不同温度和压力下的声速
音速在不同介质中的变化
Part Five
音速在不同介质中 的实际应用
声呐技术
声呐技术利用声 波在水中传播的 特性，探测水下 目标的位置、速 度和方向，广泛 应用于海洋探测、 水下通信、水下
导航等领域。
声呐技术还可以 用于医学诊断， 例如超声成像技 术，通过向人体 发射声波并接收 回波信号，可以 观察人体内部结
构。
在军事领域，声 呐技术被用于潜 艇探测、水下定 位和反潜作战等 方面，对于保障 国家安全具有重
Part Two
音速在不同介质中 的表现
空气中的音速
音速在标准大气压下的空气 中约为343米/秒
音速在空气中的表现与温度、 压力和湿度等因素有关
随着温度的升高，音速也会 相应增加
湿度对音速的影响较小，但 湿度越高，音速越低
水中的音速
音速在水中约为1500米/秒
音速在纯净水中的速度略高于 在含盐或其他杂质的水中
要意义。
声呐技术还可以 用于环境监测， 例如水下噪声监 测和海洋生态调 查等，对于环境 保护和资源开发 具有重要意义。
超声波成像技术
原理：利用超声波 在人体内的传播特 性，通过高频声波 显示人体内部结构
应用：医学诊断、 治疗监测、药物 研究等领域
优势：无创、无 痛、无辐射，对 软组织和器官的 分辨率较高
音速在水中会受到水温的影响， 水温越高，音速越快
音速在水中会受到压力和深度 的变化，但影响较小
固体中的音速
音速在固体中 传播速度较快， 因为固体分பைடு நூலகம் 排列紧密，相 互作用力强。
音速在固体中 的传播速度与 介质的密度和 弹性有关，密 度越大、弹性 越好的固体中
音速越大。
常见的固体介 质如钢铁、木 材、石头等都 可以传播声音， 且速度较快。
声速与温度计算公式
声速与温度计算公式
声速与温度之间的关系可以通过以下公式进行近似计算：
v = 331.4 + 0.6 * T
其中，v 表示声速（单位为米/秒），T 表示温度（单位为摄氏度）。
这是一个常用的近似公式，适用于常温（20-30摄氏度）下的空气中声速的计算。
公式中的常数值331.4是在标准大气压（101.325千帕）和相对湿度为0%的条件下所得到的近似值。
需要注意的是，该公式只适用于空气中声速的近似计算。
对于其他介质（如水、金属等），其声速与温度的关系可能有所不同。
另外，此公式是在常温下的近似计算，随着温度的变化，声速的计算需要考虑更为复杂的影响因素。
对于更精确的声速计算，需要考虑温度、湿度、介质的性质等因素，并采用相应的计算方法或查阅相应的数据表。
音速在不同气体的速度
在温度-8度下的音速
在温度50度下的音速
结论：如果气体的摩尔质量越小，音速就越大。
天然气，是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。
它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。
天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等
结论：温度越高音速就越快，以气体为传播介质，气体的摩尔质量越小音速就越大。
所以如果天然气中甲烷的为100%，温度为50度时，音速是最快。
水中声速与温度的关系
水中声速与温度的关系水中的声速是指声波在水中传播的速度。
声速与温度有密切的关系，通常来说，随着水温的升高，声速也会增加。
水中的声速受到多个因素的影响，其中温度是最主要的因素之一。
根据声学理论，声速与介质的温度成正比关系。
当温度升高时，水分子的热运动加剧，分子间的距离增加，导致声波在水中传播的速度加快。
相反，如果温度降低，水分子的热运动减弱，分子间的距离减小，导致声波在水中传播的速度减慢。
具体来说，根据实验测量和理论计算，可以得到水中声速与温度之间的大致关系。
在20摄氏度的常温下，水中的声速约为1482米/秒。
当温度升高1摄氏度时，声速大约增加约4.6米/秒。
也就是说，每升高1摄氏度，水中声速约增加4.6米/秒。
这个关系可以用线性近似来描述。
这个声速与温度的关系在实际应用中有着重要的意义。
比如，在海洋勘探中，科学家们利用声波在水中传播的特性来获取海底的地质和地形信息。
通过测量声波在水中的传播时间和距离，可以计算出水中的声速，从而推测出海底的物理特征。
而温度的变化则会对声速的测量结果产生影响，因此在实际测量中需要对温度进行修正。
声速与温度的关系还在其他领域有着广泛的应用。
比如，在海洋工程中，声速的变化会影响声纳的工作效果，因此需要对声速与温度的关系进行研究和修正。
在水声通信中，声速的变化也会对信号传输产生影响，因此需要对声速与温度的关系进行精确的建模和计算。
在实际测量中，科学家们通常会利用声速计或声速仪来测量水中的声速。
