Особенности распространения Волн Градиента Давления

Выделим основные отличия Волн Градиента Давления от обычных “звуковых” волн (здесь понятие “звук” объединяет упругие коллебания независимо от их частоты).

Для сравнения физических характеристик, два типа волн представлены в таблице.

Обычные “звуковые” волны

Волны Градиента Давления

 “Звуковые” волны возникают в упругой среде всегда, когда существует источник звука, создающий флуктуации плотности.  Для создания Волн Градиента Давления необходимы три условия:- Среда должна быть сжимаемой (газ);

– Внутри области пространства или объема, заполненного газом, должен существовать градиент давления;

Должны существовать стартовые флуктуации плотности. Эти флуктуации могут возникать при мощном звуке.

 Характеристики “звуковых” волн (частота, амплитуда) определяются источником “звука”. Вся энергия, которую переносят звуковые волны получена только от источника звука.  Волны Градиента Давления  создают внешние силы, которые создают градиент давления в газе.
 “Звуковые” волны распространяются в направлении от источника звука. В случае точечного источника в однородном неограниченном пространстве, поверхность фронта звуковой волны это расширяющаяся сфера (полный телесный угол).  Волна Градиента Давления  распространяется вдоль вектора градиента давления.
 Источник звука пульсирует или совершает колебательные движения. В соответствии с этим процесс распространения звуковых волн – периодический.   В Волнах Градиента Давления отсутствуют колебания,- поскольку они отсутствуют в силовом поле, которое порождает ВГД. 
 В звуковых волнах зоны сжатия и разрежения чередуются и перемещаются вместе в одном направлении.  Направление распространения волны сжатия в Волне Градиента Давления -всегда сторону больших давлений, а волны разряжения – в противоположную сторону  (меньших давлений).
 Процесс распространения “звуковых” волн  в газах изоэнтропийный.  Процесс распространения Волн Градиента Давления  адиабатный (без подвода и отвода теплоты), но не изоэнтропийный. Силовое поле, создающее градиент давления, совершает работу. Оно сжимает и расширяет области флуктуации плотности.
 Энергия “звуковых” волн в газах включает две компоненты: Компоненту потенциальной энергии, которая обусловлена величиной относительной упругой деформации, и компоненту кинетической энергии колебательного движения. Адиабатическое сжатие и разрежение обязательно изменяют температуру газа в зонах волнового возмущения. Но поскольку в “звуковых” волнах эти зоны чередуются, суммарный эффект равен нулю.  Поскольку в Волне Градиента Давления отсутствуют колебания, в энергии ВГД отсутствует составляющая, обусловленная кинетической энергией колебательного движения.

Энергия ВГД включает две компоненты: энергию стартового “звукового” возмущения, включая составляющую, связанную с изменением температуры зоны возмущения; и энергию, эквивалентную работе силы, создающей градиент давления, которая перемещает волновую область.

 В ограниченном пространстве “звуковые” волны отражаются от стенок.  В ограниченном пространстве Волна Градиента Давления поглощается стенками. Отражение ВГД и ее движение в противоположном направлении невозможно. Этому препятствуют силы, создающие градиент давления.

При поглощении ВГД вся энергия, включая потенциальную часть,  передается стенке в виде тепла или холода.

Если функция градиента давления имеет экстремум, то ВГД не может пройти через точку перегиба, диссипирует и отдает свою энергию в этом месте.

 “Звуковые” волны переносят энергию, выделяемую источником звука. Их поглощение практически не изменяет термодинамические характеристики системы.  Волны Градиента Давления забирают энергию по всему пространству и переносят ее в сторону увеличения давления.

В ограниченном пространстве это выражается в охлаждении зоны низкого давления и в нагревании стенки, расположенной в зоне высокого давления.