电磁波衰减
[吸收系数]absorption coefficient 又称“衰减系数”当电磁波进入岩石中时，由于涡流的热能损耗，将使电磁波的强度随进入距离的增加而衰减，这种现象又称为岩石对电磁波的吸收作用。吸收或衰减系数β的大小和电磁波角频率ω、岩石导电率σ、岩石导磁率μ、岩石
介电系数ε有关，
1
)
1(
22
2
2
-
+
=
δ
ω
σ
με
ω
β
。在导体中则简化为：2
ωμσ
β=
。
第十六章机械波和电磁波
振动状态的传播就是波动,简称波.
激发波动的振动系统称为波源
16-1机械波的产生和传播
1. 机械波产生的条件
(1)要有作机械振动的物体,亦即波源.
(2)要有能够传播这种振动的介质
波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性力，将振动传播开去，从而形成
机械波。
波动（或行波)是振动状态的传播，是能量的传播，而不是质点的传播。
◆质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波.
◆质点的振动方向和波的传播方向相互平行,这种波称为纵波.
2.波阵面和波射线
●在波动过程中,振动相位相同的点
连成的面称为波阵面（wave surface）●波面中最前面的那个波面称为波前（wave front）波面
波
线
●波的传播方向称为波线（wave
line）或波射线平面波球面波
3. 波的传播速度
由媒质的性质决定与波源情况无关
●液体和气体中纵波传播速度
B－介质体变弹性模量
ρ－介质密度
●
在
固
体
G－介质切变模量
中
Y－介质杨氏模量
4.波长和频率
●一个完整波的长度,称为波长.
●波传过一个波长的时间,叫作波的周期
●周期的倒数称为频率.
振动曲线波形曲线图形
研究
对象某质点位移随时间变化规律
某时刻，波线上各质点位移随位置变
化规律
物理意义由振动曲线可知
周期T. 振幅A 初相φ0
某时刻方向参看下一时刻
由波形曲线可知该时刻各质点
位移,波长λ，振幅A
只有t=0 时刻波形才能提供初相
某质点方向参看前一质点
特征对确定质点曲线形状一定曲线形状随t 向前平移
16-2 平面简谐波波动方程
●前进中的波动,称为行波.
●描述介质中各质点的位移随时间变化的数学函数式称为行波的波动表式(或波
动方程)
设坐
标原点的振
动为：
O 点运
动传到p
点需用时
相位
落后
所以p
点的运动方
程：
1.平面简谐波的波动表式
定义k 为角波
数
又
因此下述表达式等价：
为波的
相位
●波在某点的相位反映该点媒质的“运动
状态”，所以简谐波的传播也是媒质振
动相位的传播。
设t 时刻x处的相位经dt 传到（x
+dx）处，则有
于是
得到
——相速度（相速）
简谐波的波速就是相速
2.行波动力学方程
将平面波的波函数对空间和时间求导，可得
——波动方程。各种平面波所必须满足的线性偏微分方
程
若y1，y2 分别是它的解，则（y1＋y2）也是它的解，即上述波动方程遵从叠加原理。
3.波动方程推导（以一维纵波为例）
取棒中任一小质元原长dx，质量为dm=ρSdx 受其它部分的弹性力为f 和f+df
质元的运动学方程
为：
根据弹性模量的定
义：
代入运动方程
得：
结论：任何物理量只要满足上述方程，则它一定按波的形式传播。而且对时间偏导数系数的倒数就是波速的平方。
16-3 波的能量波的强度
●当弹性波传播到介质中的某处时,该处原来不动的质点开始振动,因而具
有动能,同时该处的介质也将产生形变,因而也具有势能
以弹性棒中的简谐横波为例来分析：
有一行波：
质元的速
度
质量为Δm 的媒质其动能为：
1. 波的能量
单位体积媒质中弹性势能等于弹性模量与应变平方乘积的一半
代入上式得在ΔV 体积内其势能为：
总机械能为：
2. 波动能量的推导
振动系
统：
系统与外界无能量交换。
波动质
元：每个质元都与周围媒质交换能量。
定义：能量密度＝单位体积内的总机械能
特征：能量密度随时间周期性变化，其周期为波动周期的一半.
能量“一堆堆”地传播定义：平均能量密度（对时间平均
)
3.波的强度
能流P—单位时间内垂直通过某一截面的能量称为波通过该截面的能流，或叫能通量。
设波速为u，在Δt 时间内通过垂直于波速截面ΔS 的能量:
w—能量密度
所以能流为：
能流随时间周期性变化，总为正值
在一个周期内能流的平均值称为平均能流
通过垂直于波动传播方向的单位面积的平均能流称为平均能流密度，通常称为能流密度或波的强度。
（声学中声强就是上述定义之一例）
能流密度是单位时间内通过垂直于波速方向的单位截面的平均能量。
能流密度是矢量，其方向与波速方向相同
4.波的吸收
波通过媒质时，一部分能量要被媒质吸收。
造成吸收的因素：①内摩擦：机械能→热运动能（不可逆）；
②热传导：疏部、密部有温差，发生热交换，机械能→热运动能
（不可逆）；
③分子碰撞：非弹性碰撞使分子规则振动能→分子内部无规则的
转、振能（不可逆）。
对平面波：
设α = const
则：
∵I∝A2∴
α称为媒质的吸收
系数
与媒质的性质有关;与波的频率有关.
α固< α液< α气(趴在铁轨上听远处火车声)
例: 对5MHz 的超声波
在钢中α = 2/m, 前进1.15m 强度衰减为百分之一.
在空气中α = 500/m, 前进4.6mm 强度衰减为百分之一.
超声波探伤：
●ω↑则α↑ (广场上有乐队,你在远处只听到大鼓声)空气中低频波可传得很
远。
16-4 声波
●在弹性介质中如果波源所激起的纵波的频率,在20Hz 到20000Hz 之间,就能引起人的听觉,在这频率范围内的振动称为声振动,由声振动所激起的纵波称为声波
频率高于20000Hz 的机械波叫作超声波；
频率低于20Hz 的机械波叫作次声波
特点：
1. 频率范围广
特超
声超
声
可听
声次声—穿透力特强、用于研究大气、海洋、地壳
2. 传播介质广（各种气、液、固、等离子体…)
穿透力强（与原子、电子、空穴、位错、…均作用）
是探索物质结构三大技术之一（声学电磁粒子作用）
3.与其它学科相互渗透，应用面广超声学、次声学、语言声学、生理声学、
噪声学……
次声武器：与人体器官（固有频率3~17Hz）共振。口语操纵机器人、
声纹测定、声纳、噪声温度计…...
