Ультразвук, характеристики.

[DimaM]

realeugene в сообщении #1282895 писал(а):

Думаю, пересыщение пара над кипящей кастрюлей можно не рассматривать.

Прямо над кастрюлей нет, но когда он сдвинется чуть вверх или вбок, в область более низкой температуры, пересыщение запросто может появиться (собственно, в областях, где образуется туман, пар пересыщенный).

wrest в сообщении #1282912 писал(а):

При повышении температуры воздуха на 1 градус скорость звука в нем увеличивается на 0,59 м/с (т.е. около 0,2% на градус)

При заметном изменении температуры (градусов на 100) так считать нельзя, так как зависимость не линейная. Приблизительно скорость звука пропорциональна корню из абсолютной температуры.

[realeugene]

DimaM в сообщении #1282917 писал(а):

собственно, в областях, где образуется туман, пар пересыщенный

Думаю, незначительно. Пыли и брызг в воздухе много, туман образуется быстро.

[DimaM]

realeugene в сообщении #1282919 писал(а):

Думаю, незначительно. Пыли и брызг в воздухе много, туман образуется быстро.

В равновесии с мелкими каплями давление пара повышено. Если радиус капли 100 нм, примерно на процент (порядка килопаскаля).

[realeugene]

DimaM в сообщении #1282921 писал(а):

примерно на процент (порядка килопаскаля).

Во-первых, это "незначительно", а во-вторых, пыль часто крупнее.

Для заметного пересыщения нужно иметь чистый воздух.

[DimaM]

realeugene в сообщении #1282926 писал(а):

Во-первых, это "незначительно", а во-вторых, пыль часто крупнее.

Для заметного пересыщения нужно иметь чистый воздух.

Соглашусь.

[wrest]

(DimaM)

DimaM в сообщении #1282917 писал(а):

При заметном изменении температуры (градусов на 100) так считать нельзя, так как зависимость не линейная. Приблизительно скорость звука пропорциональна корню из абсолютной температуры.

Как раз в диапазоне 100 градусов можно, если погрешность 1-2% устраивает:
Скорость звука в воздухе исходя из пропорциональности корню из абсолютной температуры:
0 градусов Цельсия 331 м/с
100 градусов Цельсия 387 м/с
200 градусов Цельсия 436 м/с
Если умножить 0,59 на 100 и прибавить к 331, получится 390 м/с, погрешность 1%, на 200 градусах линейная формула дает 3% погрешность при отсчете от нуля градусов Цельсия.
Ну если считает компьютер, то можно и по формуле с корнем, конечно. Я отвечал на:

ViktorArs в сообщении #1282906 писал(а):

Но может существуют усредненные зависимости (скорости звука от температуры пара/тумана) или есть какие-то известные упрощения/допущения в расчетах?

На мой взгляд "увеличивается на 0,59 м/с (т.е. около 0,2% на градус)" гораздо яснее дает представить как меняется скорость чем "приблизительно пропорциональна корню из абсолютной температуры", и сделать вывод о том, надо или нет учитывать это изменение в расчетах.

Вообще я вижу, что опять происходит "меряние заточкой мечей" (в данном случае между вами и realeugene) вместо помощи ТС-у. Вероятно, место теме в "Механике и технике", хотя пока ТС и не сообщил для чего ему эти сведения по скоростям. Но сообщил что "Однако все эти показатели адиабаты, молярная масса, итд итп - это конечно уже далековато от инженерной практики. "

[ViktorArs]

Пардон. Много текста. Постараюсь ответить сразу на всё.

realeugene писал(а):

Нет, суммарное давление почти очень точно равно окружающему атмосферному. Часть этого суммарного давления связана с парциальным давлением водяного пара. Непосредственно над поверхностью кипящей воды оно почти равно атмосферному, соответственно, там почти не остаётся азота и других газов.

