Що таке ультразвук


НазваЩо таке ультразвук
Дата конвертації06.02.2013
Розмір445 b.
ТипПрезентации



Що таке ультразвук

  • Якщо яке-небудь тіло вагається в пружному середовищі (наприклад, у воді) швидше, ніж середовище встигає обтікати його, воно своїм рухом те стискує, то розріджує середовище. Шари підвищеного і зниженого тиску розбігаються від тіла, що коливається, на всі боки і утворюють пружні коливання - звукові хвилі. Якщо коливання тіла, що створює хвилю, слідують один за одним не рідше, ніж 16 разів в секунду (16 Гц) і не частіше, ніж 18 тисяч разів в секунду(18 кГц), то людське вухо чує такі коливання. Такі коливання називають звуком.





Верхній кордон визначається по довжині хвилі, яка в принципі може поширюватися в даному пружному середовищі (будь то газ, тверде тіло або рідина). Довжина такої хвилі має бути більше вільного пробігу молекул газу або міжмолекулярних відстаней в рідинах і твердих тілах. Як ми бачимо, ультразвукові хвилі за своєю природою не відрізняються від хвиль чутного діапазону і підкоряються тим же фізичним законам. Але, в ультразвука є специфічні особливості, які визначили його широке вживання в науці і техніці. Ось основні з них:

  • Верхній кордон визначається по довжині хвилі, яка в принципі може поширюватися в даному пружному середовищі (будь то газ, тверде тіло або рідина). Довжина такої хвилі має бути більше вільного пробігу молекул газу або міжмолекулярних відстаней в рідинах і твердих тілах. Як ми бачимо, ультразвукові хвилі за своєю природою не відрізняються від хвиль чутного діапазону і підкоряються тим же фізичним законам. Але, в ультразвука є специфічні особливості, які визначили його широке вживання в науці і техніці. Ось основні з них:



Мала довжина хвилі. Для найнижчого УЗ діапазону довжина хвилі не перевищує в більшості середовищ декількох сантиметрів. Мала довжина хвилі обуславливает променевий характер поширення УЗ хвиль . Поблизу випромінювача УЗ поширюється у вигляді пучків за розміром близьких до розміру випромінювача. Потрапляючи на неоднорідності в середовищі, УЗ пучок поводиться як світловий промінь, випробовуючи віддзеркалення, заломлення, розсіяння, що дозволяє формувати звукові зображення в оптично непрозорих середовищах, використовуючи чисто оптичні ефекти (фокусування, дифракцію і ін.)

  • Мала довжина хвилі. Для найнижчого УЗ діапазону довжина хвилі не перевищує в більшості середовищ декількох сантиметрів. Мала довжина хвилі обуславливает променевий характер поширення УЗ хвиль . Поблизу випромінювача УЗ поширюється у вигляді пучків за розміром близьких до розміру випромінювача. Потрапляючи на неоднорідності в середовищі, УЗ пучок поводиться як світловий промінь, випробовуючи віддзеркалення, заломлення, розсіяння, що дозволяє формувати звукові зображення в оптично непрозорих середовищах, використовуючи чисто оптичні ефекти (фокусування, дифракцію і ін.)

  • Малий період коливань, що дозволяє випромінювати ультразвук у вигляді імпульсів і здійснювати в середовищі точну тимчасову селекцію сигналів, що поширюються.



Можливість набуття високих значень енергії коливань при малій амплітуді, оскільки енергія коливань пропорційна квадрату частоти . Це дозволяє створювати УЗ пучки і поля з високим рівнем енергії, не вимагаючи при цьому великогабаритної апаратури.

  • Можливість набуття високих значень енергії коливань при малій амплітуді, оскільки енергія коливань пропорційна квадрату частоти . Це дозволяє створювати УЗ пучки і поля з високим рівнем енергії, не вимагаючи при цьому великогабаритної апаратури.

  • У ультразвуковому полі розвиваються значні акустичні течії. Тому дія ультразвука на середовище породжує специфічні ефекти: фізичні, хімічні, біологічні і медичні. Такі як кавітація, звукокапиллярный ефект, диспергування, емульгування, дегазація, знезараження, локальний нагрів і багато інших.



