VI.1. Sóng âm, các hệ số âm học
Sóng âm là sóng cơ (hay sóng đàn hồi) lan truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí và có biên độ dao động thính giác nhận biết được. Chẳng hạn như dao động sóng phát ra từ một dây đàn, một mặt trống... đang rung động.
Trong mọi môi trường, sóng âm truyền đi sẽ tắt dần vì năng lượng âm chuyển thành các dạng năng lượng khác. Khi sóng âm tới bề mặt kết cấu hay vật thể bất kỳ, năng lượng âm tới sẽ phân thành 3 bộ phận: một bộ phận phản xạ trở ra gọi là năng lượng âm bị phản xạ, kí hiệu ; một bộ phận tổn thất trong vật liệu gọi là năng lượng âm bị hấp thụ, kí hiệu ; một bộ phận xuyên qua kết cấu tiếp tục lan truyền đi gọi là năng lượng âm bị xuyên qua, kí hiệu .Tương ứng, chúng ta có các hệ số phản xạ , hệ số hấp thụ và hệ số xuyên qua .
Hệ số phản xạ : đặc trưng cho tính chất phản xạ của sóng âm. Nếu năng lượng sóng tới là thì:
= (6.1)
Hệ số xuyên qua : đặc trưng cho tính chất xuyên qua của sóng âm.
TL VẬT LÝ CHẤT RẮN GVHD: LÊ ĐÌNH
= (6.2)
Hệ số hấp thụ : đặc trưng cho tính hấp thụ của sóng âm.
= (6.3)
Các hệ số âm phụ thuộc nhiều yếu tố, thực tế thường được xác định bằng thực nghiệm. Theo định luật bảo toàn năng lượng:
= + + (6.4) và do đó: + + = 1 (6.5)
VI.2. Vật liệu hút âm và vật liệu cách âm
Khả năng hút và cho âm đi qua của vật liệu được đặc trưng bằng tính hút âm, còn khả năng phản xạ âm của vật liệu đặc trưng bởi tính cách âm. Những vật liệu có tính chất hút năng lượng âm thuộc vật liệu hút âm, còn những vật liệu có khả năng ngăn cản sự xuyên âm là vật liệu cách âm.
VI.2.1. Vật liệu hút âm
a. Định nghĩa
Hút âm là khả năng hấp thu âm thanh của vật liệu và kết cấu xây dựng. Vật liệu hút âm tập trung vào độ lớn nhỏ của năng lượng âm thanh phản xạ, mục đích nhằm tối thiểu hóa năng lượng âm thanh phản xạ.
Khả năng hấp thu âm thanh phụ thuộc vào đặc tính bề mặt, bản chất vật liệu. Hầu hết khả năng hút âm của vật liệu xây dựng dựa vào tính rỗng của nó. Sóng âm tới gây ra một áp lực trên bề mặt kết cấu, áp lực này đẩy không khí dao động lui tới trong khe rỗng, do đó năng lượng âm bị tiêu hao. Khi tới bề mặt vật liệu dễ uốn, sóng âm cưỡng bức kết cấu dao động uốn cong, trở lực uốn cong càng lớn, năng lượng âm tiêu hao càng nhiều, do đó vật liệu rỗng, kết cấu dễ uốn cong thường dùng để hút âm. Ngoài ra còn có vật liêu đặc chế chuyên dụng để hút âm.
TL VẬT LÝ CHẤT RẮN GVHD: LÊ ĐÌNH
b. Hệ số hút âm �
Hệ số hút âm liên quan đến năng lượng tổn thất so với năng lượng tới:
= (6.6) Công thức tính lượng hút âm của của vật liệu hay kết cấu là:
ΔL = Σ10(), decibel [dB] (6.7) Trong đó: là diện tích bề mặt hút âm của vật liệu hay kết cấu, []; là hệ số hút âm của 1 bề mặt vật liệu hay kết cấu.
