Ультразвук и его применение. Ультразвук: разнообразное применение в науке и технике

Что такое ультразвук и как он образуется. Какие существуют способы получения ультразвука. Где применяется ультразвук в промышленности, медицине и других областях. Какие эффекты вызывает ультразвук в различных средах. Как используются уникальные свойства ультразвука в современных технологиях.

Что такое ультразвук и как он образуется

Ультразвук — это упругие колебания и волны с частотой выше 18-20 кГц, не воспринимаемые человеческим ухом. Верхняя граница ультразвукового диапазона составляет около 1 ГГц в газах и 1000 ГГц в жидкостях и твердых телах. Колебания с еще более высокими частотами называют гиперзвуком.

Ультразвуковые волны образуются, когда какое-либо тело колеблется в упругой среде с частотой выше 20 кГц. При этом в среде возникают чередующиеся области сжатия и разрежения, распространяющиеся от источника колебаний во все стороны. Длина ультразвуковой волны обычно составляет от нескольких миллиметров до долей микрона.

Способы получения ультразвука

Существует несколько основных способов генерации ультразвуковых колебаний:

• Механические излучатели (свистки, сирены)
• Пьезоэлектрические преобразователи
• Магнитострикционные преобразователи
• Электродинамические и электростатические излучатели
• Термоакустические излучатели

Наиболее распространенными являются пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи, позволяющие получать мощное ультразвуковое излучение с высоким КПД.

Пьезоэлектрические преобразователи

Принцип действия основан на обратном пьезоэффекте — деформации кристалла под действием переменного электрического поля. В качестве пьезоматериалов используются кварц, титанат бария, цирконат-титанат свинца и др. Преимущества: высокая эффективность, возможность получения высоких частот (до сотен МГц).

Магнитострикционные преобразователи

Работают на эффекте магнитострикции — изменении размеров ферромагнетика при намагничивании. Обычно используются сплавы на основе никеля, железа, кобальта. Преимущества: высокая мощность, надежность. Недостаток — ограничение по верхней частоте (до 100-150 кГц).

Основные области применения ультразвука

Уникальные свойства ультразвука обусловили его широкое применение в различных областях науки и техники:

Промышленность

• Ультразвуковая очистка и обезжиривание деталей
• Сварка пластмасс и металлов
• Обработка и резка твердых материалов
• Эмульгирование и диспергирование
• Ультразвуковая дефектоскопия
• Измерение толщины и физических свойств материалов

Медицина

• Ультразвуковая диагностика (УЗИ)
• Терапевтическое воздействие ультразвуком
• Хирургические ультразвуковые инструменты
• Ультразвуковая очистка медицинских инструментов
• Ингаляция лекарств с помощью ультразвукового распыления

Другие области

• Гидролокация и эхолокация
• Ультразвуковые расходомеры и уровнемеры
• Ультразвуковая навигация для слепых
• Ультразвуковая обработка пищевых продуктов
• Ультразвуковое воздействие на химические реакции
• Акустическая левитация

Эффекты ультразвука в различных средах

При распространении ультразвука в веществе возникают различные физические эффекты, которые используются в практических приложениях:

В жидкостях

• Кавитация — образование и схлопывание микропузырьков
• Акустические течения
• Звукокапиллярный эффект
• Дегазация жидкостей
• Эмульгирование несмешивающихся жидкостей

В твердых телах

• Нагрев материала за счет внутреннего трения
• Изменение пластичности металлов
• Ускорение диффузионных процессов
• Снижение внутренних напряжений

В газах

• Акустическая коагуляция аэрозолей
• Звуковой ветер
• Акустическая левитация частиц

Ультразвуковая кавитация и ее применение

Кавитация — один из наиболее важных эффектов, возникающих при распространении мощного ультразвука в жидкости. Это процесс образования, роста и схлопывания микроскопических пузырьков в жидкости под действием переменного акустического давления.

При схлопывании кавитационных пузырьков возникают мощные гидродинамические возмущения, локальные зоны сверхвысоких давлений и температур. Это приводит к интенсификации различных физико-химических процессов:

• Очистка поверхностей от загрязнений
• Диспергирование твердых частиц в жидкости
• Эмульгирование несмешивающихся жидкостей
• Ускорение химических реакций
• Обеззараживание воды
• Разрушение клеточных структур

Кавитационные эффекты лежат в основе многих ультразвуковых технологий, включая очистку, дегазацию, гомогенизацию, экстракцию и др.

Ультразвуковая диагностика в медицине

Ультразвуковое исследование (УЗИ) является одним из наиболее распространенных методов медицинской визуализации. Метод основан на отражении ультразвуковых волн от границ тканей с различным акустическим сопротивлением.

Основные преимущества УЗИ:

• Безопасность (отсутствие ионизирующего излучения)
• Неинвазивность
• Возможность визуализации в реальном времени
• Относительно низкая стоимость оборудования

Современные методы ультразвуковой диагностики включают:

• 2D-визуализацию в B-режиме
• Допплеровские методы для оценки кровотока
• 3D и 4D УЗИ
• Эластографию для оценки жесткости тканей
• Контрастное усиление для улучшения визуализации

УЗИ широко применяется в кардиологии, акушерстве, онкологии и других областях медицины для диагностики различных заболеваний и контроля лечения.

Ультразвуковая обработка материалов

Ультразвуковые технологии находят широкое применение в обработке различных материалов:

Ультразвуковая сварка

Позволяет соединять термопластичные полимеры, металлы и композиты. Преимущества: высокая скорость, отсутствие расходных материалов, возможность сварки разнородных материалов.

Ультразвуковая резка

Применяется для резки хрупких и твердых материалов (керамика, стекло, композиты). Обеспечивает высокую точность и качество реза.

Ультразвуковое формование

Используется для формования пластмасс, металлов, композитов. Позволяет получать детали сложной формы с высокой точностью.

Поверхностная ультразвуковая обработка

Применяется для упрочнения поверхности металлов, снятия остаточных напряжений, полирования.

Ультразвуковая обработка позволяет повысить производительность и качество изделий во многих отраслях промышленности.

Перспективные направления применения ультразвука

Развитие ультразвуковых технологий продолжается, появляются новые перспективные области применения:

• Ультразвуковые системы беспроводной передачи энергии
• Акустическая левитация для бесконтактных манипуляций
• Сфокусированный ультразвук высокой интенсивности (HIFU) в медицине
• Ультразвуковые метаматериалы для управления акустическими волнами
• Акустические голограммы и звуковидение
• Ультразвуковые системы охлаждения электроники
• Применение ультразвука в 3D-печати

Эти и другие инновационные направления открывают новые возможности для применения ультразвука в различных областях науки и техники.

