Физические эффекты и явления

В жидкостях , где расстояние между молекулами много меньше , чем в газах, вязкость обусловлена в первую очередь межмолекулярными взаимодействиями, ограничивающими подвижность молекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нем полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости расходуется энергия активизации вязкого течения. Энергия активации падает с ростом температуры и понижением давления. По вязкости во многих случаях судят о готовности или качестве продукта, поскольку вязкость тесно связана со структурой вещества и отражает физико-химические изменения материала, которые происходят во время технологических процессов.

4.2.4 ВЯЗКОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.

Протекание полярной непроводящей жидкости между обкладками конденсатора сопровождается некоторым увеличением вязкости мгновенно исчезающим при снятии поля. Это явление в чистых жидкостях получило название ВЯЗКОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА.

Установлено, что эффект возникает только в поперечных полях и отсутсвует в продольных. Вязкость полярных жидкостей возрастает с увеличением напряженности поля в начале пропорционально квадрату напряженности, а затем приближается к некоторому постоянному предельному значению ( ВЯЗКОСТИ НАСЫЩЕНИЯ ) , зависящему от проводимости жидкости. Увеличение про водимости приводит к увеличению вязкости насыщения.

На эффект оказывает влияние частота поля. В начале с повышением частоты вязкоэлектрический эффект увеличивается до определенного предела, затем вырождается до нуля.

Увеличение вязкости под действием электрического поля происходит за счет того, что в жидкости могут находиться или возникать под действием поля свободные ионы. Они становятся центрами ориентации полярных молекул, т.е. источниками заряженных групп, для которых в электрическом поле возможно движение типа электрофореза. Количество движения таким образом, переносится от слоя к слою поперек потока.

Другая возможность образования групп-ориентация полярных молекул, имеющих постоянный дипольный момент. Молекулы следят за электрическим полем, ориентируясь поперек потока : для преодоления доплнительного сопротивления нужны затраты энергии.

4.3 ЯВЛЕНИЕ СВЕРХТЕКУЧЕСТИ.

Особыми вязкостными свойствами обладает жидкий гелий, который при понижении температуры испытывает фазовый переход второго рода, превращаясь в сверхтекучую модификацию гелия --Не II. Причем в Не II превращается не весь гелий, а только часть, т.е. при температуре ниже - - перехода (Т=2.17 К) гелий можно представить себе состоящим из двух компонент - нормальный, свойства которого аналогичны свойствам гелия до перехода (Не I) и сверхтекучей , вязкость которой чрезвычайно мала ( меньше 1.0е-1 ).

Компоненты могут двигаться независимо друг от друга, причем движение сверхтекучей компоненты не связано с переносом тепла ( ее энтропия равна нулю).

Низкая вязкость гелия позволяет использовать его в качестве смазки, например в подшипниках.

Свойство сверхтекучей компоненты легко проникать в малейшую щель делает Не II удобным для поиска течей: погружение в Не II - самая строгая проверка герметичности.

Малая ширина перехода ( 1.0е- К ) позволяет использовать его как опорную точку при измерении температуры.

4.3.1 СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.

Благодаря встречному конвективному движению двух компонент тепло-передача в Не II происходит без переноса массы, в результате чего теплопроводность Не II чрезвычайно высока. Проявляется это, например, в прекращении кипения после II- перехода - теплопроводность настолько высока, что пузырьки газа образоваться не могут и испарение происходит с поверхности.

Благодаря сверхвысокой теплопроводности Не II может служить хорошим хладоагентом для охлаждения.

Для различных целей физики низких температур часто требуются тепловые ключи - устройства, теплопроводность которых можно менять по своему усмотрению. Одной из возможных реализаций теплового ключа является трубка, наполненная гелием, который мы, меняя давление можем переводить изсвехтекучего состояния в нормальное и обратно.

4.3.2 ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.

Если нагреть Не II в одном из сосудов ,сообщающихся между собой через тонкий капилляр или пористую перегородку, то в нем за счет перехода в обычную понизится концентрация сверхтекучей компоненты. Т.к. сверхтекучая компонента, стремясь к установлению равновесия, будет по капилляру поступать из ненагретого сосуда, а нормальная компонента из нагретого выходить не будет, уровень гелия в нагреваемом сосуде увеличится .

Этот эффект может быть использован для создания своеобразных насосов Не II .

4.3.3 МЕХАНО-КАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.

Если повысить давление в одном из сосудов , рассматриваемых в предыдущем пункте, заполненных Не , находящемся в сверхтекучем состоянии, то сквозь капилляр будет протекать только сверхтекучая компонента.

Сверхтекучая компонента теплоту из сосуда , из которого она вытекает , не уносит, вследствие чего температура внутри этого сосуда будет повышаться. Температура же сосуда , в который притекает сверхтекучая компонента будет уменьшаться.

На основе этого эффекта П.Л.Капицей был построен охладитель. Одна ступень охладителя давала перепад температур 0.4 К.

Достоинствами метода является то, что его холодопроизводительность не уменьшается с понижением температуры.

Используя Не II ка холодильный агент возможно в принципе приблизиться сколь угодно близко к температуре абсолютного нуля.

4.3.4 ПЕРЕНОС ПО ПЛЕНКЕ.

Поверхность тела, соприкасающегося с Не II покрывается пленкой сверхтекучего гелия, по которой может происходить перенос жидкости из оного сосуда в другой.

Так, например , пустой сткан, погруженный не до краев в Не II через некоторое время заполнится гелием. Скорость переноса от разности уровней жидкости не зависит , и определяется только периметром стенок в самом узком месте соединения.

Поскольку тонкую пленку можно рассматривать как капилляр, то при переносе гелия на пленке имеет место термохимический эффект. Можно усилить эффект , увеличив периметр тела, соединяющего два сосуда, например, вставив пучок проволок.

Эффект нашел применение для разделения изотопов гелия Не3 и Не-4. Не-3 не свехтекучий, и по пленке сосуда, содержащего смесь изотопов удаляется сам собой только изотоп Не-4.

Движение пленки можно остановить , если поместить пленку между обкладками конденсатора, на который подано напряжение с частотой 40-50 Герц.

4.4.1 ЭФФЕКТ ТОМСА.

Сопротивление , оказываемое трубопроводом потоку жидкости при ламинарном режиме течения меньше , чем при турбулентном.

В 1948 г. Б.Томс ( Англия ) установил, что при добавлении в воду полимерной добавки трение между турбулентным потоком и трубопроводом значительно снижается .

Сам Томс работал с полиметилметакрилатом, растворенным в монохлорбензоле; в последующие годы ученые и изобретатели в различных странах нашли много других присадок, работающих еще более эффективно.

Практическое применение эффекта Томса весьма разнообразно : по традиции "смазывают" различными присадками трубопроводы, "смазывают" полимерами морские и речные суда, напорные колонны глубоких скважин и т.д.

Эффект Томса обуславливается образованием на границе твердое тело-жидкость молекулярных растворов, которые ограничивают турбулентность потока. Установлено , что добавка полимеров более эффективно действует при высоких скоростях потока , где развивающаяся турбулентность потока больше.

Патент США N 3435796 : В устройстве, уменьшающем сопротивление подводного аппарата, используется слабый раствор полимера, образующий в пограничном слое забортной воды при смещении подогретой жидкой смеси либо гранулированного или порошкообразного полимера с морской водой. Подогретая жидкая смесь представляет собой дисперсию макромолекул полимера, растворимую в морс при температуре окружающей среды, но нерастворимую в воде температуре выше 70 градус Цельсия.Когда подогретая жидкая смесь попадает в холодную воду при соответствующих условиях окружающей среды, микрочастицы набухают и растворяются, образуя клейкую массу. В пограничном слое обтекающего потока они образуют молекулярный раствор макромолекул, препятствуя турбулизации потока.

А.с. N 244032: Способ снижения потерь напора при перемещении жидкости по трубопроводу, отличающийся тем, что с целью достижения жидкостью свойства псевдопластичности, в нее вводят длинноцепочный полимер, например полиакриламид, в колличестве 0,01-0,2% по весу.

Снижение гидродинамического сопротивления может быть до за счет образования под воздействием какого-либо поля из молекул самой жидкости присадок, аналогичных по свойствам полимерным молекулам.

А.с. N 364493: Способ снижения гидродинамического сопротивления движению тел, например, судов, путем уменьшения сил трения в пограничном слое, отличающийся тем, что с целью упрощения способа и повышения его эксплуатационной надежности путем исключения подачи в пограничные слои высокомолекулярных составов, в пограничном слое создают электромагнитное поле, генерирующее комплексы молекул.

Применение способа по п.1 для решения внутренней задачи, например, для снижения сопротивления жидкости в трубопроводе.

4.4.2. С к а ч о к у п л о т н е н и я.

Что такое лобовое сопротивление при обтекании твердых тел потоком жидкости или газа - общеизвестно. Однако, кроме лобового сопротивления, при обтекании возникает так называемое волновое сопротивление, являющееся результатом затрат энергии на образование акустических или ударных волн. В газе, например, ударные волны возникают при образовании скачка уплотнения у лобовой поверхности тела при обтекании его сверхзвуковым потоком газа. При образовании скачка уплотнения резко увеличивается плотность, температура, давление и скорость вещества потока; в результате могут иметь место процессы диссоциации и ионизации молекул, сопровождающиеся мощным световым излучением. Световое излучение может сильно разогреть как газ перед фронтомволны, так и поверхность движущегося тела.

4.4.3. Э ф ф е к т К о а н д а.

Румынский ученый Генри Коанд в 1932 году установил, что струя жидкости, вытекающая из сопла, стремится отклониться по направлению к стенке и при определенных условиях прилипает к ней. Это обьясняется тем, что боковая стенка препятствует свободному поступлению воздуха с одной стороны струи, создавая вихрь в зоне и пониженоого давления. Аналогично и поведение струи газа. На основе этого эффекта строится одна из ветвей пневмоники (струйной автоматики).

4.4.4. Э ф ф е к т в о р о н к и.

Если уровень жидкости в сосуде с открытой поверхностью понизится до определенного уровня при свободном сливе жидкости че отверстие в нижней части сосуда, то на поверхности жидкости об водоворот (т.е. вихревое движение воды), который на редкость устойчив, и нарушить его трудно.

4.5. Э ф ф е к т М а г н у с а.

Если твердый цилиндр вращется вокруг продольной оси в набегающем потоке жидкости или газа, то он увлекает во вращение прилегающие к нему слои жидкости или газа; в результате окружающая среда движется отнительно цилиндра не только поступательно, но еще и вращается вокруг него. В той зоне, где направление поступательного и вращательного движения совпадают, результирующая скорость движения окружающей средыпревосходит скорость потока. С противоположной стороны цилиндра поток, возникающий из-за вращения, противодействует поступательному потоку и результирующая скорость падает. А из закона Бернулли известно, что в тех местах, где скорость больше, давление понижено и наоборот. Поэтому с разных сторонна вращающийся цилиндр действуют разные силы. В итоге появляется результирующая сила, которая всегда направлена перпендикулярно образующим цилиндра и потоку.

Естественно, что такая же сила возникает при движении вращающейся сферы в вязкой жидкости или газе (вспомните кручены футболе, тенисе волейболе). На основе эффекта Магнуса в свое время был построен корабль с вращающимися цилиндрами вместо парусов. Конечно, эти цилиндры работали в качестве двигателя только при боковом ветре.

В эффекте Магнуса взаимосвязаны: направление и скорость потока, направление и величина угловой скорости, направление и величина возникающей силы. Соответственно можно измерять поток и угловую скорость.

Патент США N 3587327: В устройстве для измерения угловой скорости и индикации направления вращения газовая струя разделяется на две струи, каждая из которых тангенциально касается противоположных сторон диска неподвижно закрепленного на аксиально вращающемся валу. Вращение диска накладывается на струи разность давлений, величина которых пропорциональна скорости вращения вала. В зависимости от направления вращения вала на ту или другую струю накладывается большее относительное давление.

А.с. N 514616: Способ разделения неоднородных жидких сред на легкую тяжелую фракции, предусматривает общее воздействие на поток разделяемой среды центробежного и гравитационного полей отличающийся тем, что с целью повышения эффективности, поток разделяемой среды при воздействии на него центробежного и гравитационного полей перемещают ввиде ряда, например, параллельных слоев с расстоянием между слоями, меньшими величины диаметра частиц тяжелой фракции, и последовательно возрастающими при переходе от одного слоя к другому, скоростями обеспечивающими градиент скорости, направленной перпендикулярно перемещению слоев жидкости и создающий вращение частиц тяжелой фракции вокруг своей оси, и гидродинамическую подьемную силу, например силу эффекта Магнуса.