既古老、又前沿的学科声波
1.声压(sound pressure)
●媒质中有声波传播时的压力(压强)与无声波传播时的静压力之差称为声压。
●稀疏区声压为负，稠密区声压为正值。由于疏密的周期性，声压也是周期变化。
设在弹性媒质中有一平面余弦纵波，ρ为密度, u 为声速
可
得：
其中声压振幅：
2.声强(intensity of sound)
●声强就是声波的平均能流密度。即单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的
声波能量。
●正常人耳的听觉范围：20 < ν < 20000 Hz
I下< I < I上
人的耳朵对空气中1 kHz 的声音：------闻阈
------痛阈声阈
3. 声强级(sound intensity level)
由于可闻声强的数量级相差悬殊，通常用声强级来描述声强的强弱。规定声强I0=10-12瓦/米2 作为测定声强的标准
定义声强级L 为：单位:分贝(dB)
例: 树叶沙沙响:10 dB.
耳语: 20 dB.
正常谈话: 60 dB.
繁忙街道: 70 dB.
摇滚乐: 120 dB.
聚焦超声波: 210 dB.
每条曲线描绘的是相同响度下不同频率的声强级●超声波
胎儿的超声像
（计算机处理过的假彩色
图）蝙蝠超声波定位(10万赫
兹)
犀牛次声波亲昵交流
（5赫兹）
16-6惠更斯原理波的衍射,反射和折射
1.惠更斯原理---在波的传播过程中,波阵面(波前)上的每一点都可看作是发射
子波的波源,在其后的任一时刻,这些子波的包迹就成为新的波阵面.
t 时刻和t+Δt 时刻
波面
平面波球面波利用这个原理，可通过作图法确定下一时刻的波前位置。
2.波的衍射
·当波在传播过程中遇到障碍物时,其传播方向绕过障碍物发生偏折的现象,称为波的衍射.
例如：
a↓，λ↑→衍射明显
水波通过窄缝时的衍射
16-7波的叠加原理波的干涉驻波
1.波的叠加
·若有几列波同时在介质中传播，则它们各自将以原有的振幅、频率和波长独立传播；在几列波相遇处，质元的位移等于各列波单独传播时在该处引起的位移的矢量和。
这种波动传播过程中出现的各分振动独立地参与叠加的事实称为波的叠加原理
·能分辨不同的声音正是这个原因；叠加原理的重要性在于可以将任一复杂的波分解为简谐波的组合。
·当波强度过大时，如爆炸产生的冲击波，不满足线性方程，这时叠加原理不适用。
2.波的干涉
·干涉现象-满足相干条
件的两列波在空间任一
点相遇时,在空间某些
点处,振动始终加强,而
在另一些点处,振动始
终减弱或消失,这种现
象称为干涉现象
相干条件：①频率相同；
②振动方向相同；
水波盘中水波的干涉
③有固定的相位
差。
两列波干涉的一般规律留待在后面光的干涉中再去分析。
下面研究一种特殊的、常见的干涉现象——驻波
3.驻波（standing wave）
两列相干的行波沿相反方向传播而叠加时，就形成驻波，它是一种常见的重要干涉现象。
·驻波的表达式
设有两列相干波，分别沿X轴正、负方向传播，选初相位均为零的表达式为：
其合成波称为驻波其表达式：
利用三角函数关系求出驻波的表达式：
——不具
备传播的
特征
它表示各点都在作简谐振动，各点振动的频率相同，是原来波的频率。但各点振幅随位置的不同而不同。
一维驻二维驻
①振幅：各处不等大，出现了波腹（振幅最大处）和波节（振幅最小处）。相邻
波节间距λ/2，测波节间距可得行波波长。
(完整版)声波的衰减函数关系
声波的衰减函数 声波在介质中传播时会被吸收而减弱，气体吸收最强而衰减最大，液体其次，固体吸收最小而衰减最小，因此对于一给定强度的声波，在气体中传播的距离会明显比在液体和固体传播的距离短。 一个声音在传播过程中将越来越微弱，这就是声波的衰减。造成声波衰减的原因有以下三个: 1.扩散衰减 物体振动发出的声波向四周传播，声波能量逐渐扩散开来。能量的扩散使得单位面积上所存在的能量减小，听到的声音就变得微弱。单位面积上的声波能量随着声源距离的平方而递减。 2.吸收衰减 声波在固体介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变为热能；同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。介质的这种衰减称为吸收衰减。通常认为，吸收衰减与声波频率的平方成正比。 频率越高超声波越容易被吸收，随着传播距离增加超声波被吸收的越多，由于距离增加会使超声波吸收太多反射回来成像的强度减低。 3.散射衰减 当介质中存在颗粒状结构(液体中的悬浮粒子、气泡，固体中的颗粒状结构、缺陷、搀杂物等)而导致声波的衰减称散射衰减。通常认为当颗粒的尺寸远小于波长时，散射衰减与频率的四次方成正比；当颗粒尺寸与波长相近时，散射衰减与频率的平方成正比。 扩散衰减只与距声源的距离有关，与介质本身的性质无关。吸收衰减与散射衰减大小则取决于声波的频率和介质本身的性质。 表示声波在某种介质中传播时衰减的大小用衰减系数α。衰减系数α按下式计算: α=1 x 20lg A A0 式中x——距声源的距离；A0——声源处的声压；A——所测量处的声压。 从式可看到，所谓衰减系数就是声波在传播路径上单位长度上的衰减量。简单点说，介质致密的物体衰减小，象钢管，漏水声可以沿钢管传播很远，所以，在钢、铁类管道上很容易收索到漏水目标。松散的物体，声衰减很大，传播距离很短。对于同一类物体，声波频率越低，传播距离则越远。如以一较高频率对结构松散、密度差的介质作声波探测时，由于该介质中存在着折射、绕射以及可能出现的多次反射和散射等现象，至使高频率声波无法按原有射线方向传播，声速衰减快，探测无法进行。如降低探测声波的频率，使波长加大，其声波便可穿透较大距离。管道泄漏形成的声波一般频率较低，这是测漏仪能实用于各种地面漏水探测的理论依据。
电磁波传输损耗
电磁波传输损耗及远场区的场强预测 广播电视无线电波的频段较高，电磁波信号传输时以直射波为主，但是也存在反射、绕射和散射等。电磁波在空间传播时，向外传输的电磁波以球面波的形式向外发射，距离越大，球面半径就越大，单点的电磁信号就越小，空间损耗也就越大。另外，电磁波在空间传播的过程中会受到空气中的尘埃、水滴、水汽等物质的影响，造成反射和散射；电磁波在接近地表传输时，会由于地表不是绝对光滑，而是存在高低起伏、树木遮挡、建筑物遮挡、大型水面或湖面的影响，而产生反射、绕射等情况，这样，电磁波信号到达接收天线时就会由各种传播方式传播到的所有信号叠加而成。因为各个地区的地形存在很大差异，同一地区各个方向上的建筑物、树木、河流湖泊等情况也不尽相同，因此这种不是由于空间球面扩散而产生的损耗就是很难预测的；同时，由于各个区域的电磁覆盖情况都不一样，随之带来的电磁干扰情况也不一样，这就更为场强覆盖预测带来难度。 一、球面传播的电磁波的空间损耗
Pr ：接收信号功率 Pt ：发射信号功率 Gt ：发射天线增益 Gr ：接收天线增益 d ：接收和发射天线之间的距离 λ：射频信号波长 有球面面积可计算得 自由空间传播路径损耗（发射天线和接收天线都为点源天线）可写为： 可以看出，传输距离越大，空间损耗越大，频率越高，传输损耗越大。 二、 实际电磁波的传播损耗 电磁波在空间传播时，都会受到空气中的粒子、地面建筑物、地面植被等其他物体的影响，而产生反射、折射、绕射、散射等。电磁波通常不会按照球面波的传输损耗到达接收天线。这样，实际电磁波的传播损耗，在自由空间传播路径损耗的基础上还要加上一些修正值。传播损耗按照性质分类可分为：经验模型、半经验模型、确定性模型。 MHZ mi MHZ Km r t fs f d f d d d P P dB L 1010222log 20log 2058.36log 20log 2045.324log 20)4(log 10log 10)(1010++=++=??????=??????-==λππλ()/24t r r t G G P P d πλ=
