由於此實驗目的不在於觀察波源距離與聲壓之關係，而且本實驗所使用之Transducers所產生之超聲波為縱波，理論上不會與距離發生很大的關係，因此，高度上的拿捏不需要非常精準的量測出其差值

1號砝碼組(受力面積 1.327平方公分)

2號砝碼組(受力面積 1.674平方公分)

3號砝碼組(受力面積 2.659平方公分)