4.6. Дросселирование жидкостей и газов.

Дросселирование - расширение жидкости, пара или газа при прохождении через дроссель - местное гидродинамическое сопротивление (сужение трубопровода, вентиль, кран и другие), сопровождающиеся изменением температур. Дросселирование широко применяется для измерения и регулирования расхода жидкостей газов.

4.6.1. Э ф ф е к т Д ж о у л я - Т о м с о н а.

(Дроссельэффект) заключается в изменении температуры газа при его адиабатическом (без теплообмена с окружающей средой) дросселировании, т.е. протекании через пористую перегородку, диафрагму или вентель. Эффект называется положительным, если температура газа при адиабатическом дросселировании понижается, и отрицательным, если она повышается. Для каждого реального газа существует точка инверсии - значение температуры при которой измеряется знак эффекта. Для воздуха и многих других газов точка инверсии лежит выше комнатной температуры и они охлаждаются в процессе Джоуля-Томсона. Дросселирование - один из основных процессов, применяемых в технике снижения газов и получения сверхнизких температур.

А.с.257801: Способ определения термодинамических величин газов, например, энтальции, путем термостатирования исходного газа, дросселирования его с последующим измерением тепла, подведенного к газу, отличающийся тем, что с целью определения термодинамических величин газов с отрицательным эффектом Джоуля-Томсона, газ после дросселирования охлаждают до первоначальной температуры, затем нагревают до температуры после дросселя с измерением подведенного к нему тепла и по известным соотношениям определяют искомые величины.

4.7. Гидравлические удары.

Быстрое перекрытие трубопровода с движущейся жидкостью вызывает резкое повышение давления, которое распределяет упругой волны сжатия по трубопроводу против течения жидкости. Эта волна несет с собой энергию, полученную за счет кинетической энергии жидкости. Подход волны к какому-нибудь препятствию (изгибу трубопровода, задвижке и т.д.) вызывает явление гидравлического удара. Ослабление гидравлического удара может быть достигнуто или увеличением времени перекрытия, или же включением каких-либо, демпферов поглощающих энергию волны. Для увеличения силы удара целесообразно применять жидкости без неоднородностей и мгновенные перекрытия. Обычно вслед за гидравлическим ударом следует удар кавитационный, возникающий изза понижения давления за фронтом ударной волны сжатия (о кавитации смотри раздел 4.8). Волны сжатия в жидкости возникают также при различного рода врывных явлениях в движущейся или покоящейся жидкости (глубинные бомбы).

Патент США N 3118417: Способ укрепления морского якоря заключается в следующем. Подвижной якорь опускают в воду над тем местом, где он должен быть поставлен. Поток воду через расположенную над якорем колонну поступает в ограниченную полость где давление меньше давления жидкости в колонне и в окружающей среде. Резко остановленный поток воды передает гидравлический удар на якорь, что обеспечивает введение последнего в грунт.

А.с. N 269045: Способ повышения динамической устойчивости энергосистемы при аварии на линии электропередач путем снижения мощности гидротурбины, отличающийся тем, что с целью уменьшения напора перед гидротурбиной создают отрица гидравлический удар путем отвода части потока, например в резервуаре.

А.с. N 348806: Способ размерной электрохимической обработки с регулированием рабочего зазора путем переодического соприкосновения электродов с последующим отводом электрода инструмента на заданную величину, отличающийся тем, что для отвоинструмента используют силу гидравлического удара, возникающего в электролите, подаваемом в рабочий зазор.

4.7.1. Электро - гидравлический удар.

Волну сжатия в жидкости можно вызвать также мощным импульсным электрическим разрядом между электродами, помещенными в жидкость (электрогидравлический эффект Юткина). Чем круче фронт электрического импульса, чем менее сжатая жидкость, тем выше давление в ударе и тем "бризантнее" электрогидравлический . Электрогидравлический удар применяется при холодной обработке металлов, приразрушении горных пород, для диамульсации жидкостей, интенсификации химических реакций и т.д.

Патент США N 3566447: Формирование пластических тел при помощи гидравлического удара высокой энергии. Патентуется гидраввлическая система в которой столб жидкости, находящийся в баке гидропушки, напрвляется на заготовку. Для проведения жидкости в движение в указанном столбе жидкости производят электрический разряд, в результате чего генерируется направленная на заготовку волна, которая в сочетании с собственным высоким давлением жидкости осуществляет деформацию заготовки. Скорость струи напрвляемой на заготовку, составляет от 100 до 10000 м/с.

В США эффект Юткина применяют для очистки электродов от налипшего на них при электролизе металлов, а в Польше - для упрочения стальных колец турбогенераторов. При этом стоимость операций, как правило, снижается.

А.с. N 117562: Способ получения коллоидов металлов и устройство для осуществления при применении высокого напряжения за счет электрогидравлического удара между микрочастицами материала, диспергированного в жидкости.

Ударная волна возникающая в воде при быстром испарении металлических стержней электрическим током (см. ниже А.с. N 129945) вполне пригодна для разрушения валунов и других крепких материалов, для разбивки бетонных фундаментов, зачистки окальных оснований гидротехнических сооружений и других работ связанных с разрушением. Приведенные примеры иллюстрируют применение эффекта. Ниже даны примеры того, каким способом можно получить или усилить электрогидравлический удар.

В японском патенте N 13120 (1965) описан способ электрогидравлической формовки ртутно-серебрянными электродами. При парименении таких электродов сила ударной волны в воде возрастает, так как к давлению плотной плазмы, образующейся в канале разряда прибавляется давление паров ртути. Применение этого способа позволяет заметно уменьшить емкость конденсаторной батареи.

А.с. N 119074: Устройство для получения свервысоких гидравлических давлений предназначенное для осуществления способа по А.с. N 105011, выполненное ввиде цилиндрической камеры, сообщенной одним концом с трубопроводом, подающим жидкость, а другим - с ресивером, отличающееся тем, что с целью создания электрогидравлических степеней сжатия применены искровые промежутки, располагаемы по длине камеры на определенном расстоянии друг от друга.

А.с. N 129945: Способ получения высоких и сверхвысоких давлений для создания электрогидравлических ударов, отличающийся тем, что высокие и сверхвысокие давления в жидкости получают путем испарения в ней действием эмульсного заряда токопроводящих элементов в виде проволоки, ленты или трубки, замыкающих электроды.

4.7.2. С в е т о г и д р а в л и ч е с к и й удар.

Советские физики (А.М.Прохоров, Г.А.Аскарьян и Г.П.Шапиро) установили, что мощные гидравлические волны можно получить используя луч квантового генератора (открытие N65). Если луч мощного квантового генератора пропустить через жидкость, то вся энергия луча поглотится в жидкости, приводя к образованию ударных волн с давлением, доходящим до миллиона атмосфер. Это открытие находит, кроме обычных областей применения гидравлических ударов, очень широкое применение микроэлектронике, для условий особо чистых поверхностей, для обработки таких материалов и изделий, которые исключают пр электродов и т.д. Используя светогидравлический эффект, можно издалека, дистанционно, возбуждать в жидкости гидравлические импульсы с помощью луча света (см. также 17.7).

4.8. K а в и т а ц и я.

Кавитацией называется образование разрывов сплошности жидкости в результате местного понижения давления. Если понижение давления происходит вследствии возникновения больших местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то кавитация называется гидродинамической, а если вследствие прохождения в жидкости акустических волн, то акустической.

4.8.1. Гидродинамическая кавитация

Возникает в тех участках потока, где давление понижается до некоторого критического значения. Присутствующие в жидкости пузырьки газа или пара, двигаясь с потоком жидкости и попадая в облать давления меньше критического, приобретает способность к неограниченному росту. После перехода в зону пониженного давления рост прекращается и пузырьки начинают уменьшаться. Если пузырьки содержат достаточно много газа, то при достижении ими минимального радиуса, они восстанавливаются и совершают несколько циклов затухающих колебаний, а если мало, то пузырек схлопывается полностью в первом цикле.

Таким образом, вблизи обтекаемого тела создается кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками. Сокращение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звуковым импульсом, тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырек. Если степень развития кавитации такова, что возникает и захлопывается множество пузырьков, то явление сопровождается сильным шумом со сплошным спетром от несколько сотен герц до сотен кгц. Спектр расширяется в область низких частот по мере увеличения максимального радиуса пузырьков.

Если бы жидкость была идиально однороной, а поверхность твердого тела, с которым она граничит идеально смачисваемой, то разрыв происходил бы при давлении более низком, чем давление насыщенного паражидкости, при котором жидкость становится нестабильной. Теоретическая прочность воды на разрыв равна 1500 кг/см. реальные жидкости менее прочны. Максимальная прочность на разрыв тщательно очищенной воды, достигнутая при растяжении воды при 10 град. составляет 260 кг/см. Обычно же разрыв наступает при давлениях, насыщенного пара. низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так называемых кавитационных зародышей - плохо смачиваемых участков твердого тела, твердых частиц, частиц, заполненных газом микроскопических газовы предохраняемых от растворения мономолекулярными органическими оболочками, ионных образований, возникающих под действием космических лучей.

Увеличение скорости потока после начала кавитаци влечет за собой быстрое возрастание числа развивающихся пузырьков, вслед за чем происходит их обьединение в общую кавитациверну и течение переходит в струйное.

Для плохо обтекаемых тел, обладающих острыми кромками, формирование струйного вида кавитации происходит очень быстро. наличие кавитации неблагоприятно сказывается на работе гидравлических машин, турбин, насосов, судовых гребных винтов и заставляет принимать меры к избежанию кавитации. Если это оказывается невозможным, то в некоторых случаях полезно усилить развитие кавитации, создать так называемый режим "суеркавитации", отличающийся струйным характером обтекания и применив специальное профилирование лопастей, обеспечить благоприятные условия работы механизмов. Замыкание кавитационных пузырьков вблизи поверхности обтекаемого тела часто приводит к разрушению поверхности,- так называемой кавитационной эрозии. Чтобы избежать захлопывание кавитационных пузырьков, надо подать в область пониженного давления какой-нибудь газ, например воздух.

Так сделали специалисты Гидропроекта. Они построили на водосбросе Нурекской плотины в области максимальной кавитации искуственный трамплин, создав тем самым большую зону пониженного давления, которую соединили с атмосферой. Теперь кавитация засасывала воздух из атмосферы и сама себя разрушила.

Очень часто используют происходящие при кавитации разрушения для ускорения различных технологических процессов.

А.с. N 443663: Способ приготовления грубых кормов, включающий обработку их раствором щелочи, отличающийся тем, что с целью размягчения и ускорения влагонасыщения корма, обработку его осуществляют в кавитационном режиме.

4.8.2. Акустическая кавитация.

Это образование и захлопывание полостей и жидкости под воздействием звука. Полости образуются в результате разрыва жидкости во время полупериодов сжатия. Полости заполнены в основном насыщенным паром данной жидкости, поэтому процесс иногда называется паровой кавитацией в отличие от газовой кавитацииинтенсивных нелинейных колебаний газовых (обычно воздушных) пузырьков в звуковом поле, существовавших в жидкости до включения звука. Если газовая кавитация может протекать с большей или меньшей интенсивностью при любых значениях амплитуды давления звуковой волны, то паровая лишь при достижении некоторого критического значения амплитуды давления, так называемого кавитационного порога. Величина этого порога - от давлениянасыщенного пара жидкости до нескольких десятков и даже сотен атмосфер (в зависимости от содержания в жидкости зародышей). Эксперементально установлено, что величина порога завист от многих факторов. Порог повышается с ростом гидростатического давления, после обжатия жидкости высоким (порядка 1000 атм.) статистическим давлением,при обезгаживании и охлаждении жидкости, с ростом частоты звука и с уменьшением продолжительности озвучивания. Порог выше для бегущей, чем для стоячей воды.