Применение ультразвука

Краткое содержание:

• Что такое ультразвук
• История ультразвука, открытие ультразвука
• Получение ультразвука
• Применение ультразвука
• Действие ультразвука на разные вещества
• Сводная таблица частот и областей применения УЗ

Что такое ультразвук.

Если какое-либо тело колеблется в упругой среде быстрее, чем среда успевает обтекать его, оно своим движением то сжимает, то разрежает среду. Слои повышенного и пониженного давления разбегаются от колеблющегося тела во все стороны и образуют звуковые волны. Если колебания тела, создающего волну следуют друг за другом не реже, чем 16 раз в секунду не чаще, чем 18 тысяч раз в секунду, то человеческое ухо слышит их.

Частоты 16 — 18000 Гц, которые способен воспринимать слуховой аппарат человека принято называть звуковыми, например писк комара »10 кГц. Но воздух, глубины морей и земные недра наполнены звуками, лежащими ниже и выше этого диапазона – инфра и ультразвуками.

В природе ультразвук встречается в качестве компонента многих естественных шумов: в шуме ветра, водопада, дождя, морской гальки, перекатываемой прибоем, в грозовых разрядах. Многие млекопитающие, например кошки и собаки, обладают способностью восприятия ультразвука частотой до 100 кГц, а локационные способности летучих мышей, ночных насекомых и морских животных всем хорошо известны. Существование неслышимых звуков было обнаружено с развитием акустики в конце XIX века. Тогда же начались первые исследования ультразвука, но основы его применения были заложены только в первой трети XX-века.

Нижней границей ультразвукового диапазона называют упругие колебания частотой от 18 кГц. Верхняя граница ультразвука определяется природой упругих волн, которые могут распространяться только при том условии, что длина волны значительно больше длины свободного пробега молекул (в газах) или межатомных расстояний (в жидкостях и газах). В газах верхний предел составляет »106 кГц, в жидкостях и твёрдых телах »1010 кГц.

Как правило, ультразвуком называют частоты до 106 кГц. Более высокие частоты принято называть гиперзвуком.

Ультразвуковые волны по своей природе не отличаются от волн слышимого диапазона и подчиняются тем же физическим законам. Но, у ультразвука есть специфические особенности, которые определили его широкое применение в науке и технике. Вот основные из них:

• Малая длина волны. Для самого низкого ультразвукового диапазона длина волны не превышает в большинстве сред нескольких сантиметров. Малая длина волны обуславливает лучевой характер распространения УЗ волн. Вблизи излучателя ультразвук распространяется в виде пучков по размеру близких к размеру излучателя. Попадая на неоднородности в среде, ультразвуковой пучок ведёт себя как световой луч, испытывая отражение, преломление, рассеяние, что позволяет формировать звуковые изображения в оптически непрозрачных средах, используя чисто оптические эффекты (фокусировку, дифракцию и др.)
• Малый период колебаний, что позволяет излучать ультразвук в виде импульсов и осуществлять в среде точную временную селекцию распространяющихся сигналов.
• Возможность получения высоких значений энергии колебаний при малой амплитуде, т.к. энергия колебаний пропорциональна квадрату частоты. Это позволяет создавать УЗ пучки и поля с высоким уровнем энергии, не требуя при этом крупногабаритной аппаратуры.
• В ультразвуковом поле развиваются значительные акустические течения. Поэтому воздействие ультразвука на среду порождает специфические эффекты: физические, химические, биологические и медицинские. Такие как кавитация, звукокапиллярный эффект, диспергирование, эмульгирование, дегазация, обеззараживание, локальный нагрев и многие другие.
• Ультразвук неслышим и не создаёт дискомфорта обслуживающему персоналу.

 

История ультразвука. Кто открыл ультразвук.

Внимание к акустике было вызвано потребностями морского флота ведущих держав — Англии и Франции, т.к. акустический – единственный вид сигнала, способный далеко распространяться в воде. В 1826 году французский учёный Колладон определил скорость звука в воде. Эксперимент Колладона считается рождением современной гидроакустики. Удар в подводный колокол в Женевском озере происходил с одновременным поджогом пороха. Вспышка от пороха наблюдалась Колладоном на расстоянии 10 миль. Он также слышал звук колокола при помощи подводной слуховой трубы. Измеряя временной интервал между этими двумя событиями, Колладон вычислил скорость звука — 1435 м/сек. Разница с современными вычислениями только 3 м/сек.

В 1838 году, в США, звук впервые применили для определения профиля морского дна с целью прокладки телеграфного кабеля. Источником звука, как и в опыте Колладона, был колокол, звучащий под водой, а приёмником большие слуховые трубы, опускавшиеся за борт корабля. Результаты опыта оказались неутешительными. Звук колокола (как, впрочем, и подрыв в воде пороховых патронов), давал слишком слабое эхо, почти не слышное среди других звуков моря. Надо было уходить в область более высоких частот, позволяющих создавать направленные звуковые пучки.

Первый генератор ультразвука сделал в 1883 году англичанин Фрэнсис Гальтон. Ультразвук создавался подобно свисту на острие ножа, если на него дуть. Роль такого острия в свистке Гальтона играл цилиндр с острыми краями. Воздух или другой газ, выходящий под давлением через кольцевое сопло, диаметром таким же, как и кромка цилиндра, набегал на кромку, и возникали высокочастотные колебания. Продувая свисток водородом, удалось получить колебания до 170 кГц.

В 1880 году Пьер и Жак Кюри сделали решающее для ультразвуковой техники открытие. Братья Кюри заметили, что при оказании давления на кристаллы кварца генерируется электрический заряд, прямо пропорциональный прикладываемой к кристаллу силе. Это явление было названо «пьезоэлектричество» от греческого слова, означающего «нажать». Кроме того, они продемонстрировали обратный пьезоэлектрический эффект, который проявлялся тогда, когда быстро изменяющийся электрический потенциал применялся к кристаллу, вызывая его вибрацию. Отныне появилась техническая возможность изготовления малогабаритных излучателей и приёмников ультразвука.

Гибель «Титаника» от столкновения с айсбергом, необходимость борьбы с новым оружием — подводными лодками требовали быстрого развития ультразвуковой гидроакустики. В 1914 году, французский физик Поль Ланжевен совместно с талантливым русским учёным-эмигрантом — Константином Васильевичем Шиловским впервые разработали гидролокатор, состоящий из излучателя ультразвука и гидрофона — приёмника УЗ колебаний, основанный на пьезоэффекте. Гидролокатор Ланжевена – Шиловского, был первым ультразвуковым устройством, применявшимся на практике. Тогда же российский ученый С.Я.Соколов разработал основы ультразвуковой дефектоскопии в промышленности. В 1937 году немецкий врач-психиатр Карл Дуссик, вместе с братом Фридрихом, физиком, впервые применили ультразвук для обнаружения опухолей головного мозга, но результаты, полученные ими, оказались недостоверными. В медицинской практике ультразвук впервые стал применяться только с 50-х годов XX-го века в США.

