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Schallabsorption in binären Gasmischungen

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Zeitschrift für Physik

Zusammenfassung

Die früher abgeleitete Schallabsorptionsformel für binäre Gasmischungen infolge von Reibung, Wärmeleitung und Diffusionserscheinungen wird zahlenmäßig diskutiert. Von Volumreibungseffekten infolge verzögerter Einstellung der Energie der inneren Freiheitsgrade wird dabei abgesehen.

Diffusionseffekte auf die Schallabsorption ebener Wellen treten auf infolge von Druck- und Thermodiffusion. Die Druckdiffusion liefert dabei den Hauptbeitrag, die Thermodiffusion bedingt im allgemeinen eine Verkleinerung des Effektes, da sie der Druckdiffusion entgegenwirkt. DerLorentzsche Grenzfall, in dem sowohl das Massen- als auch das Durchmesserverhältnis der beiden Molekülarten sehr große Werte hat (m 1/m 2≫1 undσ 1/σ 2≫1) wird genauer untersucht. Die Größeλ/η·c v kann sehr viel größere Werte annehmen als in den Reingasen. Dies rührt daher, daß die Moleküle der leichten Gaskomponente die Wärmeleitungλ stark heraufsetzen, während sie den Reibungskoeffizientenη nur wenig beeinflussen. Dies wird durch Reibungsmessungen an H2-X-Mischungen bewiesen, wo ein extremes Massenverhältnis vorliegt. Die Schallabsorption ist in Tabelle 2 für gleichmolare Mischungen von A-H2 und A-He und Luft betrachtet. Die Diffusion liefert den Hauptbeitrag zur Absorption in den beiden ersten Fällen. Die Gesamtabsorption ist in diesen Fällen mehr als das Doppelte der Absorption in den Reingasen. In Luft ist der Diffusionseinfluß verschwindend gering. In den Reingasen ist der Reibungsanteil größer als der Anteil der Wärmeleitung. Im Falle der untersuchten Gasmischungen (mit Ausnahme von Luft) ist das Umgekehrte der Fall.

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Abbreviations

a :

Schallgeschwindigkeit

A :

Schallabsorptionskoeffizient der Amplitude je cm

B 0,B 1 :

(8a) und (8b) definierte kinetische Größen der Mischung

c 1 :

Molkonzentrationsverhältnis der 1. Gaskomponente

c 2 :

1−c 1

c 21 :

c 2/c 1

c v ,c p :

spez. Wärmen der Gasmischung

D 12 :

Diffusionskoeffizient der Mischung

g :

Relativgeschwindigkeit zweier zusammenstoßender Moleküle

κ :

Boltzmann-Konstante

κ T :

Thermodiffusionsverhältnis

m 1,m 2 :

Molekülmassen der Komponenten 1 und 2 der Mischung

¯m=c 1 ·m 1 +c 2 ·m 2 :

die mittlere Molekülmasse

M :

eckige Klammer in Formel (6)

n :

Anzahl von Molekülen je cm3

p :

Gasdruck,p 1,p 2 Partialdrucke

\(\vec q\) :

Wärmestromdichte

T :

abs. Temperatur

\(\vec u\) :

Strömungsgeschwindigkeit des Gases

\(\vec u_1 , \vec u_2 \) :

mittlere Geschwindigkeiten der Moleküle des 1. bzw. 2. Gases

\(\vec u_0 = c_1 \cdot \vec u_1 + c_2 \cdot \vec u_2 \) :

die mittlere Molekülgeschwindigkeit der Mischung

α :

Thermodiffusionsverhältnis

β :

(m 2−m 1)√m

η :

Reibungskoeffizient der Mischung

γ :

c p /c v ,χ 12 Diffusionskonstante, hängt mitD 12 nach (1a) zusammen

λ :

Wärmeleitvermögen der Mischung,λ′=λ/ϱc v

μ :

Schallabsorptionskoeffizient je Wellenlänge

ν :

Frequenz der Schallwelle

v 12 :

Konstante der Thermodiffusion, hängt nach (2a) mitκ T zusammen

v 12 :

ϰ12 v 12 ·T

ϱ :

Gasdichte,ϱ 1,ϱ 2 Partialdichten

Author information

Authors and Affiliations

  1. Horb am Neckar, Deutschland

    Max Kohler

Authors
  1. Max Kohler
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Kohler, M. Schallabsorption in binären Gasmischungen. Z. Physik 127, 41–48 (1950). https://doi.org/10.1007/BF01338982

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF01338982

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