У природі ультразвук зустрічається як компонент багатьох природних шумів: у шумі вітру, водопаду, дощивши, морської гальки, що перекочується прибоєм, в грозових розрядах. Багато ссавців, наприклад кішки і собаки, володіють здатністю сприйняття ультразвука частотою до 100 кГц, а локаційні здібності кажанів, нічних комах і морських тварин всім добре відомі.

  • У природі ультразвук зустрічається як компонент багатьох природних шумів: у шумі вітру, водопаду, дощивши, морської гальки, що перекочується прибоєм, в грозових розрядах. Багато ссавців, наприклад кішки і собаки, володіють здатністю сприйняття ультразвука частотою до 100 кГц, а локаційні здібності кажанів, нічних комах і морських тварин всім добре відомі.



Коротко про історію ультразвука

  • Існування нечутних звуків було виявлене з розвитком акустики в кінці XIX століття. Тоді ж почалися перші дослідження ультразвука, але основи його вживання були закладені лише в першій третині XX -века.

  • Увага до акустики була викликана потребами морського флоту провідних держав - Англії і Франції, оскільки акустичний - єдиний вигляд сигналу, здатний далеко поширюватися у воді. У 1826 році французький учений Колладон визначив швидкість звуку у воді. Експеримент Колладона вважається народженням сучасної гідроакустики. Удар в підводний дзвін в Женевському озері відбувався з одночасним підпалом пороху. Спалах від пороху спостерігався Колладоном на відстані 10 миль. Він також чув звук дзвону за допомогою підводної слухової труби. Вимірюючи часовий інтервал між цими двома подіями, Колладон обчислив швидкість звуку - 1435 м/сек. Різниця з сучасними обчисленнями лише 3 м/сек.



У 1838 році, в США, звук вперше застосували для визначення профілю морського дна з метою прокладки телеграфного кабелю. Джерелом звуку, як і в досвіді Колладона, був дзвін, звучний під водою, а приймачем великі слухові труби, що опускалися за борт корабля. Результати досвіду виявилися невтішними. Звук дзвону (як, втім, і підривши у воді порохових патронів), давав дуже слабку ехо-камеру, майже не чутну серед інших звуків морить. Треба було вирушати в область вищих частот, що дозволяють створювати направлені звукові пучки.

  • У 1838 році, в США, звук вперше застосували для визначення профілю морського дна з метою прокладки телеграфного кабелю. Джерелом звуку, як і в досвіді Колладона, був дзвін, звучний під водою, а приймачем великі слухові труби, що опускалися за борт корабля. Результати досвіду виявилися невтішними. Звук дзвону (як, втім, і підривши у воді порохових патронів), давав дуже слабку ехо-камеру, майже не чутну серед інших звуків морить. Треба було вирушати в область вищих частот, що дозволяють створювати направлені звукові пучки.

  • Перший генератор ультразвука зробив в 1883 році англієць Гальтон. Ультразвук створювався подібно до свисту на вістря ножа, якщо на нього дути. Роль такого вістря в свистку Гальтона грав циліндр з гострими краями. Повітря або інший газ, що виходить під тиском через кільцеве сопло, діаметром таким же, як і кромка циліндра, набігав на кромку, і виникали високочастотні коливання. Продуваючи свисток воднем, удалося отримати коливання до 170 кГц.







У 1880 році Пьер і Жак Кюрі зробили вирішальне для ультразвукової техніки відкриття. Брати Кюрі відмітили, що при чиненні тиску на кристали кварцу генерується електричний заряд, прямо пропорційний силі, що прикладається до кристала. Це явище було назване "п'єзоелектрика" від грецького слова, що означає "натискувати". Крім того, вони продемонстрували зворотний п'єзоелектричний ефект, який виявлявся тоді, коли електричний потенціал, що швидко змінюється, застосовувався до кристала, викликаючи його вібрацію. Віднині з'явилася технічна можливість виготовлення малогабаритних випромінювачів і приймачів ультразвука.