 

Получение ультразвука.

Излучатели ультразвука можно разделить на две большие группы:

1) Колебания возбуждаются препятствиями на пути струи газа или жидкости, или прерыванием струи газа или жидкости. Используются ограниченно, в основном для получения мощного УЗ в газовой среде.

2) Колебания возбуждаются преобразованием в механические колебаний тока или напряжения. В большинстве ультразвуковых устройств используются излучатели этой группы: пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи.

Кроме преобразователей, основанных на пьезоэффекте, для получения мощного ультразвукового пучка используются магнитострикционные преобразователи. Магнитострикция — это изменение размеров тел при изменении их магнитного состояния. Сердечник из магнитострикционного материала, помещённый в проводящую обмотку меняет свою длину в соответствии с формой токового сигнала, проходящего по обмотке. Данное явление, открытое в 1842 г. Джеймсом Джоулем, свойственно ферромагнетикам и ферритам. Наиболее употребительные магнитострикционные материалы это сплавы на основе никеля, кобальта, железа и алюминия. Наибольшей интенсивности ультразвукового излучения позволяет достичь сплав пермендюр (49%Co, 2%V, остальное Fe), который используется в мощных УЗ излучателях. В частности в акустических противонакипных устройствах «Акустик-Т», выпускаемых нашим предприятием.

Применение ультразвука.

Многообразные применения ультразвука можно условно разделить на три направления:

• получение информации о веществе
• воздействие на вещество
• обработка и передача сигналов

Зависимость скорости распространения и затухания акустических волн от свойств вещества и процессов в них происходящих, используется в таких исследованиях:

• изучение молекулярных процессов в газах, жидкостях и полимерах
• изучение строения кристаллов и других твёрдых тел
• контроль протекания химических реакций, фазовых переходов, полимеризации и др.
• определение концентрации растворов
• определение прочностных характеристик и состава материалов
• определение наличия примесей
• определение скорости течения жидкости и газа

Информацию о молекулярной структуре вещества даёт измерение скорости и коэффициента поглощения звука в нём. Это позволяет измерять концентрацию растворов и взвесей в пульпах и жидкостях, контролировать ход экстрагирования, полимеризации, старения, кинетику химических реакций. Точность определения состава веществ и наличия примесей ультразвуком очень высока и составляет доли процента.

Измерение скорости звука в твёрдых телах позволяет определять упругие и прочностные характеристики конструкционных материалов. Такой косвенный метод определения прочности удобен простотой и возможностью использования в реальных условиях.

Ультразвуковые газоанализаторы осуществляют слежение за процессами накопления опасных примесей. Зависимость скорости УЗ от температуры используется для бесконтактной термометрии газов и жидкостей.

На измерении скорости звука в движущихся жидкостях и газах, в том числе неоднородных (эмульсии, суспензии, пульпы), основаны ультразвуковые расходомеры, работающие на эффекте Допплера. Аналогичная аппаратура используется для определения скорости и расхода потока крови в клинических исследованиях.

Большая группа методов измерения основана на отражении и рассеянии волн ультразвука на границах между средами. Эти методы позволяют точно определять местонахождение инородных для среды тел и используются в таких сферах как:

• гидролокация
• неразрушающий контроль и дефектоскопия
• медицинская диагностика
• определения уровней жидкостей и сыпучих тел в закрытых ёмкостях
• определения размеров изделий
• визуализация звуковых полей — звуковидение и акустическая голография

 

Отражение, преломление и возможность фокусировки ультразвука используется в ультразвуковой дефектоскопии, в ультразвуковых акустических микроскопах, в медицинской диагностике, для изучения макронеоднородностей вещества. Наличие неоднородностей и их координаты определяются по отражённым сигналам или по структуре тени.

Методы измерения, основанные на зависимости параметров резонансной колебательной системы от свойств нагружающей его среды (импеданс), применяются для непрерывного измерения вязкости и плотности жидкостей, для измерения толщины деталей, доступ к которым возможен только с одной стороны. Этот же принцип лежит в основе УЗ твердомеров, уровнемеров, сигнализаторов уровня. Преимущества УЗ методов контроля: малое время измерений, возможность контроля взрывоопасных, агрессивных и токсичных сред, отсутствие воздействия инструмента на контролируемую среду и процессы.

Воздействие ультразвука на вещество.

Воздействие ультразвука на вещество, приводящее к необратимым изменениям в нём, широко используется в промышленности. При этом механизмы воздействия ультразвука различны для разных сред. В газах основным действующим фактором являются акустические течения, ускоряющие процессы тепломассообмена. Причём эффективность УЗ перемешивания значительно выше обычного гидродинамического, т.к. пограничный слой имеет меньшую толщину и как следствие, больший градиент температуры или концентрации. Этот эффект используется в таких процессах, как:

• ультразвуковая сушка
• горение в ультразвуковом поле
• коагуляция аэрозолей

 

В ультразвуковой обработке жидкостей основным действующим фактором является кавитация. На эффекте кавитации основаны следующие технологические процессы:

• предотвращение образования накипи
• ультразвуковая очистка
• металлизация и пайка
• звукокапиллярный эффект — проникновение жидкостей в мельчайшие поры и трещины. Применяется для пропитки пористых материалов и имеет место при любой ультразвуковой обработке твёрдых тел в жидкостях.
• диспергирование твёрдых тел в жидкостях
• дегазация (деаэрирование) жидкостей
• кристаллизация
• интенсификация электрохимических процессов
• получение аэрозолей
• уничтожения микроорганизмов и ультразвуковая стерилизация инструментов

 

Акустические течения — один из основных механизмов воздействия ультразвука на вещество. Он обусловлен поглощением ультразвуковой энергии в веществе и в пограничном слое. Акустические потоки отличаются от гидродинамических малой толщиной пограничного слоя и возможностью его утонения с увеличением частоты колебаний. Это приводит к уменьшению толщины температурного или концентрационного погранслоя и увеличению градиентов температуры или концентрации, определяющих скорость переноса тепла или массы. Это способствует ускорению процессов горения, сушки, перемешивания, перегонки, диффузии, экстракции, пропитки, сорбции, кристаллизации, растворения, дегазации жидкостей и расплавов. В потоке с высокой энергией влияние акустической волны осуществляется за счёт энергии самого потока, путём изменения его турбулентности. В этом случае акустическая энергия может составлять всего доли процентов от энергии потока.

