|
вол-
ны Лява
(рис. 2.2,
б
).Это сдвиговые волны, существующие в
тонком слое на поверхности твердого тела. Волны Лява обла-
дают дисперсией и локализуются в слое, толщина которого
d
p
>
s
.Это чисто поперечные волны: в них имеется только одна
компонента смещения
v
, а упругая деформация в волне пред-
33
ставляет собой чистый сдвиг. Смещения в слое распределены
по косинусу, а в полупространстве экспоненциально убывают с
глубиной. Глубина проникновения волны в полупространство
меняется от долей
s
до многих
s
, в зависимости от толщины
слоя
h
, частоты
ω
и параметров сред. Само существование вол-
ны Лява как поверхностной акустической волны связано с на-
личием слоя на полупространстве: если глубина проникновения
волны в полупространство стремится к бесконечности, то волна
переходит в объемную.
Исследованы чисто сдвиговые волны, не обладающие
дисперсией (рис. 2.2,
в
).Эти волны получили название
волн Гу-
ляева
-
Блюштейна
.
Они могут существовать на свободной по-
верхности пьезоэлектрических кристаллов. Глубина их проник-
новения в десятки раз превышает длину акустической волны
(d
p
>>
s
,).Применение таких волн позволяет избежать тщатель-
ной обработки поверхности материала.
Наряду с обычными волнами Рэлея в некоторых образцах
кристаллов вдоль свободной границы может распространяться
затухающая волна, излучающая энергию вглубь кристалла (вы-
текающая волна). Наконец, если кристалл обладает пьезоэф-
фектом и в нем имеется поток электронов (пьезополупроводни-
ковый кристалл), то возможно взаимодействие поверхностных
волн с электронами, приводящее к усилению этих волн (акусто-
электронное взаимодействие).
На свободной поверхности жидкости упругие ПАВ суще-
ствовать не могут, но на частотах ультразвукового диапазона и
ниже могут возникать поверхностные волны, в которых опреде-
ляющими являются не упругие силы, а поверхностное натяже-
ние − это так называемые капиллярные волны.
Важной особенностью распространения динамических не-
однородностей акустической природы (ПАВ) в континуальных
средах с различными физическими свойствами является суще-
ствующий эффект генерации динамических неоднородностей
другой природы. Вследствие явления акустоэлектронного взаи-
34
модействия происходит воздействие акустической волны на
электроны проводимости в твердых телах. Результатом такого
воздействия является обмен энергией и импульсом между аку-
стической волной и электронами проводимости. Например, пе-
редача энергии акустической волны электронам приводит к
электронному поглощению звука, а передача импульса акусти-
ческой волны стимулирует возникновение электрического тока.
Возможно явление усиления звука за счет стимулированного
дрейфа электронов в твердом теле и частичной передачи энер-
гии акустической волне.
Возникающая при распространении акустической волны
деформация вызывает в пьезоматериалах переменное электри-
ческое поле, амплитуда и фаза которого находятся в прямой
зависимости от объемного заряда электронов проводимости
(прямой пьезоэффект). В свою очередь это поле вызывает де-
формацию кристалла и соответственно изменение характера
распространения волны (обратный пьезоэффект). Акустическая
волна генерирует волны электрических полей. В местах, где
кристалл сжимается волной, наведенное электрическое поле
замедляет движение электронов, а в местах растягивания кри-
сталла волной наблюдается ускорение электронов за счет внут-
реннего электрического поля. Под действием этих полей носи-
тели стремятся сгруппироваться в областях с минимумом по-
тенциальной энергии. Возникают затухающие волны объемно-
го заряда, несколько запаздывающие по отношению к акусти-
ческой волне (рис. 2.3,
а
)
.
Волны объемного заряда представ-
ляют собой динамические неоднородности электрической при-
роды, стимулированные ПАВ.
Если звукопровод поместить в постоянное электрическое
поле
Е
0
,
то возникает дрейф электронов со скоростью
v
др
=
Е
0
,
где - подвижность электронов. В случае, когда
v
др
>v
пов
(
v
пов
-
фазовая скорость распространения акустической волны), элек-
троны отдают свою энергию ПАВ и амплитуда ПАВ возрастает
(рис. 2.3, б)
.
35
Рис. 2.3. Схема взаимодействия динамических неоднород-
ностей акустической и электрической природы:
а - при отсутствии потенциала;
б
- при наличии
потенциала на звукопроводе
В случае затухания волны график функции достаточно
точно описывается функцией типа
U =
ехр(-
ax
)
sin
(
bx
),
(2.1)
а в случае ее усиления
U =
ехр(
ax
)
sin
(
bx
),
(2.2)
где
а
и
b -
константы.
Обмен энергией между динамическими неоднородностя-
ми акустической и электронной природы в пределах одной кон-
36
тинуальной среды является
Do'stlaringiz bilan baham: |
