Ю., Ташкеева Г.Қ. Физикалық материалтануға кіріспе
§ 4. Акустикалық қасиеттер
жүктеу/скачать 5,26 Mb.
|
treatise13466
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.4 – кесте.
| § 4. Акустикалық қасиеттер
Акустикалық қасиеттерге серпімді тербелісті ортамен және өте кіші жиіліктен (0 Гц) шекті жоғары жиілікке дейінгі (1011 – 1012 Гц) толқында ортамен әсерлесудің түрлі түрлерімен және қамтумен, генерациямен байланысқан қасиеттер жатады. 16 Гц – 20 кГц жиілік диапазонын – адамның есту органдары қабылдайды, 16 Гц-тен төмен жиілік – инфрадыбысқа, 20 кГц-тен жоғары диапазон – ультрадыбысқа, аса жоғары диапазон 1012-1013 Гц – гипердыбысқа жатады. Акустикалық толқындардың ерекше жағдайына – беттік акустикалық толқындар (БАТ) жатады. Бұл толқындар қатты дененің еркін бетімен бойлай немесе қатты дененің шекарасының басқа ортамен бойлай таралады. Шекарадан жою кезінде бұл толқындар өшеді. БАТ екі түрде: Вертикальді поляризациямен – орта бөлшектерінің серпімді тербелісі БАТ әсерінен вертикальді шекараның жазықтығы кезінде; Горизонтальді поляризациямен – бұл тербелістер шекараға параллель және толқынның таралуына перпендикуляр бағытталған кезде болады. Серпімді акустикалық толқындар қысымның немесе механикалық кернеуліктің жергілікті өзгеруін тудыратын кез келген құбылыспен генерацияланады. Әртүрлі көздер әртүрлі жиіліктердің акустикалық толқындарын генерациялайды. Акустикалық толқынның таралуы дыбыс жылдамдығымен сд сипатталады. Дыбыстың жылдамдығы оптикалық сәуленің (жарықтың) жылдамдығымен салыстырғанда өте аз. Ол агрегатты күй мен материалдың табиғатына тәуелді: газдарда сд сұйықтарға қарағанда аз; ал сұйықтарда қатты денелермен салыстырғанда аз. 1.4-кестеде кейбір заттар үшін дыбыс жылдамдықтың мәні келтірілген. 1.4 – кесте. Заттардағы дыбыс жылдамдығы
Изотропты қатты денелерде сд серпімділік модуліне тәуелді, анизотропты қатты денелерде дыбыс жылдамдығы анизатропты. Пьезо- және сегнетэлектриктерде сд тек серпімділік модуліне ғана емес, пьезомодуль мен электрлік өрістің кернеулігіне тәуелді. сд параметрін өлшеу қатты денелердің серпімділік модулін, дебай температурасын анықтау үшін, жартылай өткізгіштің зоналық құрылымын зерттеу үшін, металдардағы Ферми деңгейін анықтау және т.б. үшін қолданылады. Дыбыстық толқын таралу кезінде оптикалық сәулелердің жұтылуына қарағанда өте әлсіз дыбыстың жұтылуы өтеді. Дыбыстық жұтылу жылдамдық энергиясының басқа формасына, әсіресе, жылулыққа, өтуімен байланысты. Мұндай жұтылудың салдары дыбыстың өшуі, яғни оның интенсивтілігі мен амплитудасының азаюы болып табылады. Жоғары интенсивтілікті оптикалық сәуленің өтуі сияқты жоғары интенсивтілікті (амплитуда) акустикалық толқынның таралуы кезінде бейсызықты құбылыс бақыланады. Осы кезде дыбыстың толқыны мен шашырауы сызықты акустикадағыдай тек дыбыстық толқын жиілігі мен жылдамдығына ғана тәуелді болып шықпайды, сонымен қатар толқын амплитудасына тәуелді болады, синусоидалы форма азаяды, дыбыстық сәуленің қысымы пайда болады және т.б. Бейсызықтың эффектісі жоғары интенсивтілікті акустикалық толқынның таралуы кезінде ортаның өзінің қасиеттері өзгеруімен байланысты. Электроникада акустикалық толқынның электронмен өзара әсерлесуі – акустикалық электронның өзара әсерлесуі (АЭӨӘ) және электронды толқынмен әсерлесуі – акустикалық оптиканың өзара әсерлесуі (АОӨӘ) ерекше мәнге ие. АЭӨӘ таралған акустикалық толқынның әсерінен кристал торының серпімді деформациясы және оның ішкі кристалдық өрісінің өзгерісі өтетін 107-1013 Гц жиілікті гипердыбысты және ультрадыбысты тербеліс кезінде пайда болады. Осылайша ультрадыбысты және гипердыбысты толқынның энергиясы мен импульсі өткізгіштің электрондарымен беріледі (электрон-фононды өзара әсерлесу). Энергияның берілуі қосымша электронды дыбыстың жұтылуына және электронды газдың жылуына алып келеді, ал импульстің берілуі – дыбыстың таралуы бағытындағы (өсу эффектісі) жартылай өткізгіштерде немесе металдарда ЭҚК-нің немесе токтың пайда болуына (акустоэлекрлік эффектке) алып келеді. Электрөткізгіштің өзгеруінен басқа, АЭӨӘ жылусыйымдылық мен жылуөткізгіштікті өзгертеді. АЭӨӘ механизмі әртүрлі табиғаттың кристалдары үшін әртүрлі. Иондық кристалдар мен металдарда иондық өзара әсерлесулер болады – акустикалық толқын тепе-тедік күйдегі иондарды араластырады, өткізгіштік электрондарына әсер ететін иондық ток пен өріс пайда болады. Жартылай өткізгіштер (Ge. Si) мен жартылай металдар (Bi, Sb, As) қатарында потенциал іске асады – деформациялық өзара әсерлесу – ультрадыбыстық толқынның өзара әсерлесуінен тыйым салынған аумақ ені өзгереді, зарядтың төмендетілген және жоғарылатылған тығыздық аумақтары пайда болады, олар өткізгіштің электрондарына әсер етеді. АIIBVI (CdS, CdSe, ZnS, ZnO), AIIIBV (InSb, GaAs) пьезожартылай өткізгіштерде және басқаларында пьезоэлектрлік өзара әсерлесу пайда болады – бұл кристалдардың деформациялары электрлік өрістің пайда болуымен немесе керісінше болуымен аяқталады. АЭӨӘ механизмнен ультрадыбысты толқынның электронды жұтылу шамасы тәуелді. Ол пьезоэлектриктерде максимальді. Металдар мен қарапайым жартылай өткізгіштерде электронды жұтылу тек төмен (гелийлік) температуралар кезінде ғана байқалады. Ультрадыбысты толқын импульсінің өткізгіштік электрондармен берілуі акустикалық электрлік токтың пайда болуына алып келеді. Егер кристалға тағы және ультрадыбысты толқын бағытындағы электрондар дрейфін тудыратын тұрақты электр өрісін Е қоссақ, ондағы АЭӨӘ дрейфінің жылдамдығына vдр және дыбыстың таралуына сд айтарлықтай тәуелді болады. vдр < сд кезінде ультрадыбысты толқын электронды газбен жұтылады, vдр>сд кезінде электрондар өзінің кинетикалық энергиясын ультрадыбыстық толқынға береді, оның күшеюі (амплитуданың артуы) өтеді. Бұл ұлғаю беттік аукстикалық толқындар үшін практикалық қызығушылық тудырады. АЭӨӘ бейсызықты акустикалық эффектілер қатарын, әсіресе, пьезоэлектриктерде байқалатын эффектілерді тудырады, ол акустикалық электроникада, жад элементтерінде қолданылады. Акустикалық оптиканың қондырғыларының көбісі ультрадыбысты толқындар жарық дифракциясы құбылысының қолданылуымен жұмыс істейді. Дыбыстық толқындағы серпімді деформациясы ортаның сыну көрсеткішінің n периодты өзгеруіне алып келеді. Нәтижесінде, ортада периодты дыбыстың толқын ұзындығына λд тең, дифракциялық торға ұқсас құрылым пайда болады. Егер осындай ортада жарық сәулелері таралса, онда ортада жарықтың дифракциялық шоғыры пайда болады. Олардың сипаттамалары – кеңістікте бағытталуы, поляризация, интенсивтілік – дыбыс өрісінің параметрлеріне (γ, I) және дыбыстық шоғырға түсетін жарықтың бұрышына (θ) тәуелді. Дифракциялық жарықтың жиілігі түскен жарықтың жиілігінен айырмашылығы дыбыстың жиілігінің шамасына тең. Акустикалық шоғырдың шығысында жарықтың шоғыры фазасы бойынша түрленген және бағыты бойынша тебілген болып шығады. Қатты денелер мен сұйықтықтардағы дыбыстық толқынның оптикалық сәулеленумен өзара әсерлесуі спектральді құраммен және оптикалық сәуленің таралу бағытымен электроникада, лазерлік техникада, амплитуданы, поляризацияны басқару мақсатында оптикада қолданылады. Ультрадыбысты толқындар жарық дифракциясының көмегімен дыбыстық өрістің сипаттамалары, дыбыстың жұтылуы мен жылдамдығы, серпімді оптикалық және магнитті оптикалық материалдардың модулдері анықталады, кідірудің ультрадыбыстық желілердегі дабылдарды қабылдау үшін қондырғылар жасалуда. 10 мГц–1,5 ГГц жиілікті ультрадыбысты және гипердыбысты толқындардың кристалдарда таралуының өзара және электрондармен өзара әсерлесуі негізінде, сондай-ақ беттік акустикалық толқындарды қолдануда, электрлік радиоқабылдағыштарды өңдеу және түрлендіру үшін негізделген акустикалық электронды қондырғылар қолданылады. жүктеу/скачать 5,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|