При прохождении через жидкость звуковой волны большой интенсивности, возникает так называемая акустическая кавитация. В интенсивной звуковой волне во время полупериодов разрежения возникают кавитационные пузырьки, которые резко схлопываются при переходе в область повышенного давления. В кавитационной области возникают мощные гидродинамические возмущения в виде микроударных волн и микропотоков. Кроме того, схлопывание пузырьков сопровождается сильным локальным разогревом вещества и выделением газа. Такое воздействие приводит к разрушению даже таких прочных веществ, как сталь и кварц. Этот эффект используется для диспергировании твёрдых тел, получения мелкодисперсных эмульсий несмешивающихся жидкостей, возбуждения и ускорения химических реакций, уничтожения микроорганизмов, экстрагирования из животных и растительных клеток ферментов. Кавитация определяет также такие эффекты как слабое свечение жидкости под действием ультразвука – звуколюминесценция, и аномально глубокое проникновение жидкости в капилляры – звукокапиллярный эффект.

Кавитационное диспергирование кристаллов карбоната кальция (накипи) лежит в основе акустических противонакипных устройств. Под воздействием ультразвука происходит раскалывание частиц, находящихся в воде, их средние размеры уменьшаются с 10 до 1 микрона, увеличивается их количество и общая площадь поверхности частиц. Это приводит к переносу процесса образования накипи с теплообменной поверхности в непосредственно в жидкость. Ультразвук так же воздействует и на сформированный слой накипи, образуя в нем микротрещины способствующие откалыванию кусочков накипи с теплообменной поверхности.

В установках по ультразвуковой очистке с помощью кавитации и порождаемых ею микропотоков удаляют загрязнения как жёстко связанные с поверхностью, типа окалины, накипи, заусенцев, так и мягкие загрязнения типа жирных плёнок, грязи и т.п. Этот же эффект используется для интенсификации электролитических процессов.

Под действием ультразвука возникает такой любопытный эффект, как акустическая коагуляция, т.е. сближение и укрупнение взвешенных частиц в жидкости и газе. Физический механизм этого явления ещё не окончательно ясен. Акустическая коагуляция применяется для осаждения промышленных пылей, дымов и туманов при низких для ультразвука частотах до 20 кГц. Возможно, что благотворное действие звона церковных колоколов основано на этом эффекте.

Механическая обработка твёрдых тел с применением ультразвука основана на следующих эффектах:

• уменьшение трения между поверхностями при УЗ колебаниях одной из них
• снижение предела текучести или пластическая деформация под действием УЗ
• упрочнение и снижение остаточных напряжений в металлах под ударным воздействием инструмента с УЗ частотой
• Комбинированное воздействие статического сжатия и ультразвуковых колебаний используется в ультразвуковой сварке

Различают четыре вида мехобработки с помощью ультразвука:

• размерная обработка деталей из твёрдых и хрупких материалов
• резание труднообрабатываемых материалов с наложением УЗ на режущий инструмент
• снятие заусенцев в ультразвуковой ванне
• шлифование вязких материалов с ультразвуковой очисткой шлифовального круга

 

Действия ультразвука на биологические объекты вызывает разнообразные эффекты и реакции в тканях организма, что широко используется в ультразвуковой терапии и хирургии. Ультразвук является катализатором, ускоряющим установление равновесного, с точки зрения физиологии состояния организма, т.е. здорового состояния. УЗ оказывает на больные ткани значительно большее влияние, чем на здоровые. Также используется ультразвуковое распыление лекарственных средств при ингаляциях. Ультразвуковая хирургия основана на следующих эффектах: разрушение тканей собственно сфокусированным ультразвуком и наложение ультразвуковых колебаний на режущий хирургический инструмент.

Ультразвуковые устройства применяются для преобразования и аналоговой обработки электронных сигналов и для управления световыми сигналами в оптике и оптоэлектронике. Малая скорость ультразвука используется в линиях задержки. Управление оптическими сигналами основывается на дифракции света на ультразвуке. Один из видов такой дифракции – т.н.брегговская дифракция зависит от длины волны ультразвука, что позволяет выделить из широкого спектра светового излучения узкий частотный интервал, т. е. осуществлять фильтрацию света.

Ультразвук чрезвычайно интересная вещь и можно предположить, что многие возможности его практического применения до сих пор не известны человечеству. Мы любим и знаем ультразвук и будем рады обсудить любые идеи, связанные его применением.

Где применяется ультразвук — сводная таблица

Наше предприятие, ООО «Кольцо-энерго», занимается производством и монтажом акустических противонакипных устройств «Акустик-Т». Устройства, выпускаемые нашим предприятием, отличаются исключительно высоким уровнем ультразвукового сигнала, что позволяет им работать на котлах без водоподготовки и пароводяных бойлерах с артезианской водой. Но предотвращение накипи – очень малая часть того, что может ультразвук. У этого удивительного природного инструмента огромные возможности и мы хотим рассказать вам о них. Сотрудники нашей компании много лет работали в ведущих российских предприятиях, занимающихся акустикой. Мы знаем об ультразвуке очень много. И если вдруг возникнет необходимость применить ультразвук в вашей технологии, мы будем рады вам помочь.

Ультразвук и его применение в науке и технике

• Главная
• Полезная информация: Библиотека
• Ультразвук и его применение в науке и технике

Описание

Перевод с немецкого под редакцией В.С. Григорьева и Л.Д. Розенберга. Издательство иностранной литературы, г. Москва, 1957 г., 727 стр.
«DER ULTRASCHALL UND SEINE ANWENDUNG IN WISSENSCHAFT UND TECHNIK». Dr. Ludwig Bergmann, Zürich, 1954.

От редакторов

Предисловие автора к шестому изданию

Введение

Часть первая. Излучение, приём и измерение ультразвука

Глава I. Звуковое поле

§ 1. Величины, характеризующие звуковое поле
§ 2. Отражение и преломление звука, прохождение звука через границу раздела двух сред
§ 3. Интерференция; стоячие звуковые волны
§ 4. Поглощение звука

Глава II.

Излучение ультразвука

§ I. Механические излучатели.