物理性污染控制各章节习题答案(供参考)
物理性污染控制习题答案 第二章噪声污染及其控制 1. 什么是噪声？噪声对人的健康有什么危害？ 答：从心理学出发，凡是人们不需要的声音，称为噪声。 噪声是声的一种；具有声波的一切特性；主要来源于固体、液体、气体的振动；产生噪声的物体或机械设备称为噪声源。 噪声的特点：局部性污染，不会造成区域或全球污染；噪声污染无残余污染物，不会积累。 噪声源停止运行后，污染即消失。声能再利用价值不大，回收尚未被重视 噪声对人的健康危害有：引起耳聋、诱发疾病、影响生活、影响工作。 2. 真空中能否传播声波？为什么？ 答：声音不能在真空中传播，因为真空中不存在能够产生振动的弹性介质。 3.可听声的频率范围为20～20000Hz ,试求出500 Hz 、5000 Hz 、10000 Hz 的声波波长。 解： 4. 声压增大为原来的两倍时，声压级提高多少分贝？ 解： 5.一声源放在刚性面上，若该声源向空间均匀辐射半球面波，计算该声源的指向性指数 和指向性因数。 解： 6.在一台机器半球辐射面上的5个测点，测得声压级如下表所示。计算第5测点的指向 0.18.58.78.68.48.91110lg(10)10lg (1010101010)86.6()51 0.110 220.10.10.1(8986.6)01010 1.7420.110 20 10lg 10lg1.74 2.4 L n pi L dB p n i L p L L I p p p p I L p p p DI Q θθθ==++++=∑=--=========. 7.已知某声源均匀辐射球面波，在距声源4m 处测得有效声压为2Pa ，空气密度1.23/kg m 。。使计算测点处的声强、质点振动速度有效值和声功率。
电磁波的危害和防护
电磁波的危害和防护 随着经济的发展和物质文化生活水平的不断提高，各种家用电器——电视机、空调器、电脑、手机等已经成为现代都市家庭不可或缺的东西。然而，各种家用电器和电子设备在使用过程中会产生多种不同波长和频率的电磁波。在特定条件下，这些电磁波可能成为“电磁污染”，危害到人们的健康。 1 电磁污染危害人体的机理 电磁污染危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等。 热效应：人体７０％以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，导致体温升高，从而影响到体内器官的正常工作。 非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，一旦受到外界电磁场的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场将遭到破坏，人体也会遭受损伤。 累积效应：热效应和非热效应对人体的伤害具有累积效应，其伤害程度会随时间和影响程度发生累积，久而久之会成为永久性病态。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使电磁波功率很小、频率很低，也可能被诱发意想不到的病变。 2 电磁污染的危害
1998年世界卫生组织调查显示，电磁辐射对人体有五大影响：（1）电磁辐射是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因之一； （2）电磁辐射会对人体生殖系统、神经系统和免疫系统造成直接伤害； （3）电磁辐射是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素之一； （4）过量的电磁辐射直接影响儿童身体组织、骨骼发育，导致视力、肝脏造血功能下降，严重者可导致视网膜脱落； （5）电磁辐射可使男性性功能下降、女性内分泌紊乱。 3 电磁波的防护 3.1电磁环境标准及相关规定 为控制现代生活中电磁波对环境的污染，保护人们身体健康，1989年12月22日我国卫生部颁布了《环境电磁波卫生标准》( GB9175－88)，规定居住区环境电磁波强度限制值：长、中、短波应小于lOV/m，超短波应小于5V/m，微波应小于10μW/cm2。我国有关部门还制订了《电视塔辐射卫生防护距离标准》，国家环保局也颁布了《电磁辐射环境保护管理办法》。
超声波衰减系数的测量实验报告
北京交通大学 大学物理实验 设计性实验报告 实验题目超声波衰减系数的测量 学院电气工程学院 班级 学号 姓名
首次实验时间年月日 超声波衰减系数的测量实验方案 一、实验任务： 超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。要求衰减系数测量误差不大于5%。 二、实验要求： 1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。了解超声波在不同介质中的传播特性。 2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。 3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。 4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
三、实验方案： 1、物理模型的确立： 超声波在损耗介质中的准驻波效应 图1.超声波波束在空气中的传播和反射 设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为： ()0=A exp y i t x ωγ-???? 入 （1） 反射波的波动方程为： ()() { }00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2） 其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k π λ = 是波矢。 入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为： ()(){} ()()()(){} 0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t x x y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-???????? ????=+----???? O X 0 X
环评(含答案)
