Ультразвук - пружні звукові коливання високої частоти. Людське вухо
сприймає поширюються в середовищі пружні хвилі частотою приблизно до 16-20 кГц;
коливання з більш високою частотою є ультразвук (за межею чутності). Зазвичай
ультразвуковим діапазоном вважають смугу частот від 20 000 до мільярда Гц.
Звукові коливання з більш високою частотою називають гіперзвуком. У рідинах і
твердих тілах звукові коливання можуть досягати 1000 ГГц.
Поняття «ультразвук» придбало в даний час більш широкий зміст, ніж просто
позначення високочастотної частини спектра акустичних хвиль. З ним пов'язані
цілі області сучасної фізики, промислової технології, інформаційної та
вимірювальної техніки, медицини та біології.
Частота надвисокочастотних ультразвукових хвиль, вживаних в промисловості і
біології, лежить в діапазоні порядку декількох МГц. Фокусування таких пучків
звичайно здійснюється за допомогою спеціальних звукових лінз і дзеркал.
Ультразвуковий пучок з необхідними параметрами можна одержати за допомогою
відповідного перетворювача. Найбільш поширені керамічні перетворювачі з
титаніту барію. У тих випадках, коли основне значення має потужність ультразвукового
пучка, звичайно використовуються механічні джерела ультразвуку. Спочатку всі
ультразвукові хвилі одержували механічним шляхом (камертони, свистки, сирени).
У природі УЗ зустрічається як в якості компонентів багатьох природних шумів
(в шумі вітру, водоспаду, дощу, в шумі гальки, перекочується морським прибоєм,
в звуках, які супроводжують грозові розряди, і т. д.), так і серед звуків
тваринного світу. Деякі тварини користуються ультразвуковими хвилями для
виявлення перешкод, орієнтування в просторі.
Випромінювачі ультразвуку можна поділити на дві великі групи. До першої
відносяться випромінювачі-генератори; коливання в них збуджуються через
наявність перешкод на шляху постійного потоку - струменя газу або рідини. Друга
група випромінювачів - електроакустичні перетворювачі, вони перетворять вже
задані коливання електричної напруги або струму в механічне коливання твердого
тіла, яке і випромінює в навколишнє середовище акустичні хвилі.
Широке поширення ультразвукових методів обумовлено появою нових надійних
засобів випромінювання та прийому акустичних хвиль, з одного боку, забезпечили
можливість істотного підвищення випромінюваної ультразвукової потужності та
збільшення чутливості при прийомі слабких сигналів, а з іншого - дозволили
просунути верхню межу діапазону випромінюваних і прийнятих хвиль в область
гіперзвукових частот.
Хоча про існування ультразвука ученим було відомо давно, практичне
використання його в науці, техніці і промисловості почалося порівняно недавно.
Зараз ультразвук широко застосовується в різних галузях фізики, технології,
хімії та медицини.
Ультразвук широко застосовуеться в медицині завдяки
гарному поширенню ультразвуку в м'яких тканинах людини, її відносній
нешкідливості порівняно з рентгенівськими променями і простотою використання в
порівнянні з магнітно-резонансною томографією ультразвук широко застосовується
для візуалізації стану внутрішніх органів людини. Також завдяки тому що
ультразвук володіє такими властивостями як протизапальна, розсмоктуюча,
спазмолітину він застосовується в медицині як лікувальний засіб.
За допомогою ультразвуку, магнітострикційний вібратор може просвердлити в
металі отвір будь-якої форми. Ультразвукове долото цілком замінює фрезерний
верстат. При цьому таке долото набагато простіше фрезерного верстата і
обробляти ним металеві деталі дешевше і швидше, ніж фрезерним верстатом.
Ультразвуком можна навіть робити гвинтову нарізку в металевих деталях, в склі,
в рубіні, в алмазі.
Широко застосовується ультразвук для приготування однорідних сумішей
(гомогенізації). Ще в 1927 році американські вчені Лімус і Вуд виявили, що якщо
дві незмішувані рідини (наприклад, масло і воду) злити в одну мензурку і
піддати опроміненню ультразвуком, то в мензурки утворюється емульсія, тобто
дрібна суспензія масла у воді. Подібні емульсії відіграють велику роль в
промисловості: це лаки, фарби, фармацевтичні вироби, косметика.
Здатність ультразвуку розривати оболонки клітин знайшла застосування в
біологічних дослідженнях, наприклад, при необхідності відокремити клітину від ферментів.
Інше застосування ультразвуку в біології пов'язане з його здатністю викликати
мутації.
В лабораторіях і на виробництві застосовуються ультразвукові ванни для
очищення лабораторного посуду і деталей від дрібних частинок. У ювелірній
промисловості ювелірні вироби очищають від дрібних частинок полірувальної пасти
в ультразвукових ваннах.
У рибної промисловості застосовують ультразвукову ехолокацію для виявлення
косяків риб. Ультразвукові хвилі відбиваються від косяків риб і приходять в
приймач ультразвука раніше, ніж ультразвукова хвиля, відбилася від дна.
Ультразвук добре поширюється в деяких матеріалах, що дозволяє
використовувати його для ультразвукової дефектоскопії виробів з цих матеріалів.
Останнім часом отримує розвиток напрямок ультразвукової мікроскопії, дозволяє
досліджувати підповерхневий шар матеріалу з гарною роздільною здатністю.
