ELTE IV. Környezettudomány 2007/2008 II

Az előadások a következő témára: "ELTE IV. Környezettudomány 2007/2008 II"— Előadás másolata:

1 ELTE IV. Környezettudomány 2007/2008 II
ELTE IV. Környezettudomány 2007/2008 II.félév AKUSZTIKA és ZAJSZENNYEZÉS Bevezetés 1. (II. 15) I. Bevezetés a) Cél - Fizikai alapok megerősítése, perspektíva adása. - Nem specialista képzés! - Bemutatás, értelmezések, összefüggések, levezetések. - Alkalmazások. b) Kiemelt fogalmak =hullám-részecske kettősség =energia-áramlás =entrópia áramlás (információ) =interferencia és a fázis =a frekvencia spektrum (zaj)

2 -Környezetfizikai Laboratóriumi gyakorlatok:
II. Környezet Előzmények: -Környezetfizikai Laboratóriumi gyakorlatok: Környezeti zaj mérése - (ELTE, Horváth Ákos) - Az akusztika alapjai (ea. jegyzet mérnökhallgatóknak, BME) - Környezeti áramlások dinamikája előadás - Energetika és környezet előadás - Anyagtudomány előadás - Fizikai mérési módszerek Paralell: - Hidrodinamikai laboratórium

3 IV. Irodalom III. Forma -Az előadások vázlata (tartalma):
= elte. hu (4-8 nyomtatott oldal) /több is - kevesebb is, mint az előadás/ (8-16 -dia oldal) -vizsga: szóban! IV. Irodalom Kurutz I, Szentmártony T.: A Műszaki akusztika alapjai, Műegyetemi Kiadó, Bp Dr. Kováts A.: Zaj- és rezgésvédelem, Veszprémi Egyetem Kiadó, Veszprém Barótfi I.: Környezettechnika, Mezőgazda Kiadó, Bp Ajánlott Irodalom Kiss Á. (szerk.): Fejezetek a környezetfizikából, Kossuth Egyetemi Kiadó, Bp.2003 Tichy G., Kojnok J.: Hőtan, TYPOTEX Kiadó, Bp. 2002 Budó Á. : Kisérleti Fizika I. (Mechanika-Hőtan),

4

5 I.a. A felelősség „Az emberiség a lehetőségeknek az önmagunk elpusztításától az űrkorszak felépítéséig terjedő határai között saját kezében tartja a sorsát. A nagyobb szabadság közvetlenül nem felszabadulás-élménnyel jár, sokkal inkább a megnövekedett felelősség nyomasztó terhét érezzük. Biológusok egy állatkísérletben két majmot rendszertelenül jelentkező áramütéseknek tettek ki. (Ha jött egy áramütés, az mindkét majmot érte.) Az egyik majom keze ügyébe gombot helyeztek, amelynek nyomogatására az áramütések kimaradtak (mindkét majomra vonatkozólag). Ha a nyomogatás abbamaradt, az áramütések egy idő után újra jelentkeztek. Mindig az a majom pusztult el előbb, amelyik a gombhoz hozzáférhetett.” Károlyházi F. Fizikiai Szemle, 2007 nov.

6 Termékeny pongyolaság
I.a. Értelmezések Edouard Manet (1832–1883): Olympia, 1863 Termékeny pongyolaság Nem mély, hanem igaz megértést! Károlyházi F.

7 Claude Monet (1840–1926): Séta. Nő napernyővel, 1875

8 Hullám - részecske kettősség
I.b.Kiemelt fogalmak Hullám - részecske kettősség Klasszikus (domináns) tárgyalás : Hullám Kvantumos tárgyalás : Részecske (fonon) Áttéréshez: energia Az atom Ismert kísérlet („az anyag részecskékből áll” tétel bevezetése): Hosszú kémcsőbe vizet öntünk, utána óvatosan alkoholt rétegezünk rá. Megjelöljük a folyadék felszínét, majd a két komponenst összerázzuk. A felszín lejjebb száll. „Ugye, milyen érdekes?” -És következik a bab meg a mák összekeverése, és az „Aha!”-élmény! -Méret -Térkitöltés Károlyházi F.

9 Delokalizált (hullám) - energia adag (részecske)
I.b Hullám-részecske kettősség A fonon (rezgésrészecske): Analógia. A foton (fényrészecske): Dirac elmélet szerint a sugárzási teret a klasszikus elektrodinamika törvényeinek megfelelően egy adott térrészben módusokra bontjuk, például adott polarizációjú és frekvenciájú síkhullámokra. Minden módushoz egy harmonikus oszcillátort rendelhetünk úgy, hogy az oszcillátor energiája megegyezzen a térmódus energiájával. Az oszcillátort ezután kvantáljuk, azaz a kvantummechanika elmélete szerint tárgyaljuk. Ennek megfelelően a tér normál módusainak energiaspektruma diszkrét és egyenközű. Ha a módus az n-edik sajátállapotban van, akkor azt mondjuk, hogy a módusban n foton van. A fotonszám tehát a módus gerjesztettségének a mértéke. (Bose-Einstein statisztika). Fonon Delokalizált (hullám) - energia adag (részecske)

10 I.b. Energia áramlás

11 E = Q + W I.b. Energetika dE = T dS - p dV +  dN
Belsőenergia E, Entrópia S, Térfogat V, Részecskeszám N E = Q + W dE = T dS - p dV +  dN Ez egy másik egyenlet!