选择题 1.《大气污染防治法》中对严重影响大气的落后设备如何处理？（B ） A限制B淘汰C治理D革新 2.依据《环保法》，下述关于建设项目污染防治措施表达正确的（B ） A 可以擅自拆除或闲置 B必须与主体工程同时设计，同时施工，同时投入使用（环保法第四章第41条） C经当地环保部门同意后即可投入使用 D确有必要拆除的，由审批环评报告的环保部门同意后拆除 环评审批部门：建设项目管理部门 项目验收：管理科（or项目建管处）同环境监测中心联合验收。 3.依据《环境空气质量标准》，下列属于一类区域的是（A ） A风景名胜区B居住区C工业区D文化区 4.污水中只含有两类污染物，预测其浓度所需的水质参数数额≥10个，该类污染物的水质复杂程度是什么？（A ） A复杂B中等C简单D一般 5.某区域植物样本调查，某一植物个体样数占样地面积的比例可以说明该植物的（D ）（P172）A数量B优势度C频度D密度 6.以下废水适用于《污水综合排放标准》的是（D ） A造纸厂废水B印染厂废水C磷肥厂废水D炼油厂废水 7.分析污染型工艺过程中水污染产生量的时候，要绘制物料平衡图、水平衡图以及（B ） A项目总平图B生产工艺流程图 C 地理位置图D废水处理工艺图 8.以下废水处理工艺中属于生物处理的是（A、B ） A稳定塘B湿地处理C格栅D浮选E混凝 9.下列污染源中不适用《大气综合污染物排放标准》的有哪些？（C、D ） A建筑施工场地（扬尘）B硫酸生产（酸雾）C炼焦炉D恶臭 填空题&计算题&简答题 10.《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中规定，设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水执应执行三级排放标准。（P98） 11.新建的燃煤燃油锅炉，锅炉房烟囱周围半径200m内烟囱应高出建筑物 5 m。（3m以上） 12.《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）把地表水划分为五类（P97） 13.燃煤锅炉烟气采用水膜除尘处理，燃煤量为2000kg/h，含硫量为1.5%，进入灰渣中的硫量
物理性污染控制各章节习题答案(全)
物理性污染控制习题答案 第一章略 第二章噪声污染及其控制 1. 什么是噪声？噪声对人的健康有什么危害？ 答：从心理学出发，凡是人们不需要的声音，称为噪声。 噪声是声的一种；具有声波的一切特性；主要来源于固体、液体、气体的振动；产生噪声的物体或机械设备称为噪声源。 噪声的特点：局部性污染，不会造成区域或全球污染；噪声污染无残余污染物，不会积累。 10lg 10lg1.74 2.4 DI Q ===7.已知某声源均匀辐射球面波，在距声源4m 处测得有效声压为2Pa ，空气密度1.23/kg m 。。使计算测点处的声强、质点振动速度有效值和声功率。
解：2222,,,000 ,0p p D V e e I Dc D W IS W S p u S p cu S e e e c c S t p u e u u e e c ρρρ=======?== 8.在半自由声场空间中离点声源2m 处测得声压的平均值为88dB ，（1）求其声功率级和声功率； （2）求距声源5m 处的声压级。 解： （1） 按球面波考虑 、解 倍频程F=0.3 治理前响度指数分别为 N 1=18（sone ），N 2=50（sone ），N 3=55（sone ），N 4=50（sone ），N 5=30（sone ） 治理后 N 1=10（sone ），N 2=23（sone ），N 3=29（sone ），N 4=23（sone ），N 5=22（sone ） 治理前总响度max max =()i N N F N N +-∑前=55+0.3?(18+50+55+50+30-55)=99.4(sone) 治理后总响度max max =()i N N F N N +-∑后=29+0.3?(10+23+29+23+22-29)=52.4(sone)
11.5 电磁波传播特性
实验11.5 电磁波传播特性 Part 1 电磁波参量的测量 一、实验目的 1. 研究电磁波在良导体表面的反射。 2. 利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，确定电磁波的相位常数K 和波速v 。 二、实验仪器 （1）三厘米固态信号发生器1台； （2）电磁波综合测试仪1套； （3）反射板（金属板）2块； （4）半透射板（玻璃板）1块。 三、实验原理和方法 1. 自由空间电磁波参量的测量 当两束等幅，同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内沿相同或相反方向传播时，由于相位不同发生干涉现象，在传播路程上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间中电磁波波长λ值，再由 2K v f K πλλω=?? ==? 得到电磁波的主要参数K 和v 等。 电磁波参量测试原理如图1所示，P T 和P R 分别表示发射和接收喇叭天线，A 和B 分别表示固定和可移动的金属反射板，C 表示半透射板（有机玻璃板）。由P T 发射平面电磁波，在平面波前进的方向上放置成45°角的半透射板，由于该板的作用，将入射波分成两束波，一束向A 板方向传播，另一束向B 板方向传播。由于A 和B 为金属全反射板，两列波就再次返回到半透射板并达到接收喇叭天线P R 处。于是P R 收到两束同频率，振动方向一致的两个波。如果这两个波的相位差为π的偶数倍，则干涉加强；如果相位差为π的奇数倍，则干涉减弱。
移动反射板B ，当P R 的表头指示从一次极小变到又一次极小时，则反射板B 就移动了λ/2的距离，由这个距离就可以求得平面波的波长。 设入射波为垂直极化波 0j i E E e φ-= 当入射波以入射角θ1向介质板C 斜入射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波t E 。设C 板的反射系数为R ，T 0为由空气进入介质板的折射系数，T c 为由介质板进入空气的折射系数。固定板A 和可移动板B 都是金属板，反射系数均为-1。在一次近似的条件下，接收喇叭天线P R 处的相干波分别为 12100200j r c j r c E RT T E e E RT T E e φφ--=-=- 这里 ()()()1131 223132 K l l KL K l l K l l L KL φφ=+==+=++?= 其中，ΔL =|L 2-L 1|为B 板移动距离，而1r E 与2r E 传播的路程差为2ΔL 。 由于1r E 与2r E 的相位差为21=2K L φφφ?-=?，因此，当2ΔL 满足 ()20,1,2, L n n λ?== 1r E 与2r E 同相相加，接收指示为最大。 当2ΔL 时满足 图1 电磁波参量测试原理图
电磁波衰减
[吸收系数]absorption coefficient 又称“衰减系数”当电磁波进入岩石中时，由于涡流的热能损耗，将使电磁波的强度随进入距离的增加而衰减，这种现象又称为岩石对电磁波的吸收作用。吸收或衰减系数β的大小和电磁波角频率ω、岩石导电率σ、岩石导磁率μ、岩石 介电系数ε有关， 1 ) 1( 22 2 2 - + = δ ω σ με ω β 。在导体中则简化为：2 ωμσ β= 。 第十六章机械波和电磁波 振动状态的传播就是波动,简称波. 激发波动的振动系统称为波源 16-1机械波的产生和传播 1. 机械波产生的条件 (1)要有作机械振动的物体,亦即波源. (2)要有能够传播这种振动的介质 波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性力，将振动传播开去，从而形成 机械波。 波动（或行波)是振动状态的传播，是能量的传播，而不是质点的传播。 ◆质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波. ◆质点的振动方向和波的传播方向相互平行,这种波称为纵波. 2.波阵面和波射线 ●在波动过程中,振动相位相同的点 连成的面称为波阵面（wave surface）●波面中最前面的那个波面称为波前（wave front）波面 波 线
●波的传播方向称为波线（wave line）或波射线平面波球面波 3. 波的传播速度 由媒质的性质决定与波源情况无关 ●液体和气体中纵波传播速度 B－介质体变弹性模量 ρ－介质密度 ● 在 固 体 G－介质切变模量 中 Y－介质杨氏模量 4.波长和频率 ●一个完整波的长度,称为波长.
