Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Maison » Vitesse du son dans un gaz parfait

Vitesse du son dans un gaz parfait

1816
  • Pierre-Simon Laplace
Dispositif expérimental de mesure de la vitesse du son dans un gaz parfait en acoustique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

The speed of sound ([latex]c[/latex]) in a gaz parfait is determined by its thermodynamic properties, not its pression ou la densité seule. La formule est [latex]c = sqrt{gamma R_s T}[/latex], où [latex]gamma[/latex] est le rapport des capacités thermiques ([latex]c_p/c_v[/latex]), [latex]R_s[/latex] est la constante spécifique des gaz et [latex]T[/latex] est la température absolue. Ainsi, le son se propage plus rapidement dans un gaz plus chaud.

La propagation du son est une onde mécanique qui se propage dans un milieu en provoquant des compressions et des dilatations adiabatiques (c'est-à-dire sans transfert de chaleur). Isaac Newton Pierre-Simon a d'abord tenté de calculer la vitesse du son en supposant un processus isotherme, ce qui a donné un résultat incorrect. Laplace Ils ont corrigé ce problème en reconnaissant que les compressions et les raréfactions se produisent si rapidement qu'il n'y a pas le temps pour un échange de chaleur significatif avec l'environnement, rendant ainsi le processus adiabatique.

Pour un gaz parfait subissant une transformation adiabatique, la relation entre la pression et la masse volumique est P ∝ ργ. La vitesse du son est généralement donnée par c = √(∂P/∂ρ)S, la dérivée étant prise à entropie constante (transformation adiabatique). Appliquée au modèle du gaz parfait, cette relation donne c = √(γP/ρ). En substituant la loi des gaz parfaits sous la forme P = ρRsT, on obtient la forme plus courante c = √(γRsT). Cette équation révèle une observation cruciale : la vitesse du son dans un gaz ne dépend que de sa composition (qui détermine γ et Rs) et de sa température absolue.

UNESCO Nomenclature: 2201
- Acoustique

Taper

Loi physique

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Formule de Newton pour la vitesse du son (hypothèse isotherme)
  • concept de processus adiabatiques
  • idéal loi sur les gaz
  • définition du rapport de capacité thermique
  • théorie des ondes

Applications

  • aérodynamique et ingénierie aérospatiale (calculs) numéro de machine)
  • conception d'avions et de fusées supersoniques
  • ingénierie acoustique et de contrôle du bruit
  • contrôle non destructif des matériaux par ultrasons
  • météorologie pour l'analyse des phénomènes atmosphériques

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • ultrasonique thermometers for measuring high temperatures in harsh environments
  • débitmètres qui mesurent le débit de gaz en fonction du temps de transit des ondes sonores
  • capteurs de composition de gaz acoustiques
  • logiciel de prévision et d'atténuation du bang sonique pour le transport supersonique
  • outils de diagnostic médical utilisant les ultrasons pour analyser les gaz respiratoires
  • outils d'inspection de canalisations non invasifs qui utilisent des ondes sonores pour détecter les fuites ou les blocages
  • advanced weather prediction models incorporating acoustique wave propagation
  • systèmes de contrôle des moteurs à statoréacteur utilisant des mesures de la vitesse du son
  • systèmes de lévitation acoustique pour le traitement sans conteneur de matériaux dans des atmosphères gazeuses spécifiques
  • systèmes de communication sous-marins qui modélisent la vitesse du son dans les bulles de gaz dissoutes
Related to: speed of sound, acoustics, gaz parfait, Laplace, adiabatic process, heat capacity ratio, mach number, aerodynamics, gas dynamics, compressibility.

Contexte historique

Vitesse du son dans un gaz parfait

1802
1802
1810
1816
1816-11-16
1820
1820
1801
1802
1808
1811
1816-11-16
1820
1820
1821

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

Les images en pleine résolution et les téléchargements sont uniquement disponibles, et 100% gratuits, pour les membres inscrits.