12 dE = Q + W* dE = T dS - p dV +  dN Hőtan I. főtétele:
Az egyik egyenlet, folyamatokra. A fundamentális egyenlet: dE = T dS - p dV +  dN A másik egyenlet állapotokra.

13 A hang az entrópia csökkentés miatt fontos.
I.b Az entrópia (az információ) A hang nem az energianyereség miatt fontos! A hang az entrópia csökkentés miatt fontos. Az entrópia spontán növekedését gátolni kell! (súrlódás, tigris, takarítás) dE = T dS - p dV +  dN S = - kN S = k ln W Az entrópia a rendezetlenség (határozatlanság) mértéke. Az entrópia a butaságom mértéke. Az információ <I> a butaságomat csökkenti. <I> = - S = kN (ln2) <I> F. Shannon

14 1. A hang az entrópia csökkentés miatt fontos a fizikusnak.
A hang és az ember 1. A hang az entrópia csökkentés miatt fontos a fizikusnak. 2. A hang az kifejező eszköz a művésznek. 3. A hang élvezeti cikk a zenerajongónak. Kábítószer 4. A hang /a zaj/ méreg az aludni vágyónak. Jórészt a fizikai vonatkozásokkal foglakozunk! +Jogszabály

15 Program A.1 Bevezetés Expozició. Cél, forma. Alapfogalmak. Irodalom. Program. A.2 A hang Hang fajtái, jellemzői, alapfogalmak, definíciók (infrahang, emberi hang, ultrahang), (térbeli, időbeli, energetikai, frekvenciás jellemzők). Hullámhossz, frekvencia, sebesség. Hangjelenség (fizikai), hangérzet (fiziológiai), hangélmény (pszichikai). Energia, intenzitás, amplitúdó, nyomás. Sebesség, gyorsulás. Hangintenzitás, hangintenzitás szint, dB-skálák. A.3 A rezgések és tulajdonságaik Szinuszos rezgések, rezgések szuperpozíciója, lebegés. Kényszerrezgés, csillapított rezgés. Lánc, húrok, rudak, lemezek, hártyák rezgései. Rezgő légoszlopok.

16 A.4 A hullámok és tulajdonságai, típusai
Hullámegyenletek és megoldásaik. A hullámok típusai, sík és gömbhullám, haladó hullám, Rayleigh (evanescens) hullám. Hangsebesség. Huygens-Fresnel elv. Interferencia, elhajlás. A.5 Hangfrekvencia, Fourier analízis Hanghullámhossz. Kundt cső. Lebegés. Diszperziós reláció, fázissebesség, csoportsebesség. Véges időtartamhatás, határozatlansági reláció. A.6 A hang idő és frekvencia-elemzése, hangspektrum, a zaj. Tisztahang, zenei hang, dörej, zörej, zaj. Fehér zaj, rózsaszín zaj. Hangskálák, zenei és hangszeres alapismeretek.

17 A.7 Energetika, áramlások, kontinuitási egyenletek
Összefüggések, levezetések I. Akusztikai-mechanikai-villamos analógiák, Akusztikus-impedancia. Hullám - (kvázi-) részecske kettősség. Az információ és a hang. Irreverzibilis termodinamika. A.8 Összefüggések, levezetések II. A hang terjedése, törése, visszaverődése, elnyelődése. Huygens elv-fázisillesztés, akusztikus Ohm törvény. Reflexió, hangtükrök, fókuszálás. Irányított terjedés. Hangterek hasonlósága, Helmholtz szám. Terjedés inhomogén térben /hőmérséklet, szél/, Fermat elv. Különleges jelenségek. Doppler effektus, lökéshullám.

18 A.9 A hangforrások, hangteljesítmény-hangészlelés,
hangérzékelés, hangosság Hangforrások, akusztikai rezonátor. Elemi sugárzók, sugárzási impedancia. Elsugárzott teljesítmény, sugárzók iránykarakterisztikája. A hangképzés szervei. Fizikai-fiziológiai hangjellemzők. Phon-son görbék. A hallás korlátai, hallásterület, hallásküszöb. Hangszínkép, hangelfedés, kritikus sávok. A.10 Akusztikus eszközök, érzékelők Helmholtz rezonátor, Quincke féle interferenciacső, A fül szerkezete, Békésy Gy. elmélete, a hallás folyamata. Mikrofon, szonár, piezoelektromos adó-vevők. Ultrahang diagnosztika. Optoakusztika.

19 A.11 Hangterjedés szabad térben, terjedés zárt térben
Távolsági korrekciók, irányítottság hatása. Hőmérséklet, növényzet, páratartalom. Koherens, inkoherens források. Pont-, vonal- és dipólsugárzók. Zajforrás típusok. Hangterjedés falon keresztül. A teremhangtan alapjai, hangtéri jellemzők. A.12 Zajártalom, zajvédelem, zajszabványok, aktív-passzív zajcsökkentés Hangvisszaverődés és elnyelés, és anyagi jellemzői Hanggátlás és hangszigetelés, árnyékolás, szűrés.