●波传过一个波长的时间,叫作波的周期 ●周期的倒数称为频率. 振动曲线波形曲线图形 研究 对象某质点位移随时间变化规律 某时刻，波线上各质点位移随位置变 化规律 物理意义由振动曲线可知 周期T. 振幅A 初相φ0 某时刻方向参看下一时刻 由波形曲线可知该时刻各质点 位移,波长λ，振幅A 只有t=0 时刻波形才能提供初相 某质点方向参看前一质点 特征对确定质点曲线形状一定曲线形状随t 向前平移 16-2 平面简谐波波动方程 ●前进中的波动,称为行波. ●描述介质中各质点的位移随时间变化的数学函数式称为行波的波动表式(或波 动方程)
无线电波的传播特性
无线电波的传播特性 传播特性（一） 移动通信的一个重要基础是无线电波的传播，无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线，我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等.为了更好地说明移动通信的问题，我们先介绍一下电波的各种传播方式： 1．表面波传播 表面波传播是指电波沿着地球表面传播情况.这时电波是紧靠着地面传播的，地面的性质，地貌，地物等的情况都会影响着电波的传播. 当电波紧靠着实际地面--起伏不平的地面传播时，由于地表面是半导体，因此一方面使电波发生变化和引起电波的吸收.另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播的电波发生绕射. 从物理课程中我们已经知道，只有当波长与障碍物高度可以比较的时候，才能有绕射功能.由此可知，在实际情况中只有长波，中波以及短波的部分波段能绕过地球表面的大部分障碍到达较远的地方.在短波的部分波段和超短波，微波波段，由于障碍高度比波长大，因而电波在地面上不绕射，而是按直线传播. 2．天波传播 短波能传至地球上较远的地方，这种现象并不能用绕射或其他的现象做解释.直到1925年，利用在地面上垂直向上发射一个脉冲，并收到其反射回波，才直接证明了高层大气中存在电离层.籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方.我们把经过电离层反射到地面的电波叫天波. 电离层是指分布在地球周围的大气层中，60km以上的电离区域.在这个区域中，存在有大量的自由电子与正离子，还可能有大量的负离子，以及未被电离的中性离子.发现电离层后，尤其近三四十年来，随着火箭与卫星技术的发展，利用这些工具对电离层进行了深入的试验和研究.当前电离层的研究已经成为空间物理的一个重要的组成部分，其研究的空间范围和频段也日益宽广. 在电离层中，当被调制的无线电波信号在电离层内传播时，组成信号的不同频率成分有着不同的传播速度.所以波形会发生失真.这就是电离层的色散性.同时，由于自由电子受电波电场作用而发生运动，所以当电波经过电离层，其能量会被吸收一部分.而且，从电离层吸收电波的规律看，若使用电波的工作频率太低，则电离层对电波的吸收作用很强.所以天波传播中有一个最低可用频率，低于这个频率，就会因为电离层对电波的吸收作用太大而无法工作. 传播特性（二） 1．空间波传播 当发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线.所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响. 空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率的影响.收，发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，要扩大通信距离，就必须增加天线高度.一般地说，视线距离可以达到50km左右. 空间波除了受地面的影响以外，还受到低空大气层即对流层的影响. 移动通信中，电波主要以空间波的形式传播.类似的还有微波传播.
室内传播和路径损耗计算及实例(完整版)
室内传播和路径损耗计算及实例 RFWaves公司 Adi Shamir 摘要：通过对传播路径损耗的估算来预测无线通信系统在其工作环境下的性能；解释了自由空间传播损耗的计算；电磁波在介质中的发射和反射系数的理论计算是预测反射和发射系数的工具。下面的一些实例和模型是在工作频率时给出的。 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1.简介 大多数无线应用设计人员最关心的问题是系统能否正常工作在无线信道的最大距离。最简单的方法是计算和预测：a)系统的动态范围；b)电磁波的传播损耗。 动态范围对设计者而言是一个重要的系统指标。它决定了传输信道上(收发信机之间)允许的最大功率损耗。决定动态范围的主要指标是发射功率和接收灵敏度。例如：某系统有80dB的动态范围是指接收机可以检测到比发射功率低80dB的信号电平。传播损耗是指传输路径上损失的能量，传播路径是电磁波传输的路径(从发射机到接收机)。例：如果某路径的传播损耗是50dB，发射机的功率是10dB，那末接收机的接收信号电平是-40dB。 2．自由空间中电磁波的传播 如上所述，当电磁波在自由空间传播时，其路径可认为是连接收发信机的一条射线，可用Ferris公式计算自由空间的电波传播损耗： Pr/Pt= . (λ/4πR)2 式中Pr是接收功率，Pt是发射功率，Gt和Gr分别是发射和接收天线的增益，R是收发信机之间的距离，功率损耗与收发信机之间的距离R的平方成反比。公式可以对数表示为： PL=-Gr-Gt+20log(4πR/λ)=Gr+Gt+22+20log(R/λ) （） 式中Gr和Gt分别代表接收天线和发射天线增益（dB）,R是收发信机之间的距离，λ是波长。 当λ=时(f=可得出： =-Gr-Gt++20log(R) （） R的单位为米。 图2-1表示了信号频率，天线的增益为0dBi时的自由空间的损耗曲线。
电磁波衰减
第十六章机械波和电磁波 振动状态的传播就是波动,简称波. 激发波动的振动系统称为波源 16-1机械波的产生和传播 1. 机械波产生的条件 (1)要有作机械振动的物体,亦即波源. (2)要有能够传播这种振动的介质 波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性力，将振动传播开去，从而形成 机械波。 波动（或行波)是振动状态的传播，是能量的传播，而不是质点的传播。 ◆ 质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波. ◆ 质点的振动方向和波的传播方向相互平行,这种波称为纵波. 2.波阵面和波射线 ● 在波动过程中,振动相位相同的点连成的面称 为波阵面（wave surface） ● 波面中最前面的那个波面称为波前（wave front） ● 波的传播方向称为波线（wave line）或波射线 波面波 线 平面波 球面 波 3. 波的传播速度 由媒质的性质决定与波源情况无关 ● 液体和气体中纵波传播速度 B－介质体变弹性模量 ρ－介质密度
● 在 固 体 中G－介质切变模量 Y－介质杨氏模量 4.波长和频率 ● 一个完整波的长度,称为波长. ● 波传过一个波长的时间,叫作波的周期 ● 周期的倒数称为频率.