VI.2.2. Vật liệu cách âm
a. Định nghĩa
Cách âm là khả năng làm giảm dòng âm truyền qua kết cấu xây dựng. Vật liệu chặn sự truyền đi của âm thanh tạo ra môi trường yên tĩnh gọi là vật liệu cách âm. Khi âm thanh đi vào vật liệu, năng lượng xuyên qua mặt bên kia của vật liệu rất nhỏ, chứng tỏ vật liệu có khả năng cách âm tốt.
Vật liệu cách âm tập trung vào độ lớn nhỏ của năng lượng âm thanh xuyên qua ở mặt bên kia, mục đích nhằm tối thiểu hóa năng lượng âm thanh xuyên qua. Khả năng cách âm của kết cấu xây dựng phụ thuộc vào cấu tạo các lớp và vật liệu của lớp kết cấu.
b. Hệ số cách âm ξ
Chênh lệch decibel (dB) giữa năng lượng âm thanh đi vào và năng lượng âm thanh xuyên qua ở một mặt khác chính là lượng cách âm của vật liệu.
Hệ số cách âm liên quan đến năng lượng xuyên qua so với năng lượng tới:
= (6.8)
Mối quan hệ giữa hệ số hút âm và hệ số cách âm: + ξ = 1 (6.9)
TL VẬT LÝ CHẤT RẮN GVHD: LÊ ĐÌNH
C - KẾT LUẬN
Thông qua tiểu luận, người đọc có thể nắm được những đặc tính cơ bản về cơ, nhiệt, điện, từ, quang, âm của chất rắn, cụ thể:
Trong đặc tính cơ: hiểu được khái niệm nội lực, điều kiện xuất hiện nội lực của chất rắn; ứng suất toàn phần tại 1 điểm trên chất rắn để từ đó xây dựng công thức tính ứng suất trên mặt cắt; hiểu thế nào là biến dạng dọc và ngang của thanh và mối quan hệ giữa ứng suất pháp và độ biến dạng tương đối trên mặt cắt của vật khi vật chịu kéo hoặc chịu nén dựa vào định luật Hooke, biểu diễn được mối quan hệ đó thông qua đường cong ứng suất – biến dạng; biết được 5 nhóm phương pháp biến dạng lớn: kéo, nén, uốn, cắt, xoắn.
Trong đặc tính nhiệt: hiểu được khái niệm nhiệt dung, phân biệt giữa nhiệt dung riêng, nhiệt dung phân tử, nhiệt dung đẳng tích và nhiệt dung đẳng áp; tìm hiểu nhiệt dung của chất rắn do dao động mạng theo lý thuyết cổ điển khi xét ở nhiệt độ cao và lý thuyết nhiệt dung theo quan điểm cơ học lượng tử ở nhiệt độ thấp; tìm hiểu ứng suất nhiệt, hệ số dẫn nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt và các cơ chế dẫn nhiệt của chất rắn.
Trong đặc tính điện: tìm hiểu lý thuyết phân vùng năng lượng trong chất rắn, từ đó phân chia vật liệu kỹ thuật điện thành 3 loại: vật liệu dẫn điện, vật liệu bán dẫn và vật liệu cách điện; biết được một số thông số cơ bản của vật liệu dẫn điện như điện trở, điện dẫn, điện trở suất, điện dẫn suất và tìm hiểu tính dẫn điện của chất rắn.
Trong đặc tính từ: tìm hiểu hiện tượng từ hóa, các đại lượng đặc trưng cho từ tính của vật rắn như momen từ, độ từ hóa, cường độ từ trường, hệ số từ hóa; phân loại được vật liệu từ: nghịch từ, thuận từ, sắt từ, phản sắt từ và feri từ và bản chất từ tính của vật liệu.
Trong đặc tính quang: tìm hiểu 4 hiện tượng quang xảy ra trong tương tác của vật rắn với các tác động của bức xạ điện từ: truyền qua, khúc xạ, phản xạ và hấp thụ.
Trong đặc tính âm: tìm hiểu 3 hệ số âm học cơ bản: hệ số phản xạ, hệ số xuyên qua, hệ số hấp thụ và có hiểu biết về vật liệu hút âm, vật liệu cách âm.
TL VẬT LÝ CHẤT RẮN GVHD: LÊ ĐÌNH