  • У 1880 році Пьер і Жак Кюрі зробили вирішальне для ультразвукової техніки відкриття. Брати Кюрі відмітили, що при чиненні тиску на кристали кварцу генерується електричний заряд, прямо пропорційний силі, що прикладається до кристала. Це явище було назване "п'єзоелектрика" від грецького слова, що означає "натискувати". Крім того, вони продемонстрували зворотний п'єзоелектричний ефект, який виявлявся тоді, коли електричний потенціал, що швидко змінюється, застосовувався до кристала, викликаючи його вібрацію. Віднині з'явилася технічна можливість виготовлення малогабаритних випромінювачів і приймачів ультразвука.



Широкі можливості використання ультразвука

  • Залежність швидкості поширення і загасання акустичних хвиль від властивостей речовини і процесів в них що відбуваються, використовується в таких дослідженнях:

  • вивчення молекулярних процесів в газах, рідинах і полімерах

  • вивчення будови кристалів і інших твердих тіл

  • контроль протікання хімічних реакцій, фазових переходів, полімеризації і ін.

  • визначення концентрації розчинів

  • визначення прочностных характеристик і складу матеріалів, визначення наявності домішок .



Велика група методів виміру заснована на віддзеркаленні і розсіянні УЗ хвиль на кордонах між середовищами. Ці методи дозволяють точно визначати місцезнаходження чужорідних для середовища тіл і використовуються в таких сферах як:

  • Велика група методів виміру заснована на віддзеркаленні і розсіянні УЗ хвиль на кордонах між середовищами. Ці методи дозволяють точно визначати місцезнаходження чужорідних для середовища тіл і використовуються в таких сферах як:

  • гидролокация

  • неруйнівний контроль і дефектоскопія

  • медична діагностика

  • визначення рівнів рідин і сипких тіл в закритих ємкостях

  • визначення розмірів виробів

  • візуалізація звукових полів - звукобачення і акустична голографія.

  • визначення швидкості перебігу рідини і газу

  • Особливо слід зазначити широкі можливості ультразвука для очищення і миття різних поверхонь і матеріалів.



Ультразвук - чарівник і маг чистоти

  • Що таке пружні коливання середовища (візьмемо, наприклад, рідину)? Це фактично коливання тиску в її локальних ділянках (див. мал. 1). Тобто, якщо узяти який-небудь досить маленький об'єм рідини, то вийде, що в нім тиск постійно «скаче» те вище, то нижче нормального. Причому частота цих «стрибків» збігається з частотою ультразвука, що породжує їх. Физико-хімічні властивості рідини сильно залежать від тиску. Зокрема це відноситися до температури кипіння, яка тим нижче, чим нижче тиск усередині рідини. Тобто, в принципі, можна змусити кипіти навіть холодну воду. Повернемося до наших коливань. Якщо падіння тиску достатнє великий, то рідина легко скипає (при цьому жоден нагрів не потрібний!). Кипіння йде дуже нетривалий час (порядка половина періоду коливань) і на дуже невеликих ділянках (порядка половина довжини хвилі). Після чого падіння тиску змінялося зростанням, і рідина кипіти більше не може. Потім цикл повторюється.



Тепер пригадаємо, що ж таке кипіння. Це перехід рідини в газоподібний стан за всім киплячим обсягом. Практично ж це виявляється як утворення багаточисельних бульбашок, що складаються з пари і газів, які були розчинені в рідині (в першу чергу це повітря).

  • Тепер пригадаємо, що ж таке кипіння. Це перехід рідини в газоподібний стан за всім киплячим обсягом. Практично ж це виявляється як утворення багаточисельних бульбашок, що складаються з пари і газів, які були розчинені в рідині (в першу чергу це повітря).

  • Такі бульбашки у великій кількості утворюються в ділянках низького тиску в ультразвуковому полі. Це явище отримало назву кавітації і є основним специфічним ефектом ультразвука в рідкому середовищі. Бульбашки, що утворюються, називають бульбашками кавітацій або порожнинами кавітацій .