16-2 平面简谐波波动方程 ● 前进中的波动,称为行波. ● 描述介质中各质点的位移随时间变化的数学函数式称为行波的波动表式(或波 动方程) 设坐标原点的振动 为： O 点运动传到 p 点需 用时 相位 落后 所以 p 点的运动方 程： 1.平面简谐波的波动表式 定义 k 为角波 数 又 因此下述表达式等价： 为波的 相位
● 波在某点的相位反映该点媒质的“运动状态”， 所以简谐波的传播也是媒质振动相位的传播。 设 t 时刻x处的相位经 dt 传到（x +dx）处， 则有 于 ——相速度（相速） 是得到 简谐波的波速就是相速 2.行波动力学方程 将平面波的波函数对空间和时间求导，可得 ——波动方程。各种平面波所必须满足的线性偏微分方 程 若 y1，y2 分别是它的解，则（y1＋y2）也是它的解，即上述波动方程遵从叠加原理。 3.波动方程推导（以一维纵波为例） 取棒中任一小质元原长 dx，质量为dm=ρSdx 受其它部分的弹性力为 f 和 f+df 质元的运动学方程 为： 根据弹性模量的定 义：
超声波衰减系数的测量-讲义及数据
超声设计性实验： 超声波衰减系数的测量 一 、 实 验 目 的 ： 测 量 超 声 波 在 空气和水中的衰减系数 二、实验原理：超声波在损耗介质中的准驻波效应 图1.超声波波束在空气中的传播和反射 设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为： ()0=A exp y i t x ωγ-???? 入 （1） 反射波的波动方程为： ()() { }00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2） 其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k π λ = 是波矢。 入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为： ()(){} ()()()(){} 0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t x x y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-???????? ????=+----???? （3） O X 0 X
合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为： () ()1 2 00 2222002Re cos 2x x x x A A e R e k x x ααα---??=++-?? （4） 如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为: ()01x A A R e α-=+ (5) 因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有： 00 A U A U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。 设超声波接收器在任意波峰位置处i x 时，示波器显示电压数值为i U ，则 ()()0ln ln 1A A R x α=+-（7） 令 ()()00ln ln i U A A U y ==（8） ()ln 1b R =+（9） 则（7）式可以写成： y b x α=-（10） 利用直线拟合方法，可以测量超声波在介质中的衰减系数。 三、实验过程：
第六章 平面电磁波的传播
第六章 平面电磁波的传播 习题6.1 已知自由空间中均匀平面电磁波的电场： y e x t E )210cos(37.738 ππ-?=V/m ，求 （1）电磁波的频率，速度，波长，相位常数，以及传播方向。 （2）该电磁波的磁场表达式。 （3）该电磁波的坡印廷矢量和坡印廷矢量的平均值。 题意分析： 已知均匀平面电磁波的一个场量求解另一个场量，以及相关的参数，这是均匀平面波问题中经常遇到的问题。求解问题的关键在于牢记均匀平面电磁波场量表达形式的基本特点，场矢量方向和波的传播方向之间的关系以及相关公式。 解： （1）求电磁波的频率，速度，波长，相位常数，以及传播方向 沿x 轴正方向传播的电磁波的电场强度瞬时表达式为： y y y e x t E E )c o s (2φβω+-= 电场表达式的特点有： 电磁波角频率 8103?=πω （rad/s ） 由f πω2=，可以得到 电磁波的频率为： 8 10 5.12?==π ω f （Hz ） 电磁波在自由空间的传播速度 8103?==c v （m/s ） 电磁波的波长λ满足式 f v vT = =λ 210 5.110 38 8=??= = ∴f v λ（m ） 相位常数： πβ2= （rad/m ） 分析电磁波的传播方向： 方法一：直接判断法 比较均匀平面电磁波的电场表达式可以看出，均匀平面电磁波的电场表达式中x π2项前面的符号为“-”，该电磁波是沿x 轴正方向传播的电磁波。
方法二：分析法 电场表达式是时间t 和坐标x 的函数，若要使E 为不变的常矢量，就应使组合变量（x t ππ21038-?）在t 和x 变化时为一定值。即，当时间变量t 变为t t ?+，位置变量x 变为x x ?+时，有下式成立： )(2)(10321038 8x x t t x t ?+-?+?=-?ππππ 由上式可得： t x ??= ?π π21038 这说明在电磁波的传播过程中，随着时间的增加（0>?t ），使电场保持定值的点的坐标也在增加（0>?x ），所以电磁波的传播方向是由近及远，沿x 轴正方向逐步远离原点。 （2）求该电磁波的磁场表达式 电磁波的传播方向为x 轴正方向，电场分量为y 轴方向，根据坡印廷矢量的 定义：H E S ?=，电场，磁场以及电磁波的传播方向应遵循右手螺旋定律，所 以本题中磁场的方向应为z 轴方向，三者的方向关系下如图所示。 z 在自由空间中，正弦均匀平面电磁波的电场和磁场分量的比值为固定值，是 空间的波阻抗：Ω=3770Z ，所以磁场分量H 的表达式为： z z z e x t e x t e Z E H )210cos(31.0)210cos(3377 7.738 80ππππ-?=-?== （A/m ） （3）求该电磁波的坡印廷矢量表达式和坡印廷矢量的平均值 根据坡印廷矢量的定义：H E S ?=，得 ])210cos(31.0[])210cos(37.73[8 8z y e x t e x t H E S ππππ-??-?=?= x e x t )210(3cos 773.8 2ππ-?= （W/m 2） 坡印廷矢量的平均值：