1. Свисток Гальтона
2. Газоструйный излучатель
3. Жидкостный свисток
4. Ультразвуковые сирены
5. Ультразвуковой излучатель Гольцмана

§ 2. Термические излучатели
§ 3. Электродинамические и электростатические излучатели
§ 4. Магнитострикционные излучатели

1. Эффект магнитострикции
2. Магнитострикционный вибратор
3. Конструкции магнитострикционных излучателей
4. Мощность и коэффициент полезного действия магнитострикционного излучателя

§ 5. Пьезоэлектрические излучатели

1. Пьезоэлектрический эффект
2. Колебания пьезокристалла
3. Генератор высокой частоты
4. Крепление кварцев
5. Мощность и коэффициент полезного действия пьезоэлектрических излучателей

Глава III. Приём и измерение ультразвука

§ 1. Механические методы приема и измерения ультразвука
§ 2. Термические приёмники звука
§ 3. Электрические приёмники звука. Ультразвуковой интерферометр

1. Ультразвуковой интерферометр

§ 4. Оптические методы

1. Теневой метод
2. Диффракция света на ультразвуковых волнах
3. Метод вторичной интерференции
4. Диффракция света на нескольких пересекающихся ультразвуковых волнах
5. Методы визуализации звуковых изображений

Часть вторая. Применение ультразвука

Глава IV. Измерение скорости и поглощения звука в жидкостях и газах

§ 1. Скорость звука в жидкостях

1. Значение измерений скорости звука в жидкостях
2. Устройства для измерения скорости ультразвука в жидкостях
3. Связь между скоростью звука и химической структурой вещества
4. Скорость звука в сжиженных газах и в жидкостях при высоких давлениях
5. Скорость звука в расплавах
6. Измерения скорости звука в смесях и растворах
7. Дисперсия звука в жидкостях. Гиперзвуковые волны

§ 2. Поглощение звука в жидкостях

1. Основные сведения о поглощении звука в жидкостях
2. Методы измерения поглощения звука в жидкостях
3. Результаты измерений поглощения звука в чистых жидкостях
4. Результаты измерений поглощения звука в растворах и смесях жидкостей
5. Теория молекулярного поглощения звука в жидкостях
6. Влияние объёмной вязкости на поглощение звука
7. Измерение сдвиговой вязкости и сдвиговой упругости жидкостей при помощи ультразвука

§ 3. Скорость звука в газах

1. Значение измерений скорости звука в газах
2. Устройства для измерения скорости звука в газах при помощи ультразвука
3. Результаты измерений скорости звука в газах. Дисперсия скорости звука

§ 4. Поглощение звука в газах

1. Основные сведения о поглощении звука в газах
2. Устройства для измерения поглощения звука в газах при помощи ультразвука
3. Результаты измерения поглощения звука в газах; молекулярное поглощение звука

Глава V. Исследование звуковых колебаний в твёрдых телах. Определение упругих и фотоупругих постоянных при помощи ультразвука

§ 1. Измерение скорости звука и определение упругих постоянных твёрдых тел

1. Бесконечно протяжённая среда
2. Исследования распространения ультразвука в пластинах
3. Распространение звука вдоль стержней и труб

§ 2. Поглощение звука в твёрдых телах
§ 3. Определение фотоупругих постоянных при помощи ультразвука

Глава VI. Различные применения ультразвука

§ 1. Ультразвуковой стробоскоп. Ультразвуковой флуорометр
§ 2. Применение ультразвука в световой телефонии н в телевидении
§ 3. Ультразвук как средство связи

1. Связь под водой. Метод эхолота
2. Ультразвуковой прибор для слепых
3. Измерение скоростей потоков при помощи ультразвука
4. Ультразвуковые линии задержки

§ 4. Испытание материалов при помощи ультразвука

1. Метод просвечивания
2. Метод отражённых импульсов
3. Резонансный метод
4. Метод визуализации дефекта

§ 5. Диспергирующее и коллоидно-химическое действия ультразвука

1. Образование эмульсий
2. Диспергирование твёрдых тел в жидкостях. Очистка при помощи ультразвука
3. Расщепление молекул высокополимеров под действием ультразвука
4. Тиксотропное ожижение под действием ультразвука
5. Пептизирующее действие ультразвука
6. Образование туманов под действием ультразвука

§ 6. Коагулирующее и ориентирующее действия ультразвука. Акустическое двойное лучепреломление

1. Коагуляция аэрозолей
2. Коагуляция гидрозолей
3. Ориентирующее действие ультразвуковых волн. Акустическое двойное лучепреломление

§ 7. Обезгаживание жидкостей и расплавов при помощи ультразвука. Ультразвуковая кавитация
§ 8. Применение ультразвука в металловедении

1. Облучение расплавов
2. Облучение твёрдых металлов

§ 9. Химические и физико-химические действия ультразвука
§ 10. Действие ультразвука на электрохимические процессы
§ 11. Термические действия ультразвука
§ 12. Биологическое и лечебное действия ультразвука

1. Излучатели ультразвука, применяемые для медицинских и биологических целей
2. Действие ультразвука на организмы малых и средних размеров
3. Действие ультразвука на микроорганизмы и отдельные животные и растительные клетки
4. Действие ультразвука на бактерии и вирусы
5. Лечебное применение ультразвука

Дополнение

1. Ультразвуковые волны в природе
2. Ультразвук в архитектурной акустике

Библиография

Именной указатель

Предметный указатель

Ультразвук и его применение

Содержание:

• Что такое УЗИ
• Ультразвуковое открытие и история
• Ультразвуковое поколение
• Ультразвуковое приложение
• Воздействие ультразвука на различные вещества
• Сводная таблица частот ультразвука и областей применения

ЧТО ТАКОЕ УЛЬТРАЗВУК.

Если какое-либо тело колеблется в упругой среде быстрее, чем среда обтекает его, то при этом движении среда либо сжимается, либо разрежается. Слои повышенного и пониженного давления разбегаются от этого вибрирующего тела направо и налево, образуя акустические волны. Если вибрации тела, создающие волну, следуют друг за другом не реже 16 раз в секунду и не чаще 18 тысяч раз в секунду, то человеческое ухо их слышит.

Частоты от 16 до 18 000 Гц, воспринимаемые слуховым аппаратом человека, принято называть акустическими, т.е. москитная труба >> 10 кГц. Однако воздух, морские глубины и недра земли полны звуков, расположенных ниже или выше этого диапазона, которые относятся к инфразвуку и ультразвуку. В природе ультразвук существует как составная часть многочисленных природных шумов: ветра, водопада, дождя, морского щебня, укатываемого волнами моря, или в грозах. Многие млекопитающие, например, кошки и собаки, способны воспринимать ультразвук частотой до 100 кГц, а локационные способности ночных летучих мышей, ночных насекомых и морских животных хорошо известны всем. В конце 19веке, благодаря развитию акустики, было обнаружено существование неслышимых звуков. В это же время начались первые исследования ультразвука, однако почва для его применения была заложена лишь в первой трети 20 века.

Нижнюю границу ультразвукового диапазона составляют упругие колебания частотой до 18 кГц. Верхняя граница ультразвука определяется возникновением упругих волн, которые могут распространяться только в том случае, если длина волны много больше свободного пробега молекулы (в газах) или межатомного расстояния (в жидкостях и твердых телах). В газах верхняя граница ~106 кГц, а в жидкостях и твердых телах ~1010 кГц. Обычно ультразвуком называют частоты до 106 кГц. Более высокие частоты обычно называют гиперзвуком.

