Akusztikus hőmérsékletmérés

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez

Az akusztikus hőmérsékletmérés azon a fizikai tényen alapszik, hogy a hang sebessége a hőmérséklettel változik (levegőben és vízben a hőmérséklet négyzetgyökével).

Az ezen az elven működő műszer általában több hangforrásból és tőlük ismert távolságban lévő hangérzékelőből áll. A hang beérkezésének idejéből és a hang által megtett távolságból meghatározható a hang sebessége, a sebesség ismeretében pedig kiszámítható a hőmérséklet.

Levegőben[szerkesztés]

A hang sebességének hőmérsékletfüggése levegőben:

A fenti képlet átrendezésével a hőmérséklet levegőben:

ahol

léghőmérséklet (kelvin)
hangsebesség (m/s)
a légköri pára parciális nyomása (millibar)
a légkör statikus nyomása (millibar)

Ha a légköri pára parciális nyomását elhanyagoljuk, a hangsebesség:

  • 0 °C-on (273 K): 331,7 m/s;
  • 10 °C-on (283 K): 337,7 m/s;
  • 20 °C-on (293 K): 343,6 m/s.

Tengervízben[szerkesztés]

A hangsebesség kiszámítására tengervízben több tapasztalati képlet ismeretes:

Leroy (1969):
[1]
Medwin (1975):
[2][3]

ahol

c: hangsebesség (m/s)
T: hőmérséklet [0...25] (°C)
S: sótartalom (PSU) (az elektromos vezetőképesség mérésével pontosan meghatározható - nagyságrendileg 30-35 közötti érték) [30...42]
D: vízmélység [0...1000] (m)

Szögletes zárójelben az értékeknél használható tartományok vannak feltüntetve.

A tengervízben 1 °C változás 3 m/s hangsebesség-változást okoz; 1 PSU változás 1,3 m/s sebességváltozást; és 100 m mélységváltozás körülbelül 1,7 m/s sebességváltozást (ez utóbbi a nyomás változása miatt). A hangsebesség a tengervízben növekszik a nyomással, hőmérséklettel és sótartalommal.

A Leroy-féle képletet a hőmérsékletre rendezve:

A másodfokú egyenlet megoldóképlete alapján:

[4]

Alkalmazása[szerkesztés]

Akusztikus hőmérsékletmérést általában nagy távolságokból (tengerben 100 vagy akár 5000 kilométer) végeznek, így a kapott eredmény az adott távolságban lévő tengervíz átlagos hőmérsékletét adja meg. Ez az átlagolás kívánatos is nagy területek, például a Csendes-óceán hőmérsékletének mérésére, mert kiszűri a helyi zavarokat, ugyanakkor elég pontos eredményt ad.[5]

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. Brüel & Kjær Dictionary. [2014. augusztus 8-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. augusztus 2.)
  2. Anthony F. Molland (szerk.): Maritime Engineering Reference Book, 2008, p. 34.
  3. Medwin, H., 1975, Speed of sound in water for realistic parameters, Journal of Acoustic Society, 58, 1318.
  4. A gyökjel előtt azért van csak a pluszjel, és nem plusz-mínusz, mert fizikailag csak egy megoldás lehetséges.
  5. On equations for the speed of sound in seawater. [2014. augusztus 8-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. augusztus 2.)

Források[szerkesztés]

  • Glenn D. Considine (főszerk.): Van Nostrand's Scientific Encyclopedia, 2008, John Wiley & Sons, Inc., ISBN 978-0-471-74338-5, p39