При захлопывании сферической полости давление в ней резко возрастает, как при взрыве, что приводит к излучению импульса сжатия. Давление при захлопывании особенно велико при кавитации на низких частотах в обезгаженной жидкости с малым давлен насыщенного пара. Если увеличить содержание газа в жидкости, то диффузия газа в полости усилится, захлопывание полостей станет неполным и подьем давления при захлопывании - небольшим. При содержании газа в жидкости выше 50% от насыщения возникает кавитационное обезгаживание жидкости - образование и всплывание газовых пузырьков и вырождение паровой кавитации в газовую. Если образовавшиеся паровые пузырьки колеблются вблизи границы с твердым телом, около них возникают интенсивные микропотоки. Появление кавитации ограничивает дальнейшее повышение интенсивности звука, излучаемого в жидкости, что влечет за собой снижение нагрузки на излучатель.

Акустическая кавитация вызывает ряд эффектов. часть из них, например, разрушение и диспергирование твердых тел, эмульгирование жидкостей, очистка - обязаны своим происхождением ударам при захлопывании полостей и микропотокам вблизи пузырьков. Другие эффекты (например, вызывает и ускоряет химические реакции) связаны с ионизацией при образовании полостей. Благодаря этим эффектам акустическая кавитация находит все более широкое применение для создания новых и совершенствования известных технологических процессов. Большинство практических применений ультразвука основано на эффекте кавитации.

В А.с. 200981 описывается установка, использующая в своей работе явление кавитации. Назначение установки - снятие заусенцев с деталей самой различной формы. Деталь помещается в жидкость под высоким давлением, насыщенную мельчайшими абразивными частицами. При возбуждении в жидкости интенсивной акустической кавитации заусеницы отделяются от деталей; вдобавок деталь очищается от стружки и масла не только на открытых поверхностях, но и глубоких отверстиях.

А.с. 285394: Способ создания кавитации в жидкости путем возбуждения непрерывных колебаний звуковой или ультразвуковой частоты, отличающийся тем, что с целью поваышения эрозионной активности жидкости возбуждают в полупериод сжатия дополнительный пиковый импульс сжатия, соответствующий по времени концу фазы расширения или началу фазы захлопывания кавитационных полостей.

А.с. 409569: Способ детектирования радиоактивных излучений по их воздействию на протекание акустической кавитации в жидкотях, отличающийся тем, что с целью увеличения надежности детектирования, в кавитирующее акустическое поле помещают тест-образец, определяют степень его эрозии, по изменению которой судят об интенсивности радиоактивного излучения.

А.с. 446757: Способ получения теплофизической метки, например, для измерения расхода путем воздействия излучением на исследуемый поток, отличающийся тем, что с целью расширения диапазона измеряемых сред, воздействуют на контролируемый поток ультразвуковым полем с интенсивностью выше порога кавитации, фокусируют звуковые волны в локальную область, создают кратковременный процесс кавитации и получают теплофизическую неоднородность за счет продуктов кавитации.

4.8.3. Сонолюминисценция.

В момент захлопывания кавитационного пузырька наблюдается его слабое свечение, причиной этого явления является нагревание газа в пузырьке, обусловленное высокими давлениями при его схлопывании. Вспышка может длиться от 1/20 до 1/1000 сек. Интенсивность света зависит от колличесва газа в пузырьке: если газ в пузыорьке отсутствует, то свечение не возникает. Световое излучения пузырька очень слабо и становится видимым при усилении или в полной темноте.

Л И Т Е Р А Т У Р А

К 4.1. М.И.Шлионис, Магнитные жидкости. УФН. 1974, т.112.

авп. 3, стр.427

Н.З.Френкель, Гидравлика, М.-Л, 1956.

М.Д.Чертоусов, Гидравлика, М., 1957.

К 4.2. З.П.Шульман и др., Электрореологический эффект, Минск,

"Наука и техника", 1972.

К 4.3. И.М.Холостников, Теория сверхтекучести,

М., "Наука", 1977.

А.Роуз, Техника низкотемпературного эксперимента, М.,

"Мир", 1966.

К 4.4. Л.Лодж, Эластические жидкости, М., "Наука", 1969.

Физика ударных волн и высокотемпературных явлений,

М., 1963.

В.Н.Дмитриев, Основы пневмоавтоматики,

М., "Машиностроение", 1973.

Ю.Иванов, Была ли дырка в ванне Архимеда?

"Техника молодежи", 1972, стр.40.

А.Альтшуль и др., Визревые воронки, "Наука и жизнь",

1968, N'7.

К 4.6. М.П.Малков, Справочник по физико-химическим основам

глубокого охлаждения, М.-Л., 1963.

К 4.7. Н.Е.Жуковский, "О гидравлическом ударе в водопроводных

кранах", М.-Л., 1949.

М.А.Мостков и др., "Расчеты гидравлического удара",

М.-Л., 1952.

Г.В.Аронович и др.,"Гидравлический удар и уравнительные

резервуары", М., "Наука", 1968.

Л.А.Юткин, "Электрогидравлический эффект", М.,

"Машгиз", 1955.

К 4.8. Л.Родзинский, "Кавитация против кавитации", "Знание

сила", N'6, 1977, с.4.

Н.А.Рой, Возникновение и протекание ультразвуковой

кавитации, Акустический журнал, 1957, вып.I.

И.Пирсол, "Кавитация", М., "Мир", 1975.

5. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

5.1. Механические колебания.

Колебаниями называют процессы, точно или приблизительно повторяющиеся через одинаковые промежутки времени. По своему характеру колебания подразделяют на:

5.1.1. Свободные /или собственные/.

Свободные колебания - представляют собой колебания, совершаемые системами, представленными самим себе, около своего положения равновесия. Для возбуждения собственных колебаний требуется определенное количество энергии. Частота собственных колебаний определяется целиком свойствами самой системы.

А.с. 245 419: Способ определения главных центральных осей и моментов инерции геометрической фигуры, имеющей сложные очертания, путем измерения периода колебания пластинки, данной фигуре, отличающейся тем, что с целью повышения точности, в ластинке просверливают три отверстия, не лежащие не на одной прямой, протягивают через два из них нить, натягивают ее горизонтально и измеряют период колебания пластинки, затем протягивают нить через вторую пару отверстий и также измеряют период колебания пластинки, и по измеренным периодам колебаний подсчитывают значения осевых и центробежных моментов инерции относительно центральных осей инерции фигуры.

А.с. 280 014: Способ определения координат центра тяжести механической системы, заключающейся в том, что к системе поочередно прикладывают движущие моменты, и по величине этих моментов в зависимости от веса системы определяют координаты ее центра тяжести, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения при ограниченных углах поворота системы, движущие моменты, прикладываемые к системе, изменяют по гармоническому закону, с постоянной амплитудой на двух различных по частоте колебаний режимах, измеряют движущие моменты при прохождении системой нулевого положения и некоторого произвольного выбранного другого положения, отличного от нулевого, и по величине этих моментов в зависимости от частоты колебания системы и ее веса определяют координаты центра тяжести.

А.с. 288 383: Способ измерения натяжения движущейся магнитной ленты в лентопротяжных механизмах по частоте ее колебаний, отличающийся тем, что с целью повышения точности, регистрируют крутильные колебания ленты вокруг ее продольной оси, и по частотному спектру колебаний определяют среднюю величину натяжения ленты.

Свободные колебания из-за непрерывного расхода энергии на преодоление сил трения, всегда являются затухающими. Скорость затухания определяется характеристиками среды, в которой происходят колебания.

А.с. 246 101: Способ измерения массового расхода жидкостей и газов путем сообщения колебаний участку трубопровода со средой, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, участку трубопровода сообщают периодические колебания и измеряют время затухания свободных колебаний участка трубопровода между двумя фиксированными уровнями колебаний, обратно пропорциональное количеству прошедшей за это время среды.

А.с. 274 276: Способ измерения давления, воспринимаемого индикатором в виде кварцевой пластинки отличающийся тем, что с целью повышения чувствительности и надежности измерения, указанную пластинку приводят в резонансное колебание и по изменениям ее импеданса и декремента затухания судят о воспринятых ее давлениях.

А.с. 348945: Способ определения содержания в яйце плотной жидкой фракци, отличающийся тем, что с целью сохранения плотности яйца и сокращения продолжительности проведения процесса, содержания плотной жидкой фракции в яйце определяют по числу колебаний его содержимого путем воздействияна яйцо маятниковых маятниковых колебаний до заданной амплитуды затухания и последующего пересчета полученного числа колебаний по предварительно построенной калибровочной кривой на содержание плотной и жидкой фракции яйца.

5.1.2. В ы н у ж д е н н ы е колебания совершаются под действием внешней периодической /или почти периодической/ силы, например, колебания мембраны микрофона, барабанной перепонки уха, ударного элемента отбойных молотков, пластины магнитострикционного преобразователя ультразвуковых агрегатов. Частота вынужденных колебаний равна частоте вынуждающей силы, а амплитуда колебаний зависит от свойств системы.

А.с. 271 868: Способ автоматического контроля начала образования неразрушаемой структуры бетонной смеси при виброформировании путем фиксации момента изменения свойств бетонной смеси, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, определяют момент совпадания величин амплитуд вибрации бетонной смеси и стола виброплощадки.

А.с. 301 551: Способ измерения массы, включающий определение параметров колебания, отличающийся тем, что с целью точного измерения и исключения влияния внешних механических помех, например, при контроле массы рыбы загружаемой в консервную банку на плавучем рыбоконсервном заводе, на измеряемую упруго подвешенную массу периодически воздействует возмущающей силой с частотой, отличающейся от частоты помех и по амплитуде вынужденных колебаний, возникающих при этом, судят о величине массы.

А.с. 560 563: Способ контроля выдаиваниявымени животных при машинном доении, включающий определение степени опорожнения вымени по изменениям физических свойств его с помощью известных устройств, отличающийся тем, что с целью повышения точности контроля, определения степени опорожнения долей вымени ведут по изменению уровня и частоты акустических колебаний возникающих в них.

Вынужденные колебания, возбуждаемые в системе внешними силами, часто приводят к интенсификации многих, технологических процессов.

А.с. 460 072: Способ распыления жидкостей, по которому на распыляемую жидкость накладывают высоко частотные колебания, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности распыления, применяют последовательное наложение колебаний различных частот.

А.с. 512 893: Способ электроэрозионной обработки с подачей в межэлектродный зазор одновременно с рабочей жидкостью нейтрального газа, отличающийся тем, что с целью интенсификации процесса, газ вводят в пульсирующем режиме с частотой 0,15 -0,2 Гц.

Патент США 3 467 331: Способ разматывания ленты, заключающийся в том, что участок ленты, сматывающейся с подающего рулона, приводят в колебания, под действием которого преодолевается сила сцепления между витками ленты подающего рулона.

Если на сверло наложить в процессе сверления возвратопоступательные колебания, направленные вдоль его оси, то процесс сверления намного упрощается, так как сверло многократно /с частотой колебания/ как бы возвращается в исходное положение, поэтому его не уводит, трение уменьшается, повышается чистота поверхности сверления.

5.1.3. Особую роль в колебательных процессах играет явление р е з о н а н с а - резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, наступающего при приближении частот собственных и вынужденных колебаний системы. Явление резонанса используется для интенсификации различных технологических процессов.

А.с. 119 132: Вибрационный транспортер, выполненный ввиде желоба или трубы с размещенными вдоль них с определенным шагом вибраторами, отличающийся тем, что с целью уменьшения количества вибраторов, приводящих транспортер, часть из них заменена подпружиненными реактивными массами, настроенными в резонанс со всей колеблющейся системой.

А.с. 508 543: Способ обработки металлических изделий, включающий нагрев до температуры отпуска с одновременным приложением механической вибрации, отличающийся тем, что с целью предотвращения образования усталостных трещин и интенсификации процесса снятия внутренних напряжений в сварных изделиях, обработку ведут при местном нагреве зоны сварного шва с одновременной вибрацией всего изделия, осуществляемой в резонансном режиме с частотой, соответствующей частоте при его нагреве.

А.с. 515 006: Способ сушки дисперсных материалов, например, солода, в кипящем слое путем продувки его восходящим пульсирующим потоком теплоносителя, отличающийся тем, что с целью интенсификации тепломассообмена, продувку ведут в режиме резонанса с увеличением в зависимости от влажности материала частоты пульсаций потока теплоносителя, например, для солода от 6 до 14 Гц., и поддержанием ее средней частоте собственных колебаний плотности кипящего слоя, и для измерения каких-либо характеристик системы.

А.с. 175 265: Резонасный датчик уровня сжижения газов, содержащий колебательный контур, выполненный ввиде стержней с укрепленными токопроводящими элементами, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, стержни настроены на различные резонансные частоты и расположены относительно друг друга на расстоянии, позволяющем образовать электрическую емкость, достаточную для возбуждения одного из стержней.