Ультразвуковые волны по своей сути такие же, как волны слышимого диапазона, и подчиняются тем же законам природы. Однако ультразвук обладает некоторыми специфическими особенностями, которые определили его широкое применение в науке и технике. Вот основные из них:

• Короткая длина волны. Для самого нижнего ультразвукового диапазона в большинстве сред длина волны не превышает нескольких сантиметров. Короткая длина волны обеспечивает лучевое распространение ультразвуковых волн. Вблизи преобразователя ультразвук распространяется в виде пучков лучей, близких по размеру к преобразователю. Падая на неоднородности среды, ультразвуковой пучок ведет себя как световой пучок, испытывающий отражение, преломление и рассеяние, что позволяет формировать слышимые изображения в оптически непрозрачных средах с помощью чисто оптических эффектов (фокусировки, дифракции и т.п.).
• Короткий период колебаний, что позволяет излучать ультразвук в виде импульсов и производить точную временную селекцию распространяющихся сигналов в среде.
• Возможность получения высоких энергий колебаний при малой амплитуде, т.к. энергия колебаний пропорциональна квадрату частоты. Это позволяет формировать высокоэнергетические ультразвуковые пучки и поля, не требуя крупногабаритных установок.
• Высокие акустические токи развиваются в ультразвуковом поле. Поэтому воздействие ультразвука на среду вызывает специфические эффекты: физические, химические, биологические или медицинские, такие как кавитация, акустокапиллярный эффект, диспергирование, эмульгирование, дегазация, антисептика, локальный нагрев и многие другие.
• Ультразвук не слышен и не доставляет дискомфорта обслуживающему персоналу.

 

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ИСТОРИЯ. КТО ОТКРЫЛ УЛЬТРАЗВУК?

Интерес к акустике был вызван военно-морскими силами ведущих государств — Великобритании и Франции, так как акустический сигнал — единственный вид сигналов, широко распространяющихся в воде. В 1826 году французский ученый Колладон измерил скорость звука в воде. Эксперимент Колладона считается днем ​​рождения современной гидроакустики. Подводный колокол в Женевском озере был сбит одновременно с воспламенением пороха. Колладон наблюдал пороховую вспышку с расстояния 10 миль. Он также слышал колокольный звон с помощью подводной акустической трубки. Колладон измерил промежуток времени между этими двумя событиями и вычислил скорость звука — 1435 м/с. Разница с современными расчетами всего 3 м/с.

В 1838 году в США звук впервые был использован для определения профиля морского дна с целью прокладки телеграфного кабеля. Источником звука, как и в опыте Колладона, служил подводный колокол, а приемниками — акустические трубы, погруженные с борта корабля. Результаты испытаний разочаровали. Колокольный звон (как и взрыв пороховых зарядов в воде) давал слишком слабое эхо, почти не слышное среди других звуков моря. Требовался переход в зону более высоких частот, позволяющих формировать направленные звуковые пучки.

В 1883 году английский ученый Фрэнсис Гальтон изобрел первый ультразвуковой генератор. Ультразвук генерировался как свист на лезвии ножа, если на него подуть. В свистке Гальтона роль такой кромки играла острая кромка цилиндра. Воздух или другой газ, нагнетаемый через круглое сопло того же диаметра, что и край цилиндра, поднимался вверх по краю и производил высокочастотные колебания. Продувание водорода через свисток вызывало колебания частотой до 170 кГц.

В 1880 году Пьер и Жак Кюри сделали важное открытие в области ультразвуковой технологии. Братья Кюри заметили, что если кристаллы кварца сжать, они генерируют электрический заряд, прямо пропорциональный приложенной силе. Это явление получило название «пьезоэлектричество» от греческого слова, означающего «пресс». Более того, они продемонстрировали обратный пьезоэффект, когда к кристаллу прикладывали быстро изменяющийся электрический потенциал, заставляя его вибрировать. Отныне появилась техническая возможность изготавливать малогабаритные ультразвуковые преобразователи и приемники.

Обломки «Титаника» от столкновения с айсбергом, необходимость противолодочной борьбы (новое оружие) потребовали быстрого развития ультразвуковой гидроакустики. В 1914 году французский физик Поль Ланжевен совместно с Константином Васильевичем Шиловским, талантливым русским ученым-эмигрантом, сконструировал гидролокатор на основе пьезоэффекта, состоявший из генератора ультразвука и гидрофона, приемника ультразвуковых волн. Гидролокатор Ланжевена-Шиловского был первым ультразвуковым прибором, примененным на практике. В то же время русский ученый С.Я. Соколов разработал основы ультразвукового контроля в промышленности. В 1937 г. немецкий психиатр Карл Дусик и его брат Фридрих, физик, впервые применили ультразвук для выявления опухолей головного мозга; однако полученные результаты были ненадежными. В медицинской практике ультразвук начали применять только с 1950-х годов в США.

 

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ГЕНЕРАЦИЯ.

Ультразвуковые преобразователи можно разделить на две большие группы:

1) Вибрации создаются препятствиями на пути потока газа или жидкости или обрывом потока газа или жидкости. Они используются с ограничениями, в основном для получения сильного ультразвука в газе.

2) Механические колебания получают путем преобразования колебаний тока или напряжения. В большинстве ультразвуковых приборов используются преобразователи этой группы, представляющие собой пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи.

Помимо преобразователей на пьезоэффекте, мощный ультразвуковой пучок получают с помощью магнитострикционных преобразователей. Магнитострикция — изменение размеров тел при изменении их магнитного состояния. Сердечник из магнитострикционного материала, помещенный внутрь подходящей обмотки, изменяет свою длину в зависимости от формы сигнала тока, проходящего через обмотку. В 1842 г. это явление было открыто Джеймсом Джоулем и оказалось типичным для ферромагнитных материалов и ферритовых магнитов. Наиболее полезными магнитострикционными материалами являются сплавы на основе никеля, кобальта, железа и алюминия. Наибольшую интенсивность ультразвукового излучения дает сплав пермендур (Co – 49%, V – 2 % V, а остальное Fe), который используется в мощных ультразвуковых преобразователях, в частности, в акустических антинакипных устройствах «Акустик-Т», выпускаемых нашей компанией.

ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКА.

Различные применения ультразвука можно условно разделить на три направления:

• Получение информации о веществе
• Воздействие на вещество
• Обработка и передача сигналов

Зависимость скорости распространения и затухания акустических волн от свойств вещества и процессов, происходящих в нем, используется в следующих видах исследований:

• исследование молекулярных процессов в газах, жидкостях и полимерах
• изучение структуры кристаллов и других твердых тел
• контроль химических реакций, фазовых переходов, полимеризации и т. д.
• определение концентрации растворов
• определение прочностных свойств и состава материалов
• определение примесей
• определение расхода жидкости и газа

Информацию о молекулярном строении вещества можно получить из измерений скорости звука и коэффициента поглощения в нем. Это позволяет измерять концентрации растворов и суспензий в пульпах и жидкостях, контролировать экстракцию, полимеризацию, старение и кинетику химических реакций. Определение состава вещества и наличия примесей с помощью ультразвука имеет высокую точность вплоть до процента изломов.