Т.е. по всему объему столба над кипящей жидкостью давление можно принять равным давлению окружающей среды?

wrest писал(а):

Скажите, а с какой точностью вам надо знать скорость звука?
При повышении температуры воздуха на 1 градус скорость звука в нем увеличивается на 0,59 м/с (т.е. около 0,2% на градус)

В принципе до 1 десятой, думаю, хватит.
На счет данной зависимости от температуры знаю. Вопрос в том можно ли её использовать в случае тумана? (буду стараться правильные термины употреблять, дабы не раздражать людей посредственным языком)

DimaM писал(а):

Прямо над кастрюлей нет, но когда он сдвинется чуть вверх или вбок, в область более низкой температуры, пересыщение запросто может появиться (собственно, в областях, где образуется туман, пар пересыщенный).

Вообще как раз интересует область над жидкостью, где и образуется туман. И температура там естественно ниже, даже при кипении жидкости.

DimaM писал(а):

При заметном изменении температуры (градусов на 100) так считать нельзя, так как зависимость не линейная. Приблизительно скорость звука пропорциональна корню из абсолютной температуры.

Думаю до 100 градусов не нужно, но до скольки именно я пока не представляю. Как раз к данному высказыванию: как изменяется температура над жидкостью (ну или просто над нагретой твердой поверхностью) в зависимости от высоты над этой поверхностью? Зависимость явно не линейная, ибо например у поверхности кипятка можно обжечься, а начиная с расстояния сантиметров 15 уже «на глаз» и разницы не увидишь – почти постоянная (равна т-ре окр.среды).

realeugene писал(а):

Думаю, незначительно. Пыли и брызг в воздухе много, туман образуется быстро.
Для заметного пересыщения нужно иметь чистый воздух.

Не, воздух самый обычный. Не грязно/не пыльно, но и никаких супер стерильных лабораторных условий не подразумевается.

Уважаемый wrest, на счет вашего последнего поста плюс слегка подытоживая разговор:
- не подскажите где почитать про этот самый корень квадратный из абсолютной температуры?
- для чего: в сухом воздухе скорость звука изменяется по эмпирическому закону, описанному выше. Пытаюсь понять при нагреве воздуха над жидкостью с туманом, нужно ли учитывать что-то еще или достаточно этой зависимости? Как я понимаю, уважаемые физики, в разговоре пришли к мнению, что «туман образуется быстро» и пар, получается, не сильно пересыщен, поэтому можно использовать зависимость как для сухого воздуха. Я правильно понимаю?
С уважением.
PS: делаю дальномер, вот заинтересовало, сильно ли исказит импульсы дальномера температура и влажность - туман.
PSPS: надеюсь цитаты и имена высказывающихся не перепутал. Заранее прошу прощения.

[amon]

ViktorArs в сообщении #1283021 писал(а):

делаю дальномер, вот заинтересовало, сильно ли исказит импульсы дальномера температура и влажность - туман.

"Туман" выдаст дополнительное рассеяние ультразвука, в том числе и назад (см. Рэлеевское рассеяние). Насколько это критично для дальномера - Вам решать.

[EUgeneUS]

ViktorArs в сообщении #1283021 писал(а):

- не подскажите где почитать про этот самый корень квадратный из абсолютной температуры?

В той же самой статье про скорость звука на википедии, ссылка на которую приводилась выше, например.

ViktorArs в сообщении #1283021 писал(а):

Как я понимаю, уважаемые физики, в разговоре пришли к мнению, что «туман образуется быстро» и пар, получается, не сильно пересыщен, поэтому можно использовать зависимость как для сухого воздуха. Я правильно понимаю?

Под "сухим воздухом", обычно понимается не отсутствие тумана, а отсутствие водяных паров в воздухе.

ViktorArs в сообщении #1283021 писал(а):

В принципе до 1 десятой, думаю, хватит.

До одной десятой чего? Абсолютного значения (т.е ~10%) или до одной десятой процента?

