Malin Edvardsson Nov 29, ’46 < 20190529

什么是耗散

谈到基于QCM原理的仪器,人们经常会遇到“耗散”或“衰减”的概念。 这些概念是什么意思?为什么它们是相关的?

耗散、衰减和能量损失

耗散或“能量耗散”,更确切地说,是指从被研究的系统中损失的能量。QCM是一个谐波振荡器,就像所有现实中的振荡器一样,它具有能量衰减的效果。

一个振荡器如果没有外力的作用,它的振幅就会越来越小,最终振荡就会消失。我们在这里考虑的振荡振幅的衰减来自摩擦,它可以是振荡器本身,或周围介质(空气、水等)的内部摩擦。摩擦导致振荡能量以热量的形式消散,因此称为耗散。

耗散包含被研究材料的有关信息

QCM的能量损失主要来源于与振荡传感器表面接触的材料。所有与表面接触的材料都会引起能量损失。这种能量损失现象在液体存在下或在柔性膜沉积时特别明显。在振荡过程中,与表面接触的液体和柔性膜会发生变形,导致系统中能量的损失。当传感器表面与空气或真空接触时,能量损失相对较小。薄层和刚性层沉积引起的损失也是如此。薄层和刚性层在振动过程中不会发生变形,因此能量损失比柔性层和/或厚的薄膜层引起的损耗要小。因此,高耗散表明有柔性或粘性的材料与表面接触,而低耗散表明与表面接触的材料是刚性的,并随着表面一起振荡。

耗散与Q因子的定义及关系

描述振荡器特性的一个重要参数是品质因子,即Q因子。这是一个无量纲参数,通过将存储的能量与能量损失量相关联来描述谐振振荡的衰减。耗散D值是Q因子的倒数,是系统每振荡周期的能量损失之和。它也可以定义为每次振荡消耗的能量除以系统中存储的总能量。

Q =2π·(储存的能量)/(每个循环的能量损失)= 1 / D   1

 

由式(1)可知,Q因子越大,能量损失越小,振荡持续时间越长,反之亦然,如图1所示。Q值越高,衰减越低,振荡持续的时间就越长。

1所示:在音叉() 振荡时,耗散低,振荡会持续很长时间;而在果冻振荡时,能量耗散较高,振荡衰减较快。

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