物理性污染控制各章节习题答案(全)
物理性污染控制习题答案 第一章略 第二章噪声污染及其控制 1. 什么是噪声噪声对人的健康有什么危害 答：从心理学出发，凡是人们不需要的声音，称为噪声。 噪声是声的一种；具有声波的一切特性；主要来源于固体、液体、气体的振动；产生噪声的物体或机械设备称为噪声源。 噪声的特点：局部性污染，不会造成区域或全球污染；噪声污染无残余污染物，不会积累。 & 噪声源停止运行后，污染即消失。声能再利用价值不大，回收尚未被重视 噪声对人的健康危害有：引起耳聋、诱发疾病、影响生活、影响工作。 2. 真空中能否传播声波为什么 答：声音不能在真空中传播，因为真空中不存在能够产生振动的弹性介质。 3.可听声的频率范围为20～20000Hz,试求出500 Hz 、5000 Hz 、10000 Hz 的声波波长。 解： , c=340m/s, 3400.6815003400.06825000 3400.0034310000 c f m m m λλλλ======= 4. 声压增大为原来的两倍时，声压级提高多少分贝 ] 解： 2'20lg , 20lg 20lg 20lg 200 0'20lg 26()p p p e e e L L p p p p p L L L dB p p p ===+?=-== 5.一声源放在刚性面上，若该声源向空间均匀辐射半球面波，计算该声源的指向性指数 和指向性因数。 解： 22S 4==2 DI=10lg 10lg 2 3.01W S 2S W S I r Q Q I r θππ=====半全，半全
6.在一台机器半球辐射面上的5个测点，测得声压级如下表所示。计算第5测点的指向 0.18.58.78.68.48.91110lg(10)10lg (1010101010)86.6() 5 1 0.110 220.10.10.1(8986.6)01010 1.7420.11020 10lg 10lg1.74 2.4 L n pi L dB p n i L p L L I p p p p I L p p p DI Q θθθ==++++=∑=--=========. 7.已知某声源均匀辐射球面波，在距声源4m 处测得有效声压为2Pa ，空气密度3/kg m 。。使计算测点处的声强、质点振动速度有效值和声功率。 解： 22 22,,, 000,0 p p D V e e I Dc D W IS W S p u S p cu S e e e c c S t p u e u u e e c ρρρ=======?== 2 33223229.810(/)1.23400 2 4.910/1.234009.81044 1.97() p e I W m c p u p e u m s e c W IS W ρρπ---===??====-=-=-??==???= 8.在半自由声场空间中离点声源2 m 处测得声压的平均值为88 dB ，（1）求其声功率级和声功率；（2）求距声源5m 处的声压级。 < 解： （1） 按球面波考虑
室内传播和路径损耗计算与实例(完整版)
室传播和路径损耗计算及实例 RFWaves公司 Adi Shamir 摘要：通过对传播路径损耗的估算来预测无线通信系统在其工作环境下的性能；解释了自由空间传播损耗的计算；电磁波在介质中的发射和反射系数的理论计算是预测反射和发射系数的工具。下面的一些实例和模型是在2.4GHz工作频率时给出的。 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1.简介 大多数无线应用设计人员最关心的问题是系统能否正常工作在无线信道的最大距离。最简单的方法是计算和预测：a)系统的动态围；b)电磁波的传播损耗。 动态围对设计者而言是一个重要的系统指标。它决定了传输信道上(收发信机之间)允许的最大功率损耗。决定动态围的主要指标是发射功率和接收灵敏度。例如：某系统有80dB的动态围是指接收机可以检测到比发射功率低80dB的信号电平。传播损耗是指传输路径上损失的能量，传播路径是电磁波传输的路径(从发射机到接收机)。例：如果某路径的传播损耗是50dB，发射机的功率是10dB，那末接收机的接收信号电平是-40dB。 2．自由空间中电磁波的传播 如上所述，当电磁波在自由空间传播时，其路径可认为是连接收发信机的一条射线，可用Ferris公式计算自由空间的电波传播损耗： Pr/Pt= Gt.Gr. (λ/4πR)2 (2.1) 式中Pr是接收功率，Pt是发射功率，Gt和Gr分别是发射和接收天线的增益，R是收发信机之间的距离，功率损耗与收发信机之间的距离R的平方成反比。公式2.1可以对数表示为： PL=-Gr-Gt+20log(4πR/λ)=Gr+Gt+22+20log(R/λ) （2.2） 式中Gr和Gt分别代表接收天线和发射天线增益（dB）,R是收发信机之间的距离，λ是波长。 当λ=12.3cm时(f=2.44GHz)可得出： PL2.44=-Gr-Gt+40.2+20log(R) （2.3） R的单位为米。 图2-1表示了信号频率2.44GHz，天线的增益为0dBi时的自由空间的损耗曲线。 注意：在此公式中收发天线的极化要一致（匹配），天线的极化不同会产生另一损耗系数。一般情况下对于理想的线极化天线，极化损耗同两个天线的极化方向的夹角的余弦的平方成正比。例如：两个偶极天线的方向夹角为45°时，极化损耗系数为-3dB左右。
采用一维水质模型计算河流纳污能力中设计条件和参数的影响分析
