थर्मोकैस्टिक प्रभाव की खोज कई सदियों पहले ग्लासब्लोवर्स ने की थी। जब ग्लास ब्लोअर एक ग्लास बॉल को उच्च तापमान पर गर्म करने के लिए फुलाया जाता है, जो ट्यूब के अंत में स्थित होता है, तो ट्यूब के खुले सिरे की ओर से एक नीरस ध्वनि अनायास प्रकट होती है। हिगिंस ने 1777 में इस दिशा में पहला वैज्ञानिक कार्य किया।


अंजीर। 1. गायन हिगिंस लौ पर बाईं ओर और रिज्के पाइप दाईं ओर

उन्होंने ग्लास-ब्लोअर की तुलना में थोड़ा अलग डिवाइस बनाया, जिसका नाम है "सिंगिंग फ्लेम", एक हाइड्रोजन बर्नर की लौ को धातु के पाइप के बीच में दोनों सिरों पर खुला रखना। बाद में 1859 में, पॉल रिज्के ने इन प्रयोगों को जारी रखा। उन्होंने लौ को गर्म धातु की जाली से बदल दिया। उन्होंने ग्रिड को एक लंबवत व्यवस्थित पाइप के अंदर स्थानांतरित किया और पाया कि जब ग्रिड को निचले छोर से पाइप की लंबाई का 1/4 रखा गया था, तो अधिकतम ध्वनि मात्रा देखी गई थी।

इस वीडियो में कैसे देखा जा सकता है:

रिजके ट्यूब के संचालन का सिद्धांत क्या है?

वीडियो देखते समय, आप कई महत्वपूर्ण विवरण देख सकते हैं जो रिजके ट्यूब के सिद्धांतों का सुझाव देते हैं। यह देखा जाता है कि जब बर्नर ट्यूब में ग्रिड को गर्म करता है, तो कोई भी दोलन नहीं देखा जाता है। वेलेरियन इवानोविच द्वारा बर्नर को किनारे करने के बाद ही दोलन शुरू होते हैं। यही है, यह महत्वपूर्ण है कि नेट के नीचे की हवा नेट की तुलना में ठंडा है। अगला महत्वपूर्ण बिंदु यह है कि यदि आप ट्यूब को क्षैतिज रूप से मोड़ते हैं तो दोलन बंद हो जाते हैं। यही है, दोलनों की घटना के लिए, ऊपर की ओर निर्देशित एक संवहन वायु प्रवाह की आवश्यकता होती है।

ट्यूब में हवा कैसे फैलती है?


जीआईएफ 1. वायु आंदोलन का ध्वनिक घटक

गिफ्का 1 पर ध्वनिक लहर की उपस्थिति के कारण ट्यूब में हवा की गति को दर्शाता है। प्रत्येक पंक्ति हवा की एक पारंपरिक रूप से चयनित पतली परत के आंदोलन को दर्शाती है। आप देख सकते हैं कि ट्यूब के केंद्र में, हवा के कंपन वेग का मूल्य शून्य है, और ट्यूब के किनारों पर, इसके विपरीत, अधिकतम है।

दबाव में उतार-चढ़ाव, इसके विपरीत, ट्यूब के केंद्र में अधिकतम होते हैं और ट्यूब के किनारों पर शून्य के करीब होते हैं, क्योंकि ट्यूब के छोर खुले होते हैं और वायुमंडलीय दबाव होता है, और केंद्र में दबाव में उतार-चढ़ाव संभव है, क्योंकि हवा के बाहर निकलने के लिए कहीं नहीं है।


अंजीर। 2. ट्यूब के केंद्र में अधिकतम दबाव के समय दबाव का वितरण और ट्यूब के छोर पर अधिकतम गति के समय कंपन वेग का वितरण

इस प्रकार, हम निश्चित रूप से कह सकते हैं कि रिजके ट्यूब में होने वाली ध्वनिक लहर खड़ी है, ट्यूब के किनारों पर दबाव नोड्स और बीच में एक कंपन वेग नोड। ट्यूब की लंबाई ध्वनिक लहर की आधी लंबाई के बराबर है। इसका मतलब है कि ट्यूब एक आधा-तरंग गुंजयमान यंत्र है। अंजीर पर ध्यान दें। 2. यह दिखाया गया है कि ट्यूब में गर्म जाल की इष्टतम स्थिति उस स्थान पर होती है जहां दबाव और गति का उत्पाद अधिकतम होता है। यह स्थान निचले छोर से ट्यूब की लंबाई का लगभग 1/4 है। यही है, प्रक्रिया के लिए गति में उतार-चढ़ाव और दबाव में उतार-चढ़ाव दोनों की उपस्थिति महत्वपूर्ण है।