Измерение скорости звука в твердых телах позволяет определять параметры упругости и прочности конструкционных материалов. Этот косвенный метод определения прочности подходит из-за его простоты и доступности на месте.

Детекторы газов ультразвуковые контролируют процессы накопления вредных примесей. Температурная зависимость скорости ультразвука используется для бесконтактных измерений температуры газа и жидкости.

Принцип действия ультразвуковых расходомеров на эффекте Доплера основан на измерении скорости звука в протекающих жидкостях и газах, в том числе неоднородных (эмульсиях, суспензиях или пульпах). Подобные установки используются для определения скорости и кровотока в клиниках.

Большая группа методов измерения основана на отражении и рассеянии ультразвуковых волн на границах раздела. Эти методы позволяют точно определять местонахождение инородных тел в среде и используются в следующих областях:

• гидролокация
• неразрушающий контроль и испытания
• медицинская диагностика
• определение уровня жидкостей и сыпучих материалов в закрытых емкостях
• определение размеров изделия
• Визуализация звукового поля — акустическая визуализация и звуковая голография

 

Отражение, преломление и способность фокусировать ультразвук применяют в ультразвуковом контроле, акустических микроскопах, медицинской диагностике, для изучения макронеоднородностей веществ. Наличие неоднородностей и их координаты определяются по отраженным сигналам или по структуре их теней.

Методы измерения, основанные на зависимости параметров резонансной системы от свойств нагружающей ее среды (импеданса), применяются для непрерывного измерения вязкости и плотности жидкостей, толщины деталей, доступных только с одной стороны. Тот же принцип лежит в основе ультразвуковых твердомеров, датчиков уровня и переключателей. Преимуществами ультразвуковых методов контроля являются: малое время измерения, возможность контроля взрывоопасных, агрессивных и токсичных сред, отсутствие прямого воздействия прибора на контролируемые среды и процессы.

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ВЕЩЕСТВО.

Ультразвуковое воздействие на вещество, вызывающее его необратимые изменения, широко используется в промышленности. Между тем механизмы действия ультразвука различны для разных сред. В газах основным действующим фактором являются акустические течения, ускоряющие процессы тепломассообмена. Следовательно, эффективность ультразвукового перемешивания значительно выше гидродинамического, так как пограничный слой тоньше и, следовательно, имеет более высокие градиенты температуры и концентрации. Этот эффект используется в таких процессах, как:

• ультразвуковая сушка
• сжигание в ультразвуковом поле
• аэрозольная коагуляция

 

При ультразвуковой обработке жидкостей основным действующим фактором является кавитация. На эффекте кавитации основаны следующие технологические процессы:

• предотвращение образования накипи
• ультразвуковая очистка
• металлизация и пайка
• акустокапиллярный эффект — проникновение жидкости в микропоры и микротрещины. Это используется для пропитки пористых материалов и имеет место при любых ультразвуковых обработках твердых тел в жидкостях.
• дисперсия твердых веществ в жидкостях
• дегазация (деаэрация) жидкостей
• кристаллизация
• стимуляция электрохимических процессов
• производство аэрозолей
• уничтожение микроорганизмов и ультразвуковая стерилизация инструментов

 

Акустические потоки представляют собой один из основных механизмов ультразвукового воздействия на вещество. Он заключается в поглощении ультразвуковой энергии веществом и пограничным слоем. В отличие от гидродинамических течений акустические течения характеризуются малой толщиной пограничного слоя и способностью утончаться с увеличением частоты колебаний. Это делает пограничный слой температуры и концентрации тоньше и увеличивает градиенты температуры и концентрации, определяющие скорость тепло- и массопереноса. Это обеспечивает ускорение процессов горения, сушки, смешения, рафинирования, диффузии, экстракции, пропитки, сорбции, кристаллизации, растворения, дегазации жидкостей и расплавов. В высокоэнергетическом потоке акустические волны действуют за счет энергии самого потока, изменяя его турбулентность. В этом случае акустическая энергия может давать трещину в процентах от энергии потока.

При прохождении мощных акустических волн через жидкость возникает так называемая акустическая кавитация. В мощной акустической волне в течение полупериодов разрежения образуются кавитационные пузырьки, которые затем быстро схлопываются при переходе в зону повышенного давления. В зоне кавитации возникают мощные гидродинамические возмущения, имеющие вид микроударных волн и микротечений. Кроме того, схлопывание пузырьков сопровождается сильным локальным разогревом вещества и выделением газа. Такое действие разрушает даже такие прочные вещества, как сталь или кварц. Этот эффект используют для диспергирования твердых веществ, получения тонкодисперсных эмульсий несмешивающихся жидкостей, возбуждения и ускорения химических реакций, уничтожения микроорганизмов, выделения ферментов из животных и растительных клеток. Кавитация также определяет слабое свечение жидкости под действием ультразвука — сонолюминесценция и аномально глубокое проникновение жидкости в капилляры — акустокапиллярный эффект .

Акустические антинакипные устройства основаны на кавитационном диспергировании кристаллов карбоната кальция (накипи). Частицы, находящиеся в жидкости, под действием ультразвука расщепляются, и их средний размер уменьшается с 10 до 1 мкм, а их количество и площадь поверхности увеличиваются. Это заставляет накипь образовываться непосредственно в жидкости, а не на поверхности теплообмена. Аналогичное воздействие ультразвук оказывает на уже образовавшийся слой накипи, образуя в нем микротрещины, обеспечивающие откалывание кусочков накипи с поверхности теплообмена.

Установки ультразвуковой очистки, использующие кавитацию и создаваемые впоследствии микропотоки, применяются для удаления как жестко связанных с поверхностью загрязнений, таких как окалина, окалина или заусенцы, так и мягких загрязнений, таких как жировые пленки, грязь и т. д. Тот же эффект используется в электролитических процессах. стимуляция.

Ультразвук вызывает и такой интересный эффект, как акустическая коагуляция, т.е. смыкание и укрупнение частиц, взвешенных в жидкости или газе. Физический принцип этого явления пока окончательно не ясен. Акустическая коагуляция применяется для осаждения промышленной пыли, дыма и тумана на частоте до 20 кГц, достаточно низкой для ультразвука.