这些设备利用声波在水中传播的原理，通过测量声波的传播时间和距离来计算出声速。
在测量过程中，还需要考虑其他因素的影响，比如水的盐度和压力等。
这些因素也会对声速产生影响，需要进行相应的修正。
水中声速与温度之间存在着密切的关系。
随着温度的升高，水中声速也会增加，反之则减慢。
这个关系在海洋勘探、海洋工程和水声通信等领域有着重要的应用。
为了准确测量水中的声速，科学家们需要进行研究和修正，以提高测量的准确性。
海洋声学特征
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本章目的
• 本章从声学角度讨论海洋、海洋的不均匀 性和多变性，弄清声信号传播的环境，有 助于海中目标探测、声信号识别、通讯和 环境监测等问题的解决。
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3.1 海水中的声速
1、声速（ Sound Speed ） 海洋中的重要声学参数，也是海洋中声传
播的基本物理参数。
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3.1 海水中的声速
2、声速测量
测量仪器设备：温度深度记录仪和声速仪 。
温度深度记录仪： 通过热敏探头测量 水中温度，同时通 过压力传感器给出 深度信息，可以转 换给出声速。
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3.1 海水中的声速
2、声速测量
声速仪是声学装置： •声循环原理工作：
前一个脉冲到达接收 器，触发后一个脉冲从发 射器发出，记录每秒钟脉 冲的发射次数f，发射器 和接收器的距离L已知。 •声速：c=fL。
c 1449.22 cT cS cP cSTP
上式适用范围：-3℃<T<30℃、33‰<S<37‰
1.013 105 N / m2 1个大气压 P 980 105 N / m2
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3.1 海水中的声速
声速经验公式
• 海水中盐度变化不大，典型值35‰； • 经常用深度替代静压力，每下降10m水深 近似增加1个大气压的压力； • 1℃＝（1oF-32）5/9。
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3.1 海水中的声速
海洋中声速的基本结构 典型深海声速剖面： 温度分布“三层结构”： （1）表面层（表面等温 层或混合层）：
海洋表面受到阳光照 射，水温较高，但又受到 风雨搅拌作用。
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3.1 海水中的声速
海洋中声速的基本结构
不同温度和压力下的声速
-------------精选文档-----------------不同温度和压力下的声速The classical ideal gas law may be written as pV=nRT, from which the expression for gas density ρ relating to pressure p could be deduced: ρ=pM/RT, wherein V and n correspond to volume and number of moles of a substance, respectively; T, M and R are respectively corresponding to absolute temperature, molar mass and ideal gas constant, approximately 8.3144621 J/(mol·K).The sound speed of sound in an ideal gas depends only on its temperature and composition. The speed has a weak dependence on frequency and pressure in ordinary air, deviating slighty from ideal behavior. In general, the speed of sound c is given by the Newton-Laplace equation: c=(K f/ρ)1/2, in which the bulk modulus K f is simply the gas pressure p multiplied by the dimensionless adiabatic indexγ, which is about 1.4 for air.