Уточните, пожалуйста
а) характерные расстояния, на которых должен работать дальномер
б) требования по температуре окружающего воздуха
в) собственно постановку задачи
- нужно учесть влияние внешних условий, чтобы, зная их возможную вариативность, определить точность измерений.
- нужно учесть влияние внешних условий, чтобы, зная параметры внешних условий, внести поправки в измеренное расстояние и получить итогове измерение с большей точностью.

[wrest]

ViktorArs в сообщении #1283021 писал(а):

В принципе до 1 десятой, думаю, хватит.

До 1 десятой чего?

-- 10.01.2018, 20:32 --

А... уже EUgeneUS все правильные вопросы задал.
ViktorArs
Если будете дальномерить там, где дуют ветры -- это тоже внесет погрешность :)

[EUgeneUS]

ViktorArs
Вот кстати еще один неплохой обзор по скорости звука, и как на неё влияет влажность.

Чудесна финальная фраза:

Цитата:

For more information on the ideal gas law, the specific heat ratio, etc., use your favorite internet search engine (or, if you really want to know, take some physics classes).

В двух словах (имхо).
1. Если Вам нужна точность до одной десятой, в смысле до 10%; характерные расстояния, ну скажем, до нескольких десятков метров; диапазон температур широкий (от минус 40 до плюс 50). То вводите поправку на температуру и не греете голову влажностью, дождем, снегом и туманом. Впрочем, дождь, снег, туман приведут к рассеянию звука (уже говорили выше), что приведет к уменьшению уровня сигнала и увеличению помех.
2. Если Вам нужна точность до десятой процента на расстоянии порядка нескольких километров - забудьте про ультразвуковые дальномеры.

[realeugene]

EUgeneUS в сообщении #1283048 писал(а):

и не греете голову влажностью

Не получится. Непосредственно над кипящей водой вместо воздуха практически чистый водяной пар. Даже без учёта конденсации, скорость звука в идеальном газе обратно пропорциональна квадратному корню из молярной массы молекул газа. У воздуха она равна 29, у водяного пара - 18. Разница скорости звука - 30%. С учётом конденсации, в тумане, всё ещё более туманно.

-- 11.01.2018, 00:35 --

ViktorArs в сообщении #1283021 писал(а):

Как я понимаю, уважаемые физики, в разговоре пришли к мнению, что «туман образуется быстро» и пар, получается, не сильно пересыщен, поэтому можно использовать зависимость как для сухого воздуха. Я правильно понимаю?

Нет.

[EUgeneUS]

realeugene
Вы специально обрезали мое утверждение? "Практически чистый водяной пар" при атмосферном давление может быть только при температуре 100 градусов Цельсия и выше. А в моём утверждении температурный диапазон был ограничен сверху 50 градусами Цельсия.

Впрочем, с туманом не все так просто оказалось. Отсюда:

Цитата:

Заметим, что поведение скорости Р-волн в области F-слоя типично для распределения
скорости звука в двухфазной cреде (Ландау, Лифшиц, 1986): в области фазового перехода
на границе жидкость-пар она всегда меньше скорости звука в жидкости (1-я фаза) и
меньше скорости звука в газе (2-я фаза):
...
Скорость звука в паре (газе) с незначительным количеством жидкости в виде капелек ($v_g$):
$1/v_g^2 = m/RT - 2/U + c_{p_2}T/U^2$

[EUgeneUS]

UPD. Причем этот эффект может дать изменения скорости звука как раз таки порядка 10%

[realeugene]

EUgeneUS в сообщении #1283119 писал(а):

А в моём утверждении температурный диапазон был ограничен сверху 50 градусами Цельсия.

50 градусов над кипящей кастрюлей? Не интересно.
Нет, не специально. Иначе сразу бы написал о том, что для ТС этот совет не подходит.
Впрочем, вспомнил. Мне это ограничение не понравилось, по упомянутой выше причине, так что, да, специально.