Почему звук не нагревает воздух?

Звуковые волны генерируют изменения температуры, поскольку распространение звука представляет собой приблизительно изоэнтропический процесс . Имейте в виду, однако, что изменения статической температуры вполне могут происходить без выделения тепла . Более того, изменения давления, связанные со звуковыми волнами, настолько малы, что наблюдаемые изменения температуры минимальны (но не равны нулю). На самом деле, когда Исаак Ньютон впервые попытался определить скорость звука , его ответ был ошибочным почти на 15 % именно потому, что он предположил, что распространение звука является изотермическим ($\Delta T=0$) вместо изоэнтропического ($\Delta S=0$) процесс. Короче говоря, звуковые волны изменяют температуру окружающей среды, но не так сильно.

Проще говоря: звуковые волны затухают при распространении в воздухе (это легче измерить для очень коротких длин волн, например ультразвука). Это означает, что они теряют энергию, которая превращается в тепло воздуха.

Количество нагрева, однако, очень очень мало. Давайте посчитаем. Звуковая волна в 120 дБ (очень громкая) имеет энергию всего$1 \frac{W}{m^2}$.

Затухание звука в воздухе зависит от длины волны — например, мы видим из http://www.sengpielaudio.com/RelativeHumidityA.gif

что волна 10 кГц в воздухе при влажности 50% ослабляется на 4 дБ на расстоянии 30 м или на 44 дБ на расстоянии 330 м (это расстояние, которое звук проходит за 1 секунду).

Энергия, потерянная звуковой волной 120 дБ 100 кГц (которая была бы довольно громкой и неприятно высокой) на первом метре, составляет$\frac{4}{30} = 0.13dB$что составляет 3%. Теплоемкость кубического метра воздуха составляет около 1280 Дж/К (из Wolfram Alpha), поэтому повышение температуры за счет 30 мВт тепла составляет$2.3 \times 10^{-5} K/s$. Это довольно сложно измерить...