АКТУАЛЬНОСТЬ
Главной экологической проблемой современности является загрязнение биосферы. Среди множества примеров негативного антропогенного воздействия на окружающую среду можно отдельно рассмотреть воздействие, наступающее вследствие аварий, возникающих при транспортировке нефти и нефтепродуктов.
Случайный, непредсказуемый характер таких событий, масштабность воздействия высокая степень угрозы жизни и здоровью населения, риск уничтожения эндемичной флоры и фауны делают очень актуальной проблему быстрой локализации и ликвидации последствий таких аварий. Одна из задач, решаемых при ликвидации последствий – это задача оперативного определения типа загрязнителя с целью подбора метода нейтрализации его воздействия.
Наша работа направлена на разработку прибора для контроля загрязнителя с помощью высокочастотных звуковых сигналов. Несмотря на то, что звук схож со светом, использовался звук, потому что требует меньших экономических затрат.
ЦЕЛЬ: разработать прибор звукового контроля загрязненности нефтепродуктами и для различия типов нефтепродуктов.
ЗАДАЧИ ПРОЕКТА:
1. Изучить определение звуковых волн и их свойства.
2. Собрать экспериментальную установку.
3. Исследовать процессы при прохождении через нефтепродукты.
4. Исследовать процессы при отражении от нефтепродуктов.
5. Провести эксперимент.
6. Проанализировать результаты эксперимента.
7. Оценить эффективность метода и возможность создания прибора, и использования его в промышленности.
ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫИ ИХ СВОЙСТВА
Звук - это механические колебания, которые распространяются в упругой среде (1). Из свойств звуковых волн можно выделить: отражение звуковых волн; преломление; поглощение; дифракция; интерференция. Рассмотрим их подробнее.
1. Отражение звука
Если звуковая волна встречает на своем пути какое-либо препятствие или другую среду с другими параметрами, то происходит отражение звуковой волны. Законы отражения звуковой волны аналогичны законам отражения световых волн. (6)
Преломление (рефракция)
Звуковая волна, падая на поверхность раздела двух сред, частично проходит в другую среду. При этом происходит преломление волны. Отношение угла падения к углу преломления определяется отношением скоростей распространения звуковых колебаний в этих средах. (7). При этом звук, вообще говоря, преломляется, то есть меняет направление своего первоначального распространения. Необходимым условием для преломления является различие скоростей распространения звука в обеих средах. Закон преломления звука тот же, что и для света. (8)
3.Поглощения звука (или затухание звука)
В реальных средах звуковые волны затухают вследствие вязкости среды и молекулярного рассеяния. Звуковые волны также затухают при распространении вдоль поглощающей поверхности. В зависимости от частоты значение растет с возрастанием длины волны. (2)
Дифракция волн.
Если размеры препятствия имеют величину меньше длину звуковой волны или волна падает близко к краю препятствия, то волна огибает препятствия. Дифракция – это явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. (3)
5. Интерференция волн.
Интерференция звуковых волн возникает при одновременном распространении двух или нескольких когерентных волн. При этом происходит взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Для разработки прибора звукового контроля на базе физической лаборатории Омского Государственного Политехнического Университета проведены эксперименты, в ходе которого была установлена возможность определения типа нефтепродукта, находящегося на поверхности жидкости.
СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.
Экспериментальная установка состоит из цифрового запоминающего осциллографа АКИП-4115/1А, генератора сигналов низкочастотного ГЗ-118, двух пьезоэлементов (1 излучателя и приемника), сосуда и провода.
Рисунок 1. Экспериментальная установка
ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Опыты проводили с тремя разными жидкостями: вода, вода и бензин, вода и масло. В опыте с маслом и бензином добавляли по 2мл загрязнителя, и выкачивали воду в том же объёме со дна, чтобы не изменялась высота жидкостей в сосуде. Включался генератор, пьезоэлемент испускал звуковые волны, осциллограф, улавливал звуковые волны, все фиксировалось на экране цифрового осциллографа, изображения результатов в разделе «Приложения». В опытах измерялось изменение напряжения на принимающей пьезоэлементе, после прохождения через слои разного рода слои жидкости.
Опыт №1. ВОДА Первый опыт проводился в сосуде, заполненном только водой. Объём воды 100 миллилитров. Опыт на воде проводился, с целью иметь исходные данные, от которых и будем отталкиваться. Результат: (Приложение 1)
Опыт № 2. БЕНЗИН
Таблица 1
Результат после измерения напряжения на принимающем пьезоэлементе в зависимости от толщины
Опыт№ 3. МАСЛО
Таблица 2.