दोलनों की घटना के लिए, जैसा कि यह वीडियो से निकला था, आपको न केवल एक गुंजयमान यंत्र की जरूरत है, बल्कि नली के ऊपर हवा की एक निरंतर धारा भी निर्देशित होती है। यह है, यहाँ हवा का एक ऐसा आंदोलन है:


जीआईएफ 2. संवाहक वायु प्रवाह

ट्यूब की ऊर्ध्वाधर स्थिति में, हवा का एक निरंतर प्रवाह इस तथ्य के कारण होता है कि मेष द्वारा गर्म हवा बढ़ जाती है। एक संवहन प्रवाह है।

वास्तविकता में वायु और संवहन प्रवाह के दोलन एक साथ मौजूद हैं। ये दो प्रक्रियाएं एक-दूसरे को ओवरलैप करती हैं, और आपको इस आंदोलन की तरह कुछ मिलता है:


जीआईएफ 3. संयुक्त वायु संचलन - दोलन + संवहन प्रवाह

वायु आंदोलन का वर्णन किया। अब आपको यह समझने की आवश्यकता है कि एक ध्वनिक लहर कैसे उत्पन्न होती है और ट्यूब में समर्थित है।

रिजके ट्यूब एक आत्म-दोलन प्रणाली है जिसमें एक ध्वनिक तरंग के क्षीणन तंत्र स्वाभाविक रूप से मौजूद होते हैं। इसलिए, लहर को बनाए रखने के लिए, दोलन की प्रत्येक अवधि में इसे ऊर्जा के साथ लगातार खिलाना आवश्यक है। बेहतर तरीके से समझने के लिए कि तरंग कैसे सक्रिय होती है, GIF 3 पर विचार करें।


GIF 3. ट्यूब में थर्मोडायनामिक चक्र

हवा की गति एक कैटरपिलर के आंदोलन के समान होती है, जो ट्यूब को रेंगती है।
जीआईएफ 3. पर, एक आदर्श मामला प्रस्तुत किया जाता है जिसमें प्रभाव अधिकतम होता है। आइए इसे और अधिक विस्तार से विचार करें। यह देखा जा सकता है कि इस कैटरपिलर आंदोलन में हवा गर्म जाल के नीचे ठंडे क्षेत्र में संपीड़ित होती है, और फिर गर्म क्षेत्र में फैलती है, मेष से गुजरती है। इस प्रकार, जैसा कि यह फैलता है, हवा गर्म जाल से ऊर्जा खींचती है और धीरे-धीरे शांत होती है। गैस पर सकारात्मक काम के साथ एक थर्मोडायनामिक चक्र लागू किया जा रहा है। इसके कारण, प्रारंभिक जलसेक कंपन को बढ़ाया जाता है, और जब तरंग फ़ीड की शक्ति तरंग क्षीणन की शक्ति के बराबर हो जाती है, तो एक संतुलन स्थापित होता है और हम एक निरंतर, नीरस ध्वनि सुनना शुरू करते हैं।

इस तरह के एक आदर्श मामले को केवल एक निश्चित संवहन प्रवाह वेग और एक निश्चित ग्रिड तापमान के साथ महसूस किया जाता है। अधिकांश व्यावहारिक मामलों में, मेष क्षेत्र में हवा की गति थोड़ी अलग होती है, लेकिन यह केवल ट्यूब की दक्षता को खराब करता है, लेकिन ऑपरेशन के सिद्धांत को नहीं बदलता है।

रिजके ट्यूब के संचालन का सिद्धांत स्पष्ट हो जाने के बाद, यह सवाल तुरंत उठता है कि आखिर ट्यूब के केंद्र में रखे जाने पर हिगिंस की लौ सबसे अधिक मजबूती से क्यों गाती है? बात यह है कि लौ ग्रिड की तुलना में बहुत अधिक मजबूत होती है, जो हवा को गर्म करती है और इसलिए इसके स्थान के लिए इष्टतम बिंदु ग्रिड की तुलना में अधिक होता है। तो क्या यह ट्यूब के केंद्र में लौ को रखने के लिए आवश्यक है या निचले छोर के करीब है, अनिवार्य रूप से लौ पर और ट्यूब की लंबाई पर निर्भर करता है।