Обработка твердых тел ультразвуком основана на следующих эффектах:

• уменьшение трения между поверхностями при ультразвуковых колебаниях одной из них
• снижение предела текучести или упругая деформация под действием ультразвука
• Упрочнение и снижение остаточных напряжений в металлах при ударном воздействии инструмента ультразвуковой частотой
• Совместное действие статического сжатия и ультразвуковых колебаний используется при ультразвуковой сварке

Различают четыре типа обработки с использованием ультразвука:

• проклейка деталей из твердых и хрупких материалов
• резка труднообрабатываемых материалов с применением ультразвука к режущему инструменту
• Удаление заусенцев в ультразвуковой ванне
• шлифование вязких материалов с применением ультразвука для очистки шлифовального круга

 

Ультразвуковое воздействие на биологические объекты вызывает различные эффекты и реакции в тканях организма, что широко используется в ультразвуковой терапии и хирургии. Ультразвук играет роль катализатора, ускоряющего установление сбалансированного с точки зрения физиологии состояния организма, т.е. здорового состояния. Ультразвук оказывает гораздо большее воздействие на нездоровые ткани, чем на здоровые. Применяется также ультразвуковое распыление лекарственных средств для ингаляций. Ультразвуковая хирургия основана на следующих действиях: разрушении тканей непосредственно сфокусированным ультразвуком и воздействии ультразвуковых колебаний на режущий хирургический инструмент.

Ультразвуковые приборы применяются для преобразования и аналоговой обработки электронных сигналов, управления световыми сигналами в оптике и оптоэлектронике. Низкая скорость ультразвука используется в схемах задержки. Управление оптическими сигналами основано на дифракции света на ультразвуке. Одним из видов такой дифракции является так называемая брэгговская дифракция, зависящая от длины волны ультразвука, обеспечивающая отделение короткого диапазона частот от света широкого спектра, т. е. фильтрацию света.

Ультразвук — чрезвычайно интересное явление, и можно предположить, что многие его практические возможности еще не известны людям. Мы любим и разбираемся в ультразвуке и будем рады обсудить любые идеи, связанные с его применением.

ГДЕ ПРИМЕНЯЕТСЯ УЛЬТРАЗВУК (СВОДНАЯ ТАБЛИЦА)

Наша компания ООО «Кольцо-энерго» занимается изготовлением и установкой антинакипных акустических устройств «Акустик-Т». Наши приборы отличаются исключительно высоким уровнем ультразвукового сигнала, что позволяет им работать в котлах без водоподготовки и в пароводяных котлах с артезианской водой. Однако предотвращение образования накипи — это лишь малая часть всех возможностей ультразвука. Этот замечательный природный инструмент обладает огромными возможностями, о которых мы хотим вам рассказать. Наши сотрудники много лет работают на ведущих российских предприятиях, занимающихся ультразвуком. Мы многое знаем об этом явлении. Кроме того, если возникнет необходимость применить ультразвук к вашей технологии, мы будем рады вам помочь.

Ультразвук – определение и применение

• Физика

Дата последнего обновления: 22 апреля 2023 г. 0002 Просмотров сегодня: 4.91k

Звук проходит только через среда, и вы можете услышать его только тогда, когда частота звука находится в слышимом диапазоне. Для человека она составляет от 20 Гц до 20 кГц, и она отличается для любого другого живого существа. Однако учащиеся должны учитывать, что звуки ниже и выше этого диапазона не слышны человеческому уху.

Хотя звуки такой высокой и низкой частоты существуют, человеческое ухо их не воспринимает. Возможно, вы слышали о том, что летучие мыши способны распознавать такие звуки, которые человеческое ухо не способно уловить. Это наиболее реальное применение ультразвука, и именно так они ориентируются в темноте. Это верно, хотя большинство из нас учат этому с детства.

Звуковые волны, частота которых превышает верхний предел слышимости любого человеческого слуха, называются ультразвуком. Его предел варьируется от человека к человеку, но составляет примерно 20 000 герц. Физические свойства ультразвука почти аналогичны традиционному слышимому звуку. Этот тип концепции, который является научным, используется во многих областях, таких как медицина, визуализация, микширование, связь, навигация, тестирование, очистка и т. д. Даже если мы говорим о природе, летучие мыши и морские свиньи используют ту же технику для добычи и препятствия.

Что такое ультразвук?

Как уже упоминалось, звук может быть ниже и ниже слышимого человеком диапазона. Итак, любой звук выше этого диапазона называется ультразвуковым. Применение ультразвука не только многочисленно, но и очень полезно.

Студенты должны понимать каждое применение ультразвуковых волн в различных областях для четкого понимания этой концепции. Некоторые из общих областей — это медицина, навигация, уборка и т. Д. Все эти виды использования ультразвука уникальны и имеют свои области применения.

Каковы применения ультразвука?

Ультразвук имеет различные применения в различных областях благодаря точности результатов. Он используется давно, и с течением времени только набирает обороты. Ученые нашли новые применения в области медицинских наук, в частности, для лечения пациентов и проведения небольших операций.

Для чего используется ультразвук?

• УЗИ

Обычно ультразвуковые волны применяются при проведении УЗИ. Это метод визуализации, который используется врачами для наблюдения за развивающимся ребенком.

• Эхолокация

Вероятно, одним из наиболее распространенных применений ультразвука является эхолокация. Летающие млекопитающие или летучие мыши используют этот метод определения местоположения, чтобы найти свою добычу в темноте.

• Эхокардиография

Эхокардиография или ЭКГ — еще одно популярное медицинское применение ультразвука. Снова техника визуализации, здесь звуковые волны распространяются внутри тела, чтобы представить изображение состояния сердца пациента.

• Очистка

Очистка спиральных трубок и различных электронных компонентов — еще одно применение ультразвуковых волн в физике. Очищаемые материалы помещают в жидкость, где проходит такой ультразвук, и проводят очистку.

• Обнаружение трещин

Другой ультразвуковой звук и его применение для обнаружения трещин. Обычно трещины или щели в высотных зданиях и значительных металлических компонентах обнаруживаются с помощью волн.

• Литотрипсия

Среди других значимых областей применения ультразвука основной является проведение литотрипсии. Это процесс дробления камней в почках проходящими волнами высокой частоты.

• Гидролокатор

Подводные лодки используют этот метод прохождения высокочастотных волн под водой в навигационных целях. Эти звуковые волны могут легко распространяться в воде и также используются для связи и обнаружения других подводных лодок.

Поэтому, когда вы будете искать применение ультразвука, читайте и о других его применениях. Это поможет вам в построении оплота по темам. Связанные концепции также должны быть прочитаны, поскольку эта тема имеет бесчисленное множество приложений.

Чтобы узнать больше об ультразвуке и его применении, вы можете ознакомиться с нашими учебными онлайн-программами. Кроме того, вы также можете загрузить наше приложение Vedantu, доступное как для пользователей iOS, так и для Android. Приложение может быть особенно полезно для понимания применения ультразвука и смежных тем, не выходя из дома.