声速在不同介质中的传播速度及与气体的压缩性的关系

2023-08-20 理论教育版权反馈

【摘要】：声音在不同介质中传播速度是不同的。表1-3 干空气的声速进一步分析还可看出，声速c与气体的压缩性有一定的联系。因此可以用声速来表示气体压缩性的大小。总之，声速是气体动力学中一个最基本的参数，它与气体的状态、压缩性等有密切的关系，压缩性越小、温度越高的气体，其声音传播速度越大。

声音传播的速度叫声速。声音在不同介质中传播速度是不同的。用耳朵贴近铁轨可以先听到远方火车的响声，这表明声音在铁轨中的传播速度比在空气中快。这里仅讨论声音在气体中的传播速度。

从物理学角度，声速是一种微弱扰动波的传播速度，如火车的机械运动激动了空气质点的微小移动，从而引起空气压力及密度的微小变化，这种变化必将影响邻近一层空气，这样一层一层地将火车机械运动对空气的扰动传递下去，最后传到我们的耳朵。

由物理学得知，若声音振动引起气体压力变化为dp，密度变化为dρ，则声速c可按式（1-64）计算：

通常可将此传播过程看做是定熵过程，在压力为p、密度为ρ的介质中，声速的计算式如下：

对于空气，空气的比热比k=1.4，R=287J/（kg·K），则有

或者以标准状态T=273K的声速为准，任意温度t下的声速为

表1-3为干空气在不同温度下的声速。

表1-3 干空气的声速

进一步分析还可看出，声速c与气体的压缩性有一定的联系。在相同的压力变化dp作用下，压缩性大的气体，其体积变化也较大，相对应的气体密度也发生较大变化，也就是说，声速c会比较小；相反，压缩性小的气体，其声速c则比较大。因此可以用声速来表示气体压缩性的大小。

总之，声速是气体动力学中一个最基本的参数，它与气体的状态、压缩性等有密切的关系，压缩性越小、温度越高的气体，其声音传播速度越大。