А.с. 271 051: Способ измерения массы вещества в резервуаре, например, жидкого, отличающийся тем, что с целью повышения точности и надежности измерения возбуждают механические резонансные колебания системы резервуар - вещество, измеряют их частоту, по величине которой судят о массе вещества.

А.с. 275 514: Способ определения химической стойкости пористого материала к воздействию агреесивных сред, отличающийся тем, что с целью повышения точности определения, образец подвергают воздействию механических колебаний, замеряют резонансную частоту его собственных колебаний, затем помещают в агрессивную средуи выдерживают необходимое время, зависящее от материала образца, после чего извлекают, промывают, сушат, снова подвергают воздействию механических колебаний с замером резонансной частоты собственных колебаний, и, по изменению упругих свойств, например, модуля упругости, вычисленного на основании замеренных величин резонансной частоты собственных колебаний образца, определяют его химическую стойкость.

А.с. 509 798: Способ испытания конструкций без разрушения материалов, заключающийся в том, что в элементе конструкции возбуждают колебания на его собственной частоте и увеличивают эту частоту при определении усилий, отличающийся тем, что с целью повышения точности, длину колеблющейся части элемента ограничивают положением дополнительных механических связей, после чего измеряют собственную частоту элемента под этой нагрузкой, и, сравнивая эти частоты, судят о величине начальных усилий.

А.с. 519 239: Способ обнаружения налипания металлов в калибрах валков чистовой клети при прокатке, например, арматурной стали, включающей измерения амплитудно частотных характеристик процесса и сравнения их с эталонными, отличающийся тем, что с целью упрощения и повышения надености способа, контролируют колебания раската в вертикальной плоскости на выходе из чистовой клети, из сп выделяют составляющую колебаний полосы с частотой вращения валка и судят о налипании металла по трех-четырех кратному увеличению амплитуды выделенной составляющей колебаний.

5.1.4. А в т о к о л е б а н и я - незатухающие колебания, которые осуществляются в неконсервативной системе при отсутствии переменного внешнего воздействия /за счет внутреннего источника энергии/, причем амплитуда и период этих колебаний определяются свойствамисамой системы. Классический пример автоколебательной системы - маятниковые часы. Как правило, автоколебательные системы склонны к самовозбуждению.

А.с. 267 993: Способ определения сроков схватываниябетонн по изменению колебаний натянутой струны, помещенной в исследуемую смесь, отличающийся тем, что с целью автоматизации процесса определения возбуждают в струне электромагнитные колебания и измеряют интервал времени от момента затвердения смеси до момента самовозбуждения струны.

А.с. 279 214: Способ измерения ускорения путем определения изменения анодного тока в газоразрядной трубке с плазменным шнуром, отличающийся тем, что с целью получения частотного выходного сигнала, в газоразрядной трубке создают неоднороное электрическое поле, вызывающее изменение частоты автоколебаний плазменного шнура при его смещении под действием ускорения относительно электродов, и по частоте колебаний судят о контролируемой величине.

5.2. Акустика.

Одним из широко известных колебательных движений является звук - продольные колебания частичек среды, в которых распространяется звуковая волна.

Акустические /звуковые/ колебания, как и механические колебания, часто используют для интенсификации различных технологических процессов.

А.с. 442 287: Способ разработки газогидратной залежием превращения газа из твердого /газогидратного/ состояния в газообразное в пласте, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности разработки залежи, пласт подвергают воздействию упрцгих колебаний звукового диапозона.

А.с. 500 817: Способ очистки изделий в жидкости, например, материалов типа лент, при котором на изделие воздействуют движущимися относительно его механичекими очистными средствами, преимущественно щетками и акустическим полем, отличающийся тем, что с целью интенсификации процесса очистки и снижения его энергоемкости акустическое и механическое воздействие на изделие совмещают, для чего механические средства очистки располагают в акустическом поле.

А.с. 553 419: Способ чистки термочувствительных материалов, например микробных препаратов, путем их предварительного нагрева во взвешенном состоянии, отлежки и последующего охлаждения, отличающийся тем, что с целью интенсификации и повышения качества сушки, охлаждение материала ведут в среде псевдоожиженного сорбента под воздействиемзвукового поля.

А.с. 553 791: Способ сепарации взвешенных частиц путем воздействия на них акустическими колебаниями, отличающийся тем, что с целью сепарации частиц размерами меньше 0,5 мкм и разделения частиц одинаковых размеров различной плотности, акустические колебания генерируют в виде импульсов с периодом, меньшим времени релаксации сепарируемой частицы и длительностью возрастающей от 0,1 до 1 времени периода следования импульсов.

Акустические колебания различной частоты по разному воздействуют на животных.

На основе этого в США /патент N 557 889 / разработаны устройство и способ, предназначенные для разгона животных. С этой целью мозг животных подвергается действию раздражающих колебаний со спектром, лежащим в звуковом диапозоне частот, представляющий собой совокупность многочисленных колебаний, успокаивающих мозг животных. Раздражающие колебания действуют на мозг животного одновременно с успокаивающими колебан при этом осуществляется модуляция раздражающих колебаний успокаивающими.

Характер звуковых колебаний зависит от свойства источника звука, поэтому, измеряя различные характеристики звуковых колебаний, можно установить характеристики источника звука.

А.с. 257 084: Способ определения рассовой принадлежности пчел, отличающийся тем, что с целью определения рассы на живых пчелах, сокращение затрат времени и труда и получение более точных данных, рассовую принадлежность определяют по спектральной характеристике издаваемых пчелами звуков, которую сравнивают со стандартными спекторами, полученными на пчелах заведомо чистых расс.

А зная характеристики звуковой волны, можно по ее изменению при прохождении различных сред установить параметры среды.

В США разработан автоматический прибор, сортирующий при помощи звука яблоки, так как установлено, что зрелые, незрелые и перезрелые яблоки оказывают различное сопротивление проходящим сквозь них звуковым волнам разных частот.

Звук распространяется в воздухе с определнной скоростью. Если в какой-то определнной системе координат возникает звуковой импульс, то по времени прохождения его к осям координат, которое может быть зафиксировано приемниками звука, можно определить координаты источника звука. Такой путь и избрали в институте Кибернетики АН БССР.

При использовании ЭВМ в качестве автоматического проектировщика необходимо вводить в нее графическую информацию. С этой целью графическая информация предоставляется ввиде набора различных кривых, координаты которых вводятся с помощью миниаторной искры, возникающей при соприкосновении специального звукового карандаша (Электроакустического преобразователя) с любой из точек чертежа, звук который достигает системы координатных микрофонов, расположенных по краям чертежа. Одна система выдает координату по Х, другая по У.

5.2.1. При подходе к приграде акустические волны отражаются (эхо). Поэтому, если в закрытом помещении включить и сразу выключить источник звука, то возникает явление р е в е р б е р а ц и и т.е. послезвучание,обусловленное приходом в определенную точку запоздавших отраженных или рассеянных звуковых волн.

Измеряя время реверберации (время в течении которого интенсивность звука уменьшается в 1000000 раз) можно определить обьем свободного помещения.

А.с. 346 588: Акустический способ определения количества вещества в замкнутом сосуде, отличающийся тем, что с целью упрощения, в свободном пространстве сосуда создают акустический импульс и измеряют время реверберации, по которому судят о количестве вещества.

5.3. У л ь т р а з в у к.

Ультразвук - продольные колебания в газах, жидкостях и твердых телах в диапозоне частота 20.10 в третьей степени Гц. Применение ультразвука связано в основном с двумя его характерными особенностями: лучевым распространением и большой плотностью энергии.

Из-за малой длины волны распространение ультразвуковых волн с сопровождающими эффектами:

отражением

Патент США 3554 030: Расписан расходомер, используемый для измерения и регистрации величины обьемного расхода крови. Измерения производятся при помощи ультразвукового преобразователя, который применяется как для излучения, так и приема ультразвуковых волн. Отраженные сигналы, принимаемые преобразователем позволяют определить размер поперечного сечения кровеносного сосуда, а также скорость движения крови в сосуде. Измеренные параметры дают возможность получить расчетным путем величину обьемного расхода крови.

фокусировкой

А.с. 183 574: Способ газовой сварки и резки, заключающийся в использовании тепла пламени горючей смеси, отличающийся тем,что с целью повышения производительности процесса, в газовую горючую смесь вводят ультразвуковые колебания, фокусируемые в зоне сварного шва или реза.

образование теней (ультразвуковая дефектоскопия);

Большая частота ультразвука позволяет сравнительно легко создавать ультразвуковые пучки с большой плотностью энергии, рапространение которых в жидких и твердых телах сопровождается рядом эффектов, часто приводящих к необратимым явлениям. Эти эффекты - радиационное давление (избыточное давление испытуемое препятствием вследствии воздействия на него ультразвуковой волны и определяемое импульсом, передаваемом волной в единицу времени единице поверхности препятствия), акустическая кавитация (см. раздел 4.8) и акустические потоки, носящие вихревой характер и возникающие в свободном неоднородном поле и вблизи препятствий, находящихся в ультразвуковом поле.

5.3. Пластическая деформация и упрочнение.

Воздействие ультразвука на процесс пластической деформации обусловлено влиянием его на контактные условия, свойства и структуру деформируемого металла. В этом случае возможны два нелинейных эффекта: "акустическое разупрочнение" и "акустическое упрочнение". Первый наблюдается в процессе воздействия интенсивным ультразвуком и заключается в уменьшении статического напряжения, необходимого для осуществления пластической деформации. Акустическое упрочение металлов достигается после воздействия ультразвуковых волн достаточно высокой интенсивности. Акустическое разупрочнение является результатом активации дислокаций, происходящей в результате поглощения акустической энергии в местах дефектов кристаллической решетки и других структурных несовершенств. Благодаря этому за малое время происходит локальный нагрев вокруг этих источников поглощения, снятие напряжений, разблокировка дислокаций, увеличение их подвижности, что обеспечивает более интенсивный ход платической деформации.

А.с. 436 750: Способ разбортовки полых изделий из пластических масс путем двустороннего обжатия роликами стенки изделия при его вращении, отличающийся тем, что с целью повышения производительности процесса, область контакта стенки изделия с роликами подвергают воздействию ультразвуковых колебаний.

А.с. 536 874: Способ профилирования материала типа пруткового путем наложения на заготовку ультразвуковых колебаний в ее пластической деформации, отличающийся тем, что с целью получения на заготовках периодического профиля синусоидального характера, заготовку предварительно подвергают воз ультразвуковых колебаний так, чтобы расположение пучностей и узлов ультразвуковой волны соответствовало выступам и впадинам заданного периодического профиля, после чего осуществляют процесс пластического деформирования заготовки в осевом направлении, перпендикулярном к направлению действия изгибных колебаний, растягивающими усилиями, достаточными для получения заданной глубины профиля.

Если валики прокатного стана колебать в направлении параллельном осям их вращения, с ультразвуковой частотой, то усилие деформации снижается в 1,5-2 раза, а степень деформации увеличивается на 20-50 %, причем контактное трение резко снижается.

При достижении определенного уровня акустической энергии, зависящего от свойства облучаемого металла, последний может пластически деформироваться при комнатной температуре без приложения внешней нагрузки.

5.3.2. Под действием ультразвукав и з м е н я ю т с я о с н о в н ы е ф и з и к о-х и м и ч е с к и е с в о й с т в а р а с п л а в о в: вязкость, поверхностное натяжение на границе "расплав - форма" или "расплав - твердая фаза", температура и диффузия.

5.3.2.1. В я з к о с т ь, после ультразвуковой обработки расплава вязкость уменьшается на 10-50 %, причем характер изменения вязкости не позволяет считать, что уменьшение вязкости вызывается только тепловым воздействием ультразвука, посколько на ряду с тепловым воздействием наблюдаются и другие эффекты, например, изменение трения между твердыми нерастворимыми примесями, находящихся в расплаве.

5.3.2.2. П о в е р х н о с т н о е н а т я ж е н и е. Воздействие ультразвука на расплав в процессе кристализации уменьшает поверхностное натяжение между расплавом и кристаллом при двухфазном состоянии, за счет чего уменьшается переохлаждение расплавов и увеличивается количество кристаллических зародышей, а структура расплава получается более мелкозернистой.

