PHY04 Schallschwächung in Flüssigkeiten

In Gasen und Flüssigkeiten erfolgt die Schallausbreitung in Form von Longitudinalwellen. Dabei können die Schallwellen auf ihrem Weg durch die Flüssigkeit durch Absorption, Reflexion oder Streuung Energie verlieren. Außerdem kann auch die Schallfeldgeometrie einen Einfluss auf die Schallschwächung haben. Im Versuch werden die Amplituden der Reflexionsechos von einem einfach bewegbaren Schallreflektor aus Aluminium gemessen. Durch dessen Verschiebung in der zu untersuchenden Flüssigkeit können schnell die Amplitudenwerte für eine große Anzahl von unterschiedlichen Schallwegen im Impuls-Echo-Verfahren ermittelt werden. Dabei kann die Schwächung bzw. Dämpfung der Signalamplitude A durch das allgemeine Schwächungsgesetz A = A₀ e^-ax beschrieben werden. Für zwei verschiedene Schallwege x₁ und x₂ ergibt sich folgende linearisierte Form: 2 Ln(A₂/A₁) = a (x₁ – x₂). Somit kann der Schwächungskoeffizient a der jeweiligen Flüssigkeit durch eine lineare Regression über die Messpunkte im Dämpfungs-Schallweg-Diagramm bestimmt werden.

Messkurven für Wasser. Öl und Glycerin

Im Versuch wurde beispielhaft die Schallschwächung in Wasser, einem handelsüblichen Sonnenblumenöl und Glyzerin (86,5 %) untersucht. Das Diagramm zeigt die Messwerte mit den Regressionsgeraden zur Bestimmung der Schallschwächungskoeffizienten a. Bei der verwendeten Frequenz von 2 MHz zeigt die Messung mit Wasser keine messbare Dämpfung, so dass der Einfluss der Schallfeldgeometrie für die Messungen im Versuch als vernachlässigbar angesehen werden kann.