  • Коли тиск знов зростає, бульбашки різко зменшуються в розмірах. Дрібні бульбашки взагалі закриваються, а великі просто стають дрібнішими. Бульбашки першого вигляду називають такими, що закриваються, а другого - пульсуючими . Закриваючись, бульбашка породжує ударну хвилю, яка впливає на предмети, що знаходяться поблизу. Коли такі бульбашок достатні багато, дія стає вельми сильною і навіть руйнівним для деяких речовин. Цей ефект має назву гидроабразивного руйнування, і є основою технології ультразвукового очищення. Адже забруднення, як правило, менш стійки, чим поверхня, що очищається, і під дією ультразвука швидко руйнуються.

  • Пульсуючі бульбашки також грають свою роль. Із струмами рідини вони проникають в зазори і щілини в плівці забруднення, а також між забрудненням і поверхнею, що очищається. Пульсуючи, вони розхитують частки забруднення, тим самим сприяючи його руйнуванню.



Медузи і інфразвуки

  • На краю "дзвону" у медузи розташовані примітивні очі і органи рівноваги - слухові колби величиною з шпилькову голівку. Це і есть"уши" медузи. Проте "чують" вони не просто звукові коливання, доступні і нашому вуху, а інфразвуки з частотою 8 - 13 герц. Перед штормом вітер, що посилюється, зриває гребені хвиль і захльостує їх. Кожне таке закриття води на гребені хвилі породжує акустичний удар, створюються інфразвукові коливання, їх-то і уловлює своїм куполом медуза. Дзвін медузи підсилює інфразвукові коливання (як рупор) і передає на "слухові колби". Шторм розігрується ще за сотні кілометрів від берега, він прийде в ці місця приблизно години через 20, а медузи вже чують його і вирушають на глибину. Потрібно віддати належне біонікам, які створили електронний автоматичний апарат, - провісник бурь, робота якого заснована на принципі "инфра вуха" медузи. Такий прилад може попередити про підготовлювану буру за 15 годин, а не за два, як звичайний морський барометр.





Схожі:

Що таке ультразвук icon1. Що таке синтаксис? Що таке синтаксис?
Присудок це головний член речення, який означає, що говориться про підмет, і відповідає на питання що робить підмет? що з ним робиться?...
Що таке ультразвук iconВ основному ультразвук має механічний,тепловий, хімічний та кавітаційний впливи
Зрештою, хвиля стиснення призводить до: змін у структурі протеїну, утворення вільних радикалів, зміни проникності клітинних мембран,...
Що таке ультразвук iconЩо це таке? Що це таке?
Це планування наших фінансових дій у майбутньому з метою досягнення найкращих довгострокових результатів
Що таке ультразвук iconПоширення механічних коливань у пружному середовищі. Поперечні та поздовжні хвилі. Довжина хвилі. (Звукові хвилі. Ультразвук. Інфразвук)
Педагогічна майстерність — це високе мистецтво навчання і виховання, що постійно вдосконалюється, доступне кожному педагогу, основу...
Що таке ультразвук iconЩо таке лексикологія? Що таке лексикологія?
На які групи поділяються слова за походженням, за активністю вживання, за семантичним значенням?
Що таке ультразвук iconЩо таке послуга? Що таке послуга?
Послуги досить поширене явище у сучасному житті споживачів та у діловій діяльності
Що таке ультразвук iconЩо таке патоген? Що таке патоген?
Хвороба, коли інфекція зумовлює ушкодження і порушення життєвих функцій чи систем організму
Що таке ультразвук iconЩо таке патоген? Що таке патоген?
Хвороба, коли інфекція зумовлює ушкодження і порушення життєвих функцій чи систем організму
Що таке ультразвук iconЩо таке мультимедіа? Що таке мультимедіа?
За допомогою якого програмного забезпечення можна створити мультимедійну презентацію?
Що таке ультразвук iconЩо таке багатозадачність? Що таке багатозадачність?
Для розуміння паралельної програми треба чітко визначити можливий порядок виконання операцій!

Додайте кнопку на своєму сайті:
dok.znaimo.com.ua


База даних захищена авторським правом ©dok.znaimo.com.ua 2013
звернутися до адміністрації
dok.znaimo.com.ua
Головна сторінка