5.3.2.3. Т е м п е р а т у р а. Ультразвуковая обработка металлов в жидком состоянии и во время кристаллизации приводит к изменению характера температурного поля. Возникновение акустических потоков в расплаве под действием ультразвука связано с потерей энергии в расплаве. Эти потери зависят от интенсивности ультразвука и акустических свойств среды. Акустические потоки вызывают интенсивное перемешивание расплава, выравнивание температуры и интенсификацию конвективной диффузии. При выравнивании температуры расплава увеличивается теплообмен со стенками и окружающей средой, в результате чего увеличивается скорость охлаждения, физическая сущность влияния ультразвука на теплообмен при естественной или вынужденной конвекции заключается в проникновении акустических потоков в пограничный и ламинарный подслой, что приводит к деформации этих слоев, их турбулизации и перемешиванию. В результате этого в несколько раз увеличивается коэффициент теплопередачи и скорость теплообмена.

5.3.2.4. Д и ф ф у з и я.

Ультразвук ускоряет диффузионные процессы в металлических расплавах и на границе с твердой фазой. В этом случае под действием ультразвука происходит более легкое перемещение атомов из одного устойчивого состояния в другое благодаря образованию кавитационных пузырьков. При этом необходимо учитывать влияние вторичных эффектов акустических потоков, повышение температуры, акустического давления, вызывающих турбулентное перемещение и разрушение пограничного слоя между жидкой и твердой фазой при ускорении диффузии на границе жидкость твердое тело.

5.3.2.7. Д е г а з а ц и о н н ы й э ф ф е к т.

Под действием ультразвука растворенный газ сначала выделяется в виде пузырьков в зонах разряжения ультразвуковых волн, после этого пузырьки соединяются и при достижении достаточно большого размера всплывают на поверхность. Эффект можно обьяснить следующим образом, при воздействии ультразвука в расплаве возникает кавитация: в образованные кавитационные пустоты проникает ратворенный газ. При захлопывании кавитационных пузырей этот газ не успевает снова раствориться в металле и образует газовые пузырьки. Зародыши газовых пузырьков образуются и в полупериод разряжения при распространении упругих ультразвуковых колебаний в расплаве, т.к. при уменьшении давления растворимость газов уменьшается. После этого газовые пузырьки под влияниемельных движений коанулируют и, достигая определенных размеров, всплывают. Ускорение диффузии под действием ультразвука тоже может способствовать нарастанию газовых пузырьков.

5.3.3. Ультразвуковой капиллярный эффект (открытие N109).

Явление капиллярности заключается в том, что при помещении в жидкость капилляра, смачиваемого жидкостью, в нем под действием сил поверхностного натяжения происходит подьем жидкости на некоторую высоту. Если жидкость в капилляре совершает колебания под влиянием источника ультразвука, то капиллярный эффект резко возрастает, высота столба жидкости увеличивается в несколько десятков раз, значительно во и скорость подьема.

Экспериментально доказано, что в этом случае жидкость толкает вверх не радиационное давление и капилярные силы, а стоячие ультразвуковые волны. Ультразвук снова и снова как бы сжимает столб жидкости и поднимает его вверх. Открытый эффект уже очень хорошо используется в промышленности, например, при пропитке изоляционными составами обмоток электродвигателей, окраске тканей, в теплвых трубах и т.п.

А.с. 437 568: Способ попитки капиллярных пористых тел жидкостями и расплавами, например, полимерным связующим, с применением ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что с целью интенсификации процессов пропитки ультразвуковые колебания сообщают пропитываемому телу.

5.3.4. Трудно перечислить все эффекты, возникающие в результате воздействия ультразвука на вещество, поэтому кратко перечислим основные области прменения ультразвука и приведем в заключение несколько интересных изобретений, показывающих широкие возможности использования ультразвука в изобретательстве.

Твердые вещества

---------------

- размерная обработка сверхтвердых и хрупких материалов (сверление отверстий сложной формы, шлифование, полирование, наклеп, волочение проволоки, прокатка фольги и т.д.)

- лужение и паяние металлов, керамики, стекла и т.п.

- сварка металлов и полимеров.

А.с. 505 540: Способ сварки трением встык разнородных металлов при котором осуществляют вращение одной заготовки, кроковку стыка и обжатие его при помощи осадочной матрицы, надетой на неподвижную заготовку, отличающийся тем, что с целью повышения стабильности качества сварного шва и стойкости матрицы, проковку и обжатие стыка производят с наложением на осадочную матрицу поперечных звуковых колебаний с пучностью напряжений в очаге деформации при с менее окружной скорости вращающейся заготовки.

Жидкости (кавитирующие)

- очистка деталей от жировых и других загрязнений

А.с. 120 613: Устройство для автоматической очистки деталей, например, сеток радиоламп посредством промывочной жидкости, включающие промывочную ванну, транспортер, укладочное и разгрузочное приспособление, отличающееся тем, что с целью повышения качества очистки, в промывочной ванне установлены ультразвуковые излучатели с концентраторами ультразвуковой энергии, служащие для создания фонтанов промывочной жидкости, омывающих сетки, перемещаемые над промывочной ванной.

- диспергирование твердых порошкообразных материалов в жидкостях, эмульгирование несмешивающихся жидкостей.

А.с. 517 294: Способ получения жирового концентрата, включающий смешивание жира с белковым стабилизатором и высушивание, отличающийся тем, что с целью длительного хранения высококилотных жиров, а также удешивления способа, жир перед смешиванием нейтрализуют в присутствии катализатора, смесь жира со стабилизатором эмульгируют с помощью ультразвука в течении 10-15 минут, а в качестве стабилизатора используют дунст.

- получение аэрозолей.

- полимиризация или деструкция высокомолекулярных соединений, ускорение массообразных и химических процессов.

- разрушение биологических обьектов (микроорганизмов).

Действие ультразвука на жидкость базируется на использовании вторичных эффектов кавитации - высоких локальных давлений и температуры, образующихся при схлопывании кавитационных пузырьков.

Г а з ы

- сушка сыпучих, пористых и других материалов.

- очистка газов от твердых частиц и аэрозолей.

5.3.5. Акустомагнетоэлектрический эффект.

Звук способен сортировать не только яблоки, но и электроны. Если поперек направления распространения звука в проводящей среде наложить магнитное поле, то электроны, которые увлекаются звуком, будут отклоняться в этом поле, что приведет к возникновению поперечного тока или, если образец "разомкнуть" в поперечном направлении, электродвижущей силы (ЭДС). Но магнитное поле в соответствии с законом Лоренца отклоняет электроны разных скоростей по разному, поэтому величина и даже знак ЭДС показывают, какие электроны увлекаются звуком, то есть коковы свойства электронного газа в данной среде. В каждом веществе звук увлкает за собой группу электронов характерных именно для дпнного вещества. Если звук проходит через границу двух веществ, то одни электроны должны смениться другими, например, более "холодные", более "горячими". При этом от границы будет тепло, а сама граница охлаждаться. Данный эффект похож на известный эффект Пельтье (см. раздел 9.2.2.).

Однако принципиальное отличие этого эффекта от эффекта Пельтье состоит в том, что он не исчезает, даже при очень низких температурах и охлаждение может продолжаться до температур, близких к абсолютному нулю. Это открытие зарегистрировано под номером 133 в следующей формулировке:"Установлено неизвестное ранее явление возникновение в телах, проводящих ток, перемещенных в магнитном поле, при прохождении через них звука, электродвижущей силы поперек направления распространениязвука, обусловленной взаимодействием со звуковой волной носителей заряда, находящихся в различных энергетических состояниях". На основе открытия уже сделано ряд изобретений.

А.с. 512 422: Способ измерения времени релаксации энергии носителей заряда в кристалле, заключающийся в измерении проводимости и разности потенциалов на исследуемом образце, отличающийся тем, что с целью упрощения и повышения точности измерения, в образец вводят ультразвуковую волну, измеряют разность потенциалов в направлении распространения волны и проводимость в перпендикулярном направлении.

А.с. 543 140: Способ усиления поверхностных звуковых волн в пьезоэлектическом полупроводнике основанный на взаимодействии звуковых волн с электрическим полем, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности усиления, дрейфовое напряжение прикладывается в направлении, перпендикулярном распространению поверхностной звуковой волны.

5.4. Волновое движение.

Волна - это возмущение, распространяющееся с конечной скоростью в пространстве и несущее с собой энергию. Суть волнового движения состоит в переносе энергии без переноса вещества. Любое возмущение связано с каким-то направлением (вектор электрического поля в электромагнитной волне, напрвление колебаний частиц при звуковых волнах, градиент концентрации, градиент потенциала и т.д.). По взаимоположению вектора возмущения и вектора скорости волны, волны подразделяются на продольные (направление вектора возмущения совпадает с направлением вектора скорости) и поперечные (вектор возмущения перпендикулярен вектору скорости). В жидкостях и газах возможныв только продольные волны, в твердых телах и продольные и поперечные.

Волна несет с собой и потенциальную и кинетическую энергию. Скорость волны, т.е. скорость распространения возмущения, зависит как от вида волны, так и от характеристик среды, например, от прочности бетона при затвердевании. Измеряя скорость распространения ультразвука можно определить, какую прочность набрал бетон в процессе выпаривания. ("Знание-сила"II,1969)

В Японии предложено пропускать ультразвук через стальные изделия перпендикулярно тем поверхностям, расстояние между которыми нужно измерить. Стальные изделия помещались в остную ванну, которая просвечивалась ультразвуковыми импульсами. Измерив время необходимое для прохождения импульса от каждого вибратора, определяли внешние разхмеры изделия /заявка Японии N 51-23193/.

При наличии дисперсии волн (см. раздел 5.4.7.) понятие скорости волны становится не однозначным; приходится различать фазовую скорость (скорость распространения определенной фазы волны) и групповую скорость, являющуюся скорость переноса энергии, что усложняет различные измерительные работы с помощью различного вида колебаний. В случае же когерентного колебания фазовая скорость может нести информацию о свойствах среды.

А.с. 288 407: Способ измерения паросодержания пароводяных смесей и количества парогазовых включений по а.с. N'131138, отличающийся тем, что с целью повышения точности и чувствительности при измерениях паросодержания в высокочастотных трактах с большими потерями, отраженный сигнал, фаза которого характеризует измеряемый параметр, выделяют из высокочастотного тракта, усиливают, ограничивают по амплитуде и сравнивают его фазу с фазой опорного когерентного высокочастотного колебания.

А.с. 412 421: Способ измерения скорости ультразвука в средах основанный на определении времени рапространения колебаний с помощью фазового сдвига, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, модулируют колебания по фазе и одновременно пропускают через исследуемую и эталонную среду, измеряя на границах обеих сред относительную величину фазы колебаний, и по результатам измерения находят скорость ультразвука в исследуемой среде.

5.4.1. Стоячие волны.

При наличии каких-либо неоднородностей в среде имеют место явления преломления и отражения волн. Если возбуждаемые в среде волны отражаются от каких-то границ (препятствий), то при определенном сдвиге фаз в результате наложения прямой и отраженной волны может возникнуть стоячая волна с характерным расположением максимумов возмущения (узлов и пучностей). При наличии стоячей волны переноса энергии через углы нет, и в каждом участке между двумя узлами наблюдается лишь взаимопревращение кинетической и потенциальной энергии.

А.с. 337 712: Способ определения модуля упругости бетона путем ультразвукового прозвучивания образца, отличающийся тем, что с целью повышения точности, фиксируют частоту ультразвуковых колебаний при возникновении стоячей волны и по ней судят о модуле упругости бетона.

А.с. 488 170: Способ ипытания кабельных изделий на вибростойкость путем создания колебаний в закрепленном по концам образца, находящемся под натяжением, отличающийся тем, что с целью повышения надежности испытаний кабель-буксирных комплектаций, на образце кабеля закрепляют соединитель, идентичный по весу, размерам, и элементам фиксации муфте изделия, концы закрепляют шарнирно, возбуждают в нем стоячие волны, а соединитель размещают в узле стоячей волны.

5.4.2. Эффект Доплера-Физо.

Еслирегистрировать колебания в точке, расположенной на каком-либо расстоянии от источника колебаний и неподвижной относнего, то частота регистрируемых колебаний будет равна частоте колебаний источн Если же источник и приемник приближаются друг к другу, то частота регистрируемых колебаний будет выше частоты колебаний источника. При взаимном удалении приемника и источника приемник будет регистрировать понижение частоты колебаний. При этом изменение частоты зависит от скорости взаимного движения источника и приемника. Этот эффект был впервые открыт Доплером в акустике, позже его независимо открыл Физо и рассмотрел его в случае световых колебаний.