理想气体状态方程PV=nRT, 推导得ρ=PM/RT.0°C,1标准大气压下空气密度约为1.293g/L, 就用空气做个例子算一算.P=101325(标准大气压),M=29(空气摩尔质量),R=8.314J/(mol·k)(理想气体常数,定值),T=0+273.15K(开尔文温度),代入公式,计算出结果,这里要注意的是R值对应压力和体积的单位是Pa和M3,所以算出的ρ单位是KG/M3声速的平方跟压力成正比，跟密度成反比；跟温度成线性关系所以声速不仅仅受压力影响气体中：u=√(γP/ρ),其中γ为比热比,P为压力,ρ为密度可编辑。
声音在水中传播的声速变化规律研究
声音在水中传播的声速变化规律研究在水中传播的声音是一种常见且普遍的现象，我们可以轻易地在海洋、湖泊和河流等水域中听到声音的传播。
然而，你是否思考过声音在水中传播的速度会发生怎样的变化呢？本文将探讨声音在水中传播的声速变化规律，帮助我们更好地了解这一现象。
首先，了解声音在水中传播的基本原理是非常重要的。
声音是通过物质介质的震动传播，在水中传播的过程中，声波会引起水分子的振动。
声波的传播速度取决于介质中粒子的密度和弹性。
由于水分子的密度与空气相比较大，因此声音在水中传播的速度要快于在空气中传播的速度。
其次，声音在水中传播的速度并非恒定不变，而是受到多种因素的影响。
首先，水的温度对声音传播的速度有影响。
在温度相同时，冷水比热水密度较大，声速也相应较快。
其次，水的盐度也会影响声音的传播速度。
较咸的水的密度较大，相比于淡水来说，声音在盐水中传播的速度更快。
此外，水的压力也是一个重要的因素。
在深海中，水的压力随深度增加而增加，这会导致声音在深海中传播的速度比浅海中更快。
值得一提的是，声速的变化可能会影响人类的日常生活和科学研究。
例如，在海洋中进行声纳测距时，需要考虑声速的变化，以确保数据的准确性。
此外，对声速变化规律的深入研究还可以为海洋地震学、声学遥感等领域的研究提供基础数据。
为了更准确地测量声音在水中的传播速度，科学家通过实验和数学模型进行了研究。
实验中，研究人员通常使用声纳设备发射声波，并通过接收器测量声波的到达时间。
根据时间和距离的关系，可以计算出声速。
此外，科学家还可以使用数学模型，如声学波动方程和Navier-Stokes方程来描述声波在水中的传播过程。
通过这些研究，我们了解到不同环境下声速的变化规律。
实验和模拟结果表明声速随着温度的降低而增加，海水中的盐度增加也会导致声速增加。
此外，水的压力对声速的影响较小。
这些研究成果不仅促进了我们对声音在水中传播的理解，也为相关领域的科学研究提供了重要的参考数据。
海洋的声学特性
2.1 海水中的声速
声速垂直分布分类 表面声道声速分布：
特点：在某一深度处有一声速极
大值。
Zm
形成原因：在秋冬季节，水面温
度较低，加上风浪搅拌，海表面
层温度均匀分布，在层内形成正
Z
声速梯度分布。
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ch c
2.1 海水中的声速
声速垂直分布分类 反声道声速分布：
c
特点：声速随深度单调下降。 形成原因：海洋上部的海水受到 太阳强烈照射的结果。
海水超吸收
海水超吸收原因： 海水中含有溶解度较小的
MgSO4，它的化学反应的驰豫 过程引起超吸收。
在声波作用下，MgSO4化学 反应的平衡被破坏，达到新 的动态平衡，这种化学的驰 豫过程，导致声波的吸收。
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2.2 海水中的声吸收
海水超吸收
Schulkin和Marsh根据2~25kHz频率范围内所作的大 量测量结果，归纳的半经验公式：
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2.1 海水中的声速
乌德公式
c 1450 4.21T 0.037T 2 1.14S 35 0.175 P
P的单位是大气压。
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2.1 海水中的声速
2、声速测量
测量仪器设备：温度深度记录仪和声速仪 。 温度深度记录仪： 通过热敏探头测量 水中温度，同时通 过压力传感器给出 深度信息，可以转 换给出声速。
扩展损失
（4）n=2 适用于开阔水域(自由场)，球面波传播。
（5）n=3
TL 20lg r
声波通过浅海声速负跃变层后的声传播。
TL 30lg r
（6）n=4 适用偶极子声源或计及平整海面虚源干涉 的远场声传播，相当于计入声波干涉后，对球面波传