IND04 Konzentrationsmessung mit Resonanzzelle

In Elektrolyten kommt es bei einer Konzentrationserhöhung zu einer Verringerung der Kompressibilität und zu einer Zunahme der Dichte. Dies führt zu einer konzentrations¬abhängigen Erhöhung der Schallgeschwindigkeit. Die Schallgeschwindigkeit im Elektrolyten kann mittels der Beugung von Licht an einer stehenden Ultraschallwelle bestimmt werden (PHY17). Die Interferenzmaxima, die bei der Beugung erzeugt werden, sind infolge der periodischen Änderung der Welle amplitudenmoduliert. Die Amplitudenmodulation erfolgt mit der doppelten Frequenz der stehenden Welle. Eine Veränderung der Schallfrequenz beeinflusst die Modulations¬amplitude. Diese ist immer dann am größten, wenn der Abstand h zwischen Ultraschallsonde und Reflektor einem Vielfachen m der halben Schallwellenlänge entspricht. Die Schallgeschwindigkeit c im Medium ergibt sich aus c = 2 h Δf / Δm (Δf: Frequenzdifferenz zwischen maximalen Modulations-amplituden). Die Messwerte werden mit Werten verglichen, die mit Hilfe der empirischen Formel für die Schallgeschwindigkeit in Seewasser von Mackenzie (JASA, 70, 807-12) berechnet werden.

Theoretische und gemessene Werte

Im Diagramm sind die Messwerte und die nach der Formel von Mackenzie berechneten Vergleichswerte aufgetragen. Im untersuchten Konzentrationsbereich ist eine deutliche Zunahme der Schallgeschwindigkeit mit steigender Salzkonzentration zu sehen. Im Bereich von 0-30 g/kg stimmen die Messwerte gut mit den theoretischen Werten nach Mackenzie überein.