На основе этого эффекта создан прибор для измерения скорости супертанкеров при швартовых операциях,, длина волны использована малая (микроволновый сигнал). Очевидно подобный прибор может быть использован и в других областях техники.

Патент США 3 555 899: Установка для ультразвукового измерения расхода жидкостей в трубопроводе. Имеется устройство для создания двух траекторий распространения ультразвука между противоположными боковыми стенками трубопровода и устройство, которое направляет эти траектории таким образом, что они располагаются в плоскости, проходящей через параллельно продольные прямые, и наклонены к обоим прямым под взаимно дополняющими углами. Установка имеет устройство, которое посылает ультразвуковые колебания в двух противоположных направлениях по каждой из двух траекторий. Расход определяется путем измерения скорости распространения колебаний по направлению потока и навстречу потоку и вычисления среднего значения разности между указанными различными скоростями. Распространение звуковых колебаний по одной траектории может быть обеспечено путем отражения ультразвуковых колебаний, идущих по другой траектории.

Патент США 3 564 488: Прибор для измерения скорости движущихся обьектов, например, для измерения скорости движения тела по рельсам. По одному из рельсов пускаются ультразвуковые волны. В приборе имеется пьезоэлектрический преобразователь который служит для обнаружения доплеровской частоты в отраженном сигнале, исходящеи от точки, расположенной вблизи места контакта движущегося тела с рельсом. Частота Допплера используется для измерения скорости движущегося по рельсам обьекта.

5.4.3. Поляризация.

Поляризация волн - нарушение осевой симметрии поперечной волны относительно направления распространения этой волны. В неполяризованной волне колебания (векторов смешения и скорости частиц среды в случае упругих волн или векторов напряженностей электрического и магнитного полей в случае электромагнитных волн) в каждой точке пространства по всевозможным направлениям в плоскости, перпендикулярной направлению распрстранения волны, быстро и беспорядочно сменяют друг друга так, что ни одно из этих направлений колебаний не является преимущественным. Поперечную волну называют поляризованной, если в каждой точке пространства направление колебаний сохраняется неизменным (линейнополяризованным) или изменяется с течением времени по определенному закону - (циркулярно или элептическиполяризованной).

Поляризация может возникнуть вследствие отсутствия осевой симметрии в возбуждающем волну излучателе (например, в лазерах), при отражении и приломлении волн на границе двух сред (наибольше степень поляризации имеет место при отражении под углом Брюстера тангенс угла равен коэффициенту преломления отражающей среды) при рапространении волны в анизотропной среде.

А.с. 269 588: Способ определения стойкости стекла в спаях с металлом к электролизу, состоящий в том, что через термостатированный образец пропускается электрический ток, причем напряжение питающего источника остается постоянным, и измеряют величину тока, проходящего через образец, отличающийся тем, что с целью повышения точности наблюдений, о ходе процесса электролиза судят по измерению картины механических напряжений в местах спая с металлом, наблюдаемой в лучах поляризованного света.

А.с. 452 786: Способ магнитного контроля ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что на поверхность предварительно намагниченного материала наносят индикатор и по рисунку, образованному под воздействием полей рассеяния, судят о качестве изделия, отличающийся тем, что с целью повышения его чувствительности, в качестве индикатора используют монокристаллическую пленку магний-марганцевого феррита с полосовой доменной структурой, а изменение состояния индикатора наблюдают в поляризованном свете.

А.с. 221 345: Способ контроля кристаллизации кондитерских масс, например, ирисной, в процессе производства путем микроскопирования исследуемого образца, отличающийся тем, с целью повышения точности контроля, микроскопирование осуществляют в проходящем поляризованном световом луче с измерением при этом интенсивности светового потока с последующим определением содержания кристаллов.

А.с. 249 025: Способ оценки распределния контактных напряжений по величине деформации пластичной прокладки, располагаемой в зоне контакта между соприкосающимися поверхностями, отличающийся тем, что с целью повышения точности, в качестве пластичной прокладки используют пленку из оптически чувствительного материала, которую затем просвечивают поляризованным светом в направлении действия контактных сил, и по картине полос судят о распределении контактных напряжений.

5.4.4. Вобщем случае д и ф р а к ц и я - это отлонения волновых движений от законов геометрической /прямолучевой/ оптики. Если на пути распространения волны имеется препятствие, то на краях препятствия наблюдается огибание волной края. Если размеры препятствия велики по сравнению с длиной волны, то распрстранение волны почти не отклоняется от прямолинейного, т.е. дифракционные явления не значительны. Если же размеры препятствия сравнимы с длиной волны, то наблюдается сильное отклонение от прямолинейного распространения волнового фронта. При совсем малых размерах препятствия волна полностью его огибает - она "не замечает" препятствия. Очевидно, величина отклонения /количественная характеристика дифракции/ при заданном препятствии будет зависеть от длины волны; волны с большей длиной будут сильнее огибать препятствие.

Такое разделение волны используется в дифракционных спектроскопах, где белый свет /совокупность волн различной длины/ располагается в спектр с помощью дифракционной решеткисистемы частых полос.

В авторском свидетельстве N'249 468 изменение дифракционной картины при изменении размеров препятствий использовано для градировки магнитного поля, под действием которого изменяются параметры ферромагнитной пленки с полосовой доменной структурой: Способ градировки магнитного поля спомощью эталона, отличающийся тем, что с целью повышения точности и упрощения процесса градуровки эталон, в качетве которого использована тонкая ферромагнитная пленка с полосовой доменной структурой, на которую нанесен магнитный коллоид, намагничивают под определенным углом к направлению силовых линий градуируемого поля, освещают его светом и наблюдают диффрагировавший на эталоне луч света, затем увеличивают градуируемое поле по величине, при которой исчезает наблюдаемый луч, сопоставляют эту величину с известным значением поля переключения эталона.

А.с. 252 625: Способ определения статистических характеристик прозрачных диэлектрических пленок, заключающийся в том, что через исследуемую пленку пропускают луч света, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса и сокращения времени определения, на пути луча когенентного света за исследуемой пленкой устанавливают экран с отверстием, вращают исследуемую пленку в плоскости, перпендикулярной оси луча, получают усредненную дифракционную картину от отверстия и затем из сравнения полученной усредненной дифракционной картины с расчетной картиной определяют статические характеристики пленки.

5.4.5. Интенференция волны.

Явление, возникающее при наложении двух или нескольких волн и состоящее в устойчивом во времени их взаимном усилении в одних точках пространства и ослаблении в других в зависимости от соотношения между фазами этих волн. Интерференционная картина может наблюдаться только в случае когерентных волн, т. е. волн, разность фаз которых не зависит от времени. При интерференции поперечных волн помимо когерентности волн необходимо, чтобы им соответствовали колебания, совершающиеся вдоль одного и того же или близких напрвлений: поэтому две когерентные волны, поляризованные во взаимно перпендикулярных направлениях интерферировать не будут. Существует много различных методов получения когерентных волн: наиболее широко распространенными Являются способы, основанные на использовании прямой и отраженной волны; если отраженная волна направлена точно назад т.е. на 180 градусов, то могут возникнуть стоячие волны.

А.с. 154 676: Способ определения абсолютного значения ускорения силы тяжести, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения абсолютного значения ускорения силы тяжести, время падения измеряют путем подсчета количества временных периодических интервалов, задаваемых эталоном частоты, в период между моментами совпадения отрезков пути свободного падения с длиной трубчатого концевого эталона, сличаемых интерференционным методом в процессе свободного падения тела.

Патент США 3 796 493: Аппарат для измерения шага резьбы прецизионного ходового винта посредством оптической интерференции. Два чувствительных элемента приводят в контакт с одной и той же стороной резьбы винта в двух точках, фазы которых отличаются на 180 градусов. Щупы смонтированы на направляющей, которая может перемещаться в любом направлении на каретке, в плоскости, параллельной плоскости движения каретки вдольоси винта, регулируют таким образом, чтобы она приблизительно равнялась шагу винта. Средняя точка между сферическими концами двух щупов располагается в вершине кубического уголкового отражателя, смонтированного на направляющей. Световой луч от уголкового кубического отражателя отражается рефлектором. Шаг резьбы измеряют используя интерференцию между световыми лучами, разделенными полупрозрачным зеркалом. Один из лучей испытывает отражения от уголкового отражателя и рефлектора. Измеренную величину сравнивают с эталонным шагом.

5.4.6. Голография.

Явления интерференции и дифракции волн лежат в основе принципиально нового метода получения обьемных изображений предметов - голографии.

Теоретические предпосылки голографии существовали давно / Д.Габор, 1948г./, однако практическое ее осуществление связано с появлением лазеров - источников света высокой интенсивности, когерентности и монохроматичности.

Суть голографии состоит в следующем. Обьект освещают когерентным светом и фотографируют интерференционную картину взаимодействия света, рассеянного обьектом, с когерентным излучением источника, освещающего обьект. Эта интерференционная картина - чередование темных и светлых областей сложной конфигурации, зарегистрированная фотопластинкой и есть голограмма. Она не имеет никакого сходства с обьектом, однако несет в себе полную визуальную информацию о нем, так как фиксирует распределение амплитуд и фаз волнового поля - результата наложения опорной когерентной волны и волн, дифрагированных на обьекте. Для восстановления изображения голограмму освещают опорным пучком света, который дифрагируя на неоднородностях почернения фотоэмульсии, дает обьемное изображение, обладающей полной иллюзией реального обьекта.

Голограммы обладают рядом интересных особенностей. Например, если голограмму расколоть на несколько кусков, то каждый из них при просвечивании дает полное изображение предмета, как и целая голограмма. Изменяются лишь четкость изображения и степень обьемности. Если же с голограммой контактным способом снять обращенную копию /негатив/, то изображение полученное от этой копии все равно останется позитивным.

Одно из фундаментальных открытий в области голографии принадлежит Ю.Н.Денисюку, осуществившему голографию в стоячих волнах. Открытие зарегистрировано под N'88 со следующей формулой:

"Установлено ранее неизвестное явление возникновения пространственного неискаженного цветного изображения обьекта при отражении излучения от трехмерного элемента прозрачной материальной среды, в которой распределение плотности вещества соответствует распределению интенсивности поля стоячих волн, образующихся вокруг обьекта при рассеянии на нем излучения".

Такие трехмерные галограммы на стадии восстановления необязательно освещать когерентным излучением,- можно пользоваться обычным источником света.

Возможности использования голографических методов неисчерпаемы. Например, если процессы регистрации и восстановления производить при разных длинах волн, то изображение обьекта во столько раз, во сколько длина волны восстановления больше длины волны регистрации /голографический микроскоп/. С помощью голографии можно получать интерференционные картины от обьектов, диффузно рассеивающих свет. Совмещая голографическое изображение с самим обьектом и изучая интерференционную картину, можно зафиксировать самые незначительные деформации обьекта.

А.с. 250 465: Способ определения чистоты обработки поверхности изделия...., отличающийся тем, что с целью повышения чувствительности способа, сначала получают голограмму контролируемого изделия, производят освещение поверхности изделия, накладываемое на него восстановленное с голограммы его действительное изображение, и регистрируют при этом интенсивность зеркально и диффузно отраженного от поверхности изделия излучения, затем изменяют взаимное расположение изделия и его действительного изображения на величину большую, чем средняя высота микронеровностей поверхности, регистрируют интенсивность зеркально отраженного от поверхности изделия и по соотношению этих интенсивностейопределяют чистоту обработки поверхности.

США патент N' 3 797 944: Испытание без разрушения пористых акустических панелей. В процессе испытания получают усредненную по времени голографическую фотографию перефорированно поверхности акустической панели, имеющей ячеистую структуру. При этом панель подвергается воздействию акустического излучения заданной интенсивности, частота которой равна частоте ячейки панели. Затем полученную фотографию просматривают, направляя через нее лазерный луч. Световые завихрения полученные на фотографии соответствуют хорошим ячейкам, тогда как темные участки соответствуют нерабочим или дефектным ячейкам. Если резонансная частота ячейки неизвестна, то ее можно определить получая изображение поверхности в реальном масштабе времени в отсутствие акустического возбуждения. Затем перфорированные листы просматривают через полученное изображение, подвергая перфорированную поверхность воздействию акустического излучения с медленно меняющейся частотой при постоянном уровне интенсивности и регулируя возникновение завихрений, соответствующих резонансу.

Голография дает возможность создать оптическую память чрезвычайно большой емкости. С ее помощью успешно решается проблема машинного распознавания образов. Можно сделать так, что проекция на голограмму одних образцов будет вызывать появление других, определенным образом связанным с первым (ассоциативная память).

Существенно, что голографическое изображение можно получать не только с помощью электромагнитных, но и акустических волн. Когерентные ультразвуковые волны дают возможность освещать большие обьекты. Следовательно можно получить трехмерное изображение внутренних частей обьекта, например, человеческого тела, недр Земли, толщи океана.

США патент 3 585 848: Аппарат для записи акустических изображений и голограмм и метод их записи. Обьект облучается акустическими волнами для создания поля акустических колебаний в отражающей поверхности, в аппарате предусмотрено устройство разверстки бегущим лазерным пятном для сканирования поверхности коллимированным лучом света. Изменения отражаемой от поверхности компоненты луча обеспечивают генерацию выходного сигнала, изменения частоты котрого соответствуют изменениям интенсивности акустических колебаний в плоскости поверхности обьекта. Выходной сигнал гетеродинируется с опорным сигналом, частота которого выдерживается в заданном соотношении с частотой облучающих акустических волн, соответствующая внутренней модуляции преобразуется в визуальную индикацию, что позволяет осуществить акустическую голограмму обьекта. Условное неголографическое изображение (акустическое) может быть получено путем амплитудного детектирования выходного сигнала без смешения его с опорным сигналом.

Возможности оптической и акустической голографии изучены сейчас еще не полностью, голографические методы проникают во все области науки и техники, позволяя изящно и надежно решать неразрешимые задачи.

5.4.7. Д и с п е р с и я в о л н - зависимость фазовой скорости гармонических волн в веществе от их частоты. Область частот в которой скорость убывает с увеличением частоты, называется областью но р м а л ь н о й д и с п е р с и и, а область частот, в которой при увеличении частоты скорость также увеличивается, называется областью а н о м а л ь н о й д и с п е р с Дисперсия волн наблюдается, например, при распространении радиоволн в ионосфере, волноводах.

При распространении световых волн в веществе также имеет место д и с п е р с и я с в е т а (зависимость абсолютного показателя преломления от частоты света). Если вещество прозрачно для некоторой области частоты волн, то наблюдается нормальная дисперсия, а если интенсивно поглащает свет, то в этой области имеет место аномальная дисперсия. В результате дисперсии узкий параллельный пучок белого света, проходя через призму из стекла или другого прозрачного вещества уширяется и образует на экране, установленном за призмой радужную полоску, называемую диспорсионным спектром. Для световых волн единственной недиспергирующей средой является вакуум.

Патент США 3 586 120: Аппаратура передачи звука. Углы скандируемые световым лучом, увеличиваются посредством введения дисперсионного устройства на пути звуковых волн. Эти углы образованы вследствие взаимодействия света и звука. В одной из модификаций аппарата звуковые волны пропускаются черезнеподвижную решетку, или другими словами через среду, которая обладает дисперсией по своей природе. В другой модификации дисперсия достигается вследствие вибрации при образовании продольной волны растяжения или сжатия.

А.с. 253 408: Устройство для измерения температуры, содержащее измерительный элемент, устанавливаемый на исследуемый материал, и источник белого света, отличающийся тем, что с целью расширения интервала измеряемых температур, измерительный элемент выполнен в виде прозрачной кюветы, заполненной смесью оптически неоднородных веществ, соответствующих заданному интервалу температур, показатели преломления которой зависят от длины волны и температурные коэффициенты показателей преломления отличаются знаком либо величиной.

6.ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ.

6.1. В основе всеь физичиских явлений лижит взаимодействие между телами или частицами, участвующими в этих явлогласно представления современной физике всякое взаимодействие передается через некоторое поле. Электриче заряды взаимодействуют через электрическое поле, которое они создают, магниты и электрические токи - через магнитное поле. Механическое взаимодействие осуществляется через электромагнитные поля, создаваемые электронами вещества.

6.1.1 Взаимодействие заряженных тел или частиц в самом простейшем случае описывается з а к о н о м К у л о н а. Известно, что разноименные заряды притягиваются, а однаименные отталкиваются.

А.с. 428 882: Способ соединения концов проводников, при котором осуществляют контактирование проводников, а затем сварку из концов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью упрощения технологического процесса, контактирование концов проводников получают при помощи создания между ними электростатического поля от дополнительного источника постоянного напряжения, подключенного к проводникам.

Изменяя форму поверхности заряженных тел можно изменить конфигурацию образующихся полей. А это, в свою очередь, открывает возможность управляти симами, действующими на саряженные частицы (тела), помещенные в такое поле.

А.с. 446 315: Способ разделения диэлектрических волокон по диаметрам в неравномерном электрическом поле, отличающимся тем,что,с целью повыщения эффективности процесса,разделение производят при постоянном градиенте квадрата напряженност поля, увеличивающейся в сторону электрода, имеющего тот же знак, что и поверхностный заряд на .

6.2 При внесении хезаряженного проводника в электрическое поле носители заряда приходят в движение. В результате у концов проводника возникают заряды противоположенного знака,называемые индуцированными зарядами.

А.с. 518 839: Способ снятия потенциальной кривой коллектора электрической машины постоянного тока, заключающийся в премещении элемента, обеспечивающего снятие электрического параметра, вдоль окружности коллектора работающей электрической машины, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей, повышения точности и надежности, перемещение элемента, например датчика, использующего явление электростатической индукции, осуществляют над колектором на постоянном растоянии и измеряют на датчике величину заряда,наведенного зарядами коллекторных пластин, и по величинам зарядов определяют характер потенциальной кривой.

Это же явление используется для защиты различных обьектов от вездействия электрических полей путем электрического экранирования и для получения свервысоких постоянных напряжений (генератор Ван-де Граафа).

6.3 при частично введении диэлектрика между обкладками конденсатора наблюдается втягивание диэлектрика между обкладками.

А.с. 493 641: дозатор жидкости, содержащий герметичную емкость с регулятором уорвня, выпускным сифоном и воздухоподводяой, отличающийся тем,что с целью повыщения надежности и упрощения конструкции, в канале воздухопроводящей трубы установлен частично погреженный в житкость диэлектрик многоэлектродный электрический конденсатор, обкладки которого в момент выдачи жидкости соединены с источником напряженности.

6.4 Под действием электрического поля в проводнике при создании на его концах разности потенциалв заряды движутся - в проводнике возникает электрический ток. Любые нарушения кристаллической решетки проводника - дефекты, примеси,тепловые колебания - являются причиной рассеяния электронных волн, т.е. уменишения упорядочности движения электронов. При этом в проводнике выделяется тепло.(заокн Джоуля - Ленца).

А.с. 553 233: Способ получения цементного клинкера путем подготовки, подогревания и спекания сырьевой смеси, отличающийся, тем что, с целью интенсификации процесса клинкерообразования, спекание осуществляют за счет пропуска через сырьевую массу элекирического тока с напряжением 10-500 в.

6.5 Высокая проводимость металлов связана с особенностью иь электронного спектра, в котором непосредственно над заполнеными уровнями находятся свободные уровни. У большинства металлов сопротивление увеличивается линейно с ростом температуры. в то же время ряд сплавов имеет отрицательных температурный коэффицент сопротивления.Меняется сопротивление и у неметаллов.

6.5.1. Сопротивление металлов при плавлении возрастает, если его плотность возрастает (в полтора-два раза, для свинца - в 3-4 раза) и, наоборот, падает, если плотность металла при плавлении уменьшается (висмут, сурьма, галлий).

6.5.2. При приложении внешнего гидравлического давления сопротивление металлов уменьшается. Это уменьшение максимально у щелочных металлов, имеющих максимальную сжимаемость. У ряда элементов на кривых зависмости сопротивления от давления имеются скачки, используемые в физике высоких давлений в качестве реперных точек.

6.5.3. Кроме того, на сопротивление металов очень сильно влияет наличие примесей (или состав сплава), что используется для идентификации сплавов.

так например, при изменении количества примесей в стали от 0,1 до 1,1% ее удельное сопротивление изменяется от 10 до 30 10(в минус восьмой степени) Ом.см.

Широко используются изобретателями и обычные изменения сопротивления обьектов за счет изменения размеров или состава обьекта.

А.с. 462 067: Способ измерения линейных размеров изделия из электропроводного материала, заключающегося в том, что на поверхность изделия направляют струю жидкости, по параметрам которой судят о размерае, отличающийся тем, что с целью расширения диапазона измерений, подают электропроводящую жидкость и измеряют электрическое сопротивление струи.

А.с. 511 233: Способ определения качества пишущего инструмента, например, шариковой авторучки путем нанесения ею на опорную поверхность пишущей жидкости и измерения электрического сопротпоследней, отличающийся тем, что с цель повышения точности измерения, в качестве опорной поверхности используют токопроводящую подложку, а измерение сопротивлений осуществляют в цепи подложкаседло шарика.

А.с. 520 539: Способ измерения удельного электрического сопротивления образцов, заключающийся в измернии пропускаемого через образец тока, отличающийся тем, что с целью повышения точности и упрощения процесса измерения, образец последовательно помещают в сосуды с растворами с известными удельными сопротивлениями, измеряют ток проходящий через эти растворы до и после погружения в них образца и об удельном сопротивлении образца судят по величине удельного сопротивления того раствора, при погружении образца в который, ток, проходящий через этот раствор, не менялся.

6.6. При низких температурах поведение сопротивления металлов весьма сложно. У некоторых металлов и сплавов обнаруживается явление с в е р х п р о в о д и м о с т и. Сверхпроводящее состояние устойчиво, если температура, магнитное поле и плотность тока не превышает некоторых критических пределов. В 1976 г. достигнуты следующие максимальные значения этих параметров: критическая температура 23,4К, критическое поле 600 кЗ, плотность тока 11 в 11-ой степени а см2.

А.с. 240 844: Устройство для получения сверхсильных магнитных полей, представляющее собой охлажденный солиноид из несверхпроводящего материала, отличающийся тем, что с целью повышения напряженности магнитного поля, снижения себестоимости и потребления электроэнергии, снаружи солиноида расположен в кристалле с рабочим обьемом вне криостата сверхпроводящий соленоид.

6.6.1. Если один из параметров поддерживать вблизи критического значения, то сверхпроводящая система может быть использована для очень точного определения небольших изменений измеряемой величины, например, вблизи критической температуры - 10 см./градус.

А.с. 525 886: Способ измерения скорости течения жидкости заключающийся в пропускании через чувствительный элемент электрического сигнала, подведения к нему тепла от дополнительного источника и определении скорости течения жидкости по изменению величины сигнала с чувствительного элемента, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерния скорости течения криогенных жидкостей, ее определяют по величине теплового потока от дополнительного источника тепла в момент перехода чувствительного элемента из сверхпроводящего состояния в нормальное.

6.7. Электрическое и магнитные поля тесно связаны между собой. В природе существует электромагнитное поле - чисто электрические и чисто магнитные поля являются лишь его частными случаями. Изменяющиеся электрические и магнитные поля индуктируют друг друга.(под изменением поля надо понимать не только изменение его интенсивности, но и движение поля как целого).

Патент США 3 825 910: Способ передачи магнитных доменов при помощи самовозбуждаемых управляемых полей. Устройство передачи магнитных доменов использует самовозбуждающее управляющее поле для перемещения магнитного домена в тонком магнитном слое из ферромагнитного материала. Слой управления перемещением доменов сформирован из тонкопроводящего материала. При подаче на управляющий слой электрического поля по соседству с магнитным слоем и в управляющем слое возникает равномерно распределенный электрический ток. Магнитный домен, расположеный в магнитном слое, изменяет плотность тока в управляющем слое и вырабатывает вблизи себя область токового возмущения. Ток возмущения, взаимодействуя с магнитным полем домена, обеспечивает выработку результирующего индуцированного управляющего магнитного поля. Скорость и направление распространения магнитного домена управляются путем изменения прикладываемого электрического поля или путем изенения тока возмущения в управляющем слое.

Взаимное индуктирование электрического и магнитного полей происходит в пространстве с огромной скоростью /со скоростью света/ и представляет собой распространение электромагнитных волн. Такими электромагнитными волнами являются радиоволны, свет - инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый, а также рентгеновские и гамма-лучи. Поэтому многие эффекты, описанные в этом разделе, имеют аналоги и в оптике, и, наоборот, "оптические" эффекты широко применяются в радиотехнике, особенно в диапозоне СВЧ (например, эффект Фарадея).

Магнитное поле может быть создано постоянными магнитными, переменными электрическим полем и движущимися электрическими зарядами, в частности теми, которые движутся в проводнике, создавая электрический ток.

А.с. 553 707: Способ защиты человека от поражения электрическим током в сетях с напряжением до 1000 В. путем отключения сети при поступлении на исполнительные органы аварийного сигнала, вырабатываемого размещенными на теле человека датчиком на основе тока, протекающего через тело человека при его соприкосновении с токоведущими частями, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности для формирования аварийного сигнала используют электромагнитные колебания, излучаемые телом человека, которые фиксирует антенны служащие указанным датчиком.

А.с. 516 484: Способ автоматического регулирования положения электрода при сварке путем контроля физических возмущений в зоне сварки, отличающийся тем, что с целью повышения точности и обеспечения возможности регулирования при электрошлаковой сварке, вокруг контролируемого участка зоны сварки создают магнитопроводящий контур и о положении электрода при сварке судят по распределению магнитной индукции, наводимой сварочным током внутри этого контура.

6.7.1. Основной характеристикой электрического поля является напряженность, определяемая через силу, действующую на заряд. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции, также определяемый через силу, действующую на заряд в магнитном поле.

На неподвижные заряды магнитное поле вобще не действует. Движущийся заряд магнит не притягивает и не отталки, а действует на него в направл, перпендикулярном к полю и к скорости заряда. Сила, действующая на заряд в этом случае, называется силой Лоренца.

А.с. 491 517: Способ изменения подьемной силы крыла с постоянным углом атаки, например, судно на автоматически управляемых подводных крыльях. С целью повышения быстродействия и надежности системы управления подводными крыльями, снижения уровня гидродинамических шумов по крылу пропускают магнитный поток, возбуждаемый электромагнитным полем, через морскую воду электрический ток, направленный поперек магнитного потока.

Патент США 3 138 129: Гидродинамический электромагнитный движитель. Движетельная система для удлиненного гидродинамического плавсредства содержат цилиндрическую оболочку из ферромагнитного материала; несколько параллельных магнитных полюсов, расположенных по переферии оболочки на одинаковом расстоянии один от другого; электромагнитные катушки надетые на удлиненные электроды, число которых равно числу полюсов. На судне установлен источник переменного тока. Управляющее устройство соединяет источник переменного тока с электродами и катушками электромагнита для попеременного создания северного и южного полюсов в катушках и получения пересекающихся электрического и магнитного полей в нужных фазах, для создания однонаправленного движения заряженных частиц вокруг плавсредства. Управляющее устройство включает приспособление для раздельного возбуждения электродов при управлении плавсредством.

6.7.2. При движении зарядов в магнитнм поле не вдоль линии этого поля из -за силы Лоренца траектория их движения будет представлять собой спираль. Чем сильнее поле, тем меньше радиус этой спирали. Период обращения заряда не зависит от скорости движения, а только от отношения величины заряда к массе заряженной частицы.

А.с. 542 363: Устройство для измерения заряда аэрозоли, содержащее измерительный электрод, блок питания, выпрямитель и операционный усилитель, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности, оно снабжено магнитом, создающим поперечное к напрвлению движения аэрозоли поле, а измерительный электрод выполнен плоским и установлен так, что его плоскость параллельна силовым линиям магнитного поля и направления движения аэрозоли.

В случае перпендикулярности силовых линий магнитного поля плоскости движения заряженной частицы она начинает двигаться по кругу, причем радиус этого круга зависит от напряженности магнитного поля.

А.с. 516 905: Датчик расхода, содержащий корпус, крыльчатку, преобразователь угловой скорости крыльчатки в электрический сигнал, отличающийся тем, что с целью расширения облсти применения и диапазона измерения, а также упрощение конструкции датчика расхода, преобразователь угловой скорости крыльчатки выполнен ввиде магнетрона, анод которого выполнен с вырезами, расположенными в плоскости, параллельно оси вращения крыльчатки, в теле крыльчатки укреплены магниты с одноименными полюсами в одном торце, а на корпусе датчика расхода установлен подпорный магнит, причем магниты в теле крыльчатки и подпорный магнит обращены к магнетрону разноименными полюсами.

6.8. Когда по проводнику, помещенному в магнитное поле, идет электрический ток, электроны движутся относительно положительных ионов, составляющих кристаллическую решетку. Поэтому и в системе отсчета, связанной с решеткой (т.е. в системе отсчета, в которой проводник неподвижен, сила Лоренца действует только на электроны). Через взаимодействие электронов с ионами эта сила передается решетке.

А.с. 269 645: Способ возбуждения акустических колебаний в токопроводящей жидкофазной среде, отличающийся тем, что с целью повышения эффекивности процесса излучения, на среду накладывают постоянное магнитное поле и одновременно пропускают через нее переменный электрический ток.

А.с. 444 653: Способ уплотнения бетонной смеси, заключающийся во взаимодействии на уложеную в форму смесь, колебаниями, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности процесса, в форме вызывают импульсные деформации создаваемые взаимодействием кратковременных мощных электромагнитных полей, одно из которых генерируется индуктором, а другое создается импульсным токов.

А.с. 286 318: Способ контроля и дефектоскопии однотипных изделий, имеющих открытые деффекты, например ввиде пустот или инородных включений, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса контроля изделие помещают в ванну с электропроводной жидкостью, пропускают через нее электрический ток, а затем воздействуют на жидкость магнитным полем для изменения ее кажущейся плотности до достижения безразличного положения в ней исправных изделий, и наличия деффектов определяют по изменению положения изделия относительно дна ванны.

Возможен и обратный эффект: колебания решетки передаются электронам, а их движение в магнитном поле приводит к возникновению тока.

А.с. 549 732: Способ неразрешающего контроля магнитных материалов, заключающийся в том, что контролируемые магнитные материалы помещают в магнитное поле и подвергают воздействию механических напряжений в пределах области упругой деформации, а о механических свойствах материала судят по изменению индукции в них, отличающийся тем, что с целью повышения точности и производительности контроля, используют постоянное магнитное поле, механические напряжения создают с помощью ультразвуковых колебаний, а о механических свойствах материалов судят по величине переменной составляющей индукции в них.

6.8.1. Взаимодействие двух проводников, по которым текут электрические токи, осуществляется через магнитное поле. Каждый ток создает магнитное поле, которое действует на другой проводник. Таким образом, взаимодействуют отнюдь не поля между собой, а поле и ток.

Аналогичным образом взаимодействуют и движущиеся электрические заряды. Причем для магнитных взаимодействий третий закон Ньютона не выполняется (сила, действующая на один заряд со стороны другого, не равна силе действующей на второй заряд со стороны первого).

6.9. При движении (изменении) магнитного поля в замкнутом проводнике возникает ЭДС индукции. В соответствии с правилом Ленца направление индукционного тока таково, что его собственное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукцию. Внешние силы, двигающие магнит, встречают сопротивление со стороны проводящего контура. Собственное поле контура таково, что при приближении магнита рамка и магнит отталкиваются, а при удалении притягиваются. Во всех случаях внешние силы должны будут выполнять работу, которая превратится в конечном счете в работу тока.

Патент США 3 787 770: Способ обнаружения снаряда вылетающего из ствола орудия, и прибор для его осуществления. Магнит располагают вблизи дула орудия для того, чтобы вылетающий из ствола снаряд пересекал некоторые магнитные силовые линии магнита. При отделении снаряда от орудия и прохождении снаряда над постоянным магнитом, в считывающей катушке, намотанной на магните, наводятся импульсы напряжения, которые после прохождения через усилитель подводятся к осцилографу или хронографу для обеспечения отсчета.

А.с. 279 117: Термостат содержащий теплоизолированную камеру, магнит и нагреватель, отличающийся тем, что с целью упрощения конструкции и повышения надежности, в нем нагреватель выполнен из ферромагнитного материала, устаномлен на валу электродвигателя и расположен в поле магнита.

Это явление наблюдается и в том случае, когда перемещения проводника не происходит, а магнитное поле меняется во времени. Если контур проводящий ЭДС индукции вызывает в нем индукционный ток, если непроводящий (например, условно проведенный в воздухе), то возникает лишь ЭДС.

6.9.1. Рассмотрим два контура, расположенные рядом. Переменный ток протекающий в одном из них, создает переменное магнитное поле, которое вызывает появление ЭДС индукции в другом контуре. Такое явление называется взаимной индукцией.

6.9.2. Переменный магнитный поток может вызываться переменным током самого контура. В этом случае в контуре также появляется ЭДС - она называется ЭДС самоиндукции.

6.10. Если в изменяющемся магнитном поле перпендикулярно к его силовым линиям поместить металлическую (не ферромагнитную) пластинку, в ней начнут протекать круговые индукционные токи.

А.с. 513 237: Способ магнитошумовой размерометрии ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что преобразовывают магнитные шумы в электрические сигналы индуктивным преобразователем, а затем проводят амплитудно-частотный анализ спектра сигналов, по результатам которого судят о контролируемом размере, отличающийся тем, что с цель повышения точности контроля толщины электропроводных неферромагнитных покрытий на ферромагнитной основе выделяют ту часть спектра сигналов, компоненты которой изменились вследствие токовихревого взаимодействия с магнитными шумами.

6.10.1. Ток в пластинке может достигать больших величин, даже при небольшой напряженности поля, так как сопротивление массивного проводника мало. Индукционные токи в массивных проводниках называют токами Фуко или вихревыми точками.

А.с. 235 778: Устройство для оттаивания снеговой шубы испарителя, например, домашних холодильников, содержащее понижающий трансформатор, первичная обмотка которого включена в электрическую цепь переменного тока, отличающийся тем, что с целью ускорения процесса оттаиванияпевичная обмотка укреплена на стенке испарителя с тем, чтобы последний служил вторичной обмоткой трансформатора для наведения в нем вихревых токов.

6.10.2. Вихревые токи в пластинке создают магнитное поле. Это поле действует в соответствии с правилом Лоренца навстречу полю возбуждения. Это значит, что пластинка будет выталкиваться из поля.

А.с. 434 703: Способ ориентации немагнитных токопроводящих ассиметричных деталей в переменном магнитном поле, образованном в межполюсномпространстве электромагнита, отличающийся тем, что с целью уменьшения затрачиваемой мощности и повышения надежности ориентации, деталь в зону ориентации подают смещенной относительно плоскости симметрии магнитного поля так, что в одном из положений электродинамические силы, действующие на деталь уравновешиваются, а в других - неравновесие этих сил усугубляется.

Колеблющаяся между полюсами электромагнита тяжелая металлическая пластинка "увязает", если включить постоянный ток, питающий электромагнит, и останавливается. Вся ее энергия превращается в тепло выделяемое токоми Фуко. В неподвижной пластине токи, разумеется, отсутствуют. Тормоз, основной на этом эффекте не имеет трения покоя.

А.с. 497 069: Способ торможения проката на холодильниках сортовых прокатных станков, отличающийся тем, что с целью увеличения производительности холодильников торможение проката поисходит бегущим полем, создаваемым электромагнитами, встроенными в приемный желоб холодильника.

6.10.3. Чем лучше проводник пропускает ток, тем ближе по величине к первоначальному встречное магнитное поле. В идеальный проводник (сверхпроводник) электромагнитная волна вобще не проникает, вихревые токи текут в бесконечно малой по величине "кожице" металла.

Выталкивание магнитного поля из сверхпроводника называется эффектом Мейснера.

Этот эффект используется для создания магнитных экранов, позволяющих получить магнитный вакуум до 10 в минус восьмой степени эрстед. Им обьясняется интересное явление - парение постоянного магнита над чашей из сверхпроводящего материала.

6.10.4. В стационарном электростатическом или магнитном поле подвеска тела не может быть стабильной, если относительная диэлектрическая проницаемость или магнитная проницаемость тела больше или равна единице. Диэлектрическая проницаемость всех тел больше. Но магниная проницаемость диамагнитных материалов и сверхпроводников меньше единицы. Это дает возможность осуществлять с этими веществами стабильную повеску. Любое перемещение подвешенного тела приводит к появлению вихревых токов, энергии которых достаточно, чтобы удержать подвешенное тело.