采用一维水质模型计算河流纳污能力中 设计条件和参数的影响分析 张文志 (广东省水文局惠州分局,广东 惠州 516001) 摘 要:分析采用一维水质模型计算河流纳污能力过程中,污染源概化、设计流量和流速、上游本底浓度、污染物综合衰减系数等设计条件和参数对计算结果的影响;讨论如何确定设计条件和参数,以提高计算结果的准确性和合理性。 关键词:纳污能力;一维水质模型;设计条件;参数;影响分析 中图分类号:T V149.2 文献标识码:B 文章编号:100129235(2008)0120019202收稿日期:2007202205 作者简介:张文志,男,湖北大悟人,主要从事水环境监测、水资源分析及评价工作。 纳污能力,是指水体在一定的规划设计条件下的最大允许纳污量。纳污能力随规划设计目标的变化而变化,反映了特定水体水质保护目标与污染物排放量之间的动态输入响应关系。其大小与水体特征、水质目标及污染物特性等有关,在实际计算中受污染源概化、设计流量和流速、上游本底浓度、污染物综合衰减系数等设计条件和参数的影响。 东江干流岭下至虾村河段位于东江干流惠州市境内,全长36k m,水质目标为Ⅱ类。本文以该段河段氨氮纳污能力计算为例,分析采用一维水质模型计算纳污能力过程中设计条件和参数对计算结果的影响,并讨论如何确定设计条件和参数,以提高计算结果的准确性和合理性。 1 一维水质模型概述 对于宽深比不大的河流,污染物在较短的时间内,基本上能在断面内均匀混合,污染物浓度在断面上横向变化不大,可用一维水质模型模拟污染物沿河流纵向的迁移问题来计算纳污能力。 在稳态或准稳态的情况下,一维水质数学模型为: C (x )=C 0exp -k x u (1) 式中 C 0———基准断面污染物的本底浓度,mg/L ;k ———污染 物综合衰减系数,d -1 (计算时换算为s -1 );u ———断面 设计流速,m /s ;x ———计算断面至基准断面的距离,m ; C (x )———计算断面污染物的浓度,mg/L 。 2 污染源概化影响分析 通常情况下,考虑到计算的复杂性和一般规划本身的要求,需要将河段内排污口的分布加以概化。目前污染源概化主要采用两种方法:概化为均匀分布或概化为一个集中点。 2.1 均匀分布概化河段水环境容量计算公式 概化为均匀分布即认为污染物排放在同一河段内沿河 长均匀分布,并认为污染源源强在同一功能区内沿河长均匀 分布,概化示意见图1。此种概化实际上体现了污染物分布的一种平均状况,对某一河段也许存在一定偏差,但从统计、规划的特点来看,却综合反映了若干河段污染物排放的一种平均状态。 图1 均匀排放河段污染源概化示意图可以推导出均匀排放河段纳污能力的计算公式为: m =kQ L u C s -C 0exp -k L u 1-exp -k L u (2) 式中 m ———纳污能力,g/s (结果表示时换算为kg/d ); C S ———下游控制断面污染物的目标浓度,mg/L ; L ——— 计算河段的全长,m ;Q ———河段设计流量,m 3 /s ; 其它参数意义与公式1相同。 2.2 集中点概化河段水环境容量计算公式 概化为一个集中点即认为污染物排放在同一功能区内集中在一个点,所有污染物由这个点源排入,概化示意见图 2。此种概化实际上体现了污染物分布的一种集中状况。 图2 集中排放河段污染源概化示意图可以推导出集中排放河段纳污能力的计算公式为: 9 12008年第1期?PE ARL R I V ER 人民珠江
超声波特性
2．1 超声波的定义 波是由某一点开始的扰动所引起的，并按预定的方式传播或传输到其他点上。声波是一种弹性机械波。人们所感觉到的声音是机械波传到人耳引起耳膜振动的反应，能引起人们听觉的机械波频率在20Hz~20KHz ，超声波是频率大于20KHz 的机械波。 在超声波测距系统中，用脉冲激励超声波探头的压电晶片，使其产生机械振动，这种振动在与其接触的介质中传播，便形成了超声波。 2．2超声波的物理特性 当声波从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界面上，一部分能量反射回原介质，称为反射波；另一部分能量透射过分界面，在另一个介质内部继续传播，称为折射波，如图2．1所示，图中L 为入射波，S ?为反射横波，L ?为反射纵波，L ?为折射纵波，S ?为折射横波。 L 图2．1超声波的反射、折射及其波形转换 这些物理现象均遵守反射定律、折射定律。除了有纵波的反射波折射波以外，还有横波的反射和折射。 因为声波是借助于传播介质中的质点运动而传播的，其传播方向与其振动方向一致，所以空气中的声波属于纵向振动的弹性机械波。在理想介质中，超声波的波动方程描述方法与电磁波是类似的。描述简谐声波向X 正方向传播的质点位移运动可表示为： ()cos()A A x t kx ω=+ （2.1） 0()ax A x A e -= （2.2） 式中，()A x 为振幅即质点的位移，0A 为常数，ω为角频率，t 为时间，x 为传播距离，2/k πλ=为波数，λ为波长，α为衰减系数。衰减系数与声波所在介质和频率关系： 2af α= （2.3）
式(2．3)中，a 为介质常数，f 为振动频率。 2．2．1超声波的衰减 从理论上讲，超声波衰减主要有三个方面： (1) 由声速扩展引起的衰减 在声波的传播过程中，随着传播距离的增大，非平面声波的声速不断扩展增大，因此单位面积上的声压随距离的增大而减弱，这种衰减称为扩散衰减。 (2) 由散射引起的衰减 由于实际材料不可能是绝对均匀的，例如材料中外来杂质金属中的第二相析出、晶粒的任意取向等均会导致整个材料声特性阻抗不均，从而引起声的散射。被散射的超声波在介质中沿着复杂的路径传播下去，最终变成热能，这种衰减称为散射衰减。 (3) 由介质的吸收引起的衰减 超声波在介质中传播时，内于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变成热能。同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，以及由于分子驰豫造成的吸收，这些都是介质的吸收现象，这种衰减称为吸收衰减。 扩散衰减仅取决于波的几何形状而与传播介质的性质无关。对于大多数金属和固体介质来说，通常所说的超声波的衰减，即p(衰减系数)表征的衰减仅包括散射衰减和吸收衰减而不包括扩散衰减。因此，空气介质的衰减系数也由两部分组成，可由下式表示： 22222238211()3v P f f K C C C C πηπβρρ=++ (2.4) 式中：K ：热传导系数 f ：超声波频率 η：动力粘滞系数 C ：超声波传播速度 v C ：定容比热 p C ：定压比热 ρ：传播介质密度 式(2．4)中第一项是由内摩擦引起的衰减系数，第二项是由热传导引起的衰减系数，由于后者比前者小得多，故在忽略热传导引起的超声波衰减的情况下，衰减系数可以由下式表示： 223 83f C πηβρ= （2.5） 把C = 2.5）可得： 3223 322283()M f R T β πηργ=?? (2.6) 由式(2．6)可知：温度一定时，η、 ρ、T 均一定，衰减系数与频率的平方成正比；频率越高，衰减的系数就越大，传播的距离也就越短。在实际应用