«Исследование физических свойств твердых тел», методические указания к лабораторным работам, страница 25

В зависимости от среза пластаны пьезоэлектрика (ориентации монокристалла пьезоэлектрика при вырезании пластин) под действием электрического поля в них могут возбуждаться продольные или сдвиговые колебания. В соответствии с этим преобразователи делятся на сдвиговые и продольные. Толщина пластин пьезоэлектриков (h) выбирается из соображений эффективности и обычно определяется из выражения:

.

где  скорость продольной или сдвиговой волны в кристалле; f – требуемая частота механических колебаний.

Для возбуждения и приема продольных и сдвиговых волн преобразователи припаивают к поверхности образца, на которую предварительно наносят слой меди или серебра.

3. ВОПРОСЫ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ

1. Сформулируйте закон Гука.

2. Какими упругими модулями характеризуются изотропные твердые тела?

3. Какие колебания называют нормальными? Их виды.

4. Какие типы волн могут распространяться в твёрдых телах?

5. Как связаны упругие модули со скоростями звука в твёрдом теле?

6. Чему равен коэффициент затухания упругих волн?

7. Сформулируйте прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты.

8. Объясните физику возникновения пьезоэлектрического эффекта.

9. Какие величины характеризуют пьезоэлектрические свойства материала?

10. Нарисуйте и объясните эквивалентную схему пьезоэлектрического преобразователя.

11. Какие материалы обладают пьезоэффектом?

12. Где используются пьезоэлектрики? Приведите примеры.

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

4.1. Задание №1

По прилагаемому описанию познакомиться с устройством и работой осциллографа С1-79 и измерителя временных интервалов И2-22.

4.2. Задание №2

Определить скорости продольной и сдвиговой волн в стекле К-8. Рассчитать модули Юнга, сдвига и коэффициента Пуассона этого стекла.

Для определения скорости продольной и сдвиговой волн необходимо собрать схему по рис.5. двухкаскадного импульсного генератора Г5-27А импульс первого канала поступает на пьезопреобразователь. Упругая волна, излучаемая преобразователем, после прохождения через стекло принимается на другой стороне образца вторым преобразователем (приемником) и поступает на один канал осциллографа С1-79. Со второго канала генератора на осциллограф поступает импульс сравнения, который, как и первый, визуально наблюдается на осциллографе. Изменяя ступенчато и плавно задержку импульса сравнения, на экране осциллографа можно совместить его с прошедшим через образец импульсом, и по показаниям лимбов ступенчатой и плавной задержки определить время распространения в образце ультразвукового сигнала (время задержки) τ. В зависимости от того, какой поляризации используются преобразователи, это будет время распространения продольной τ_l или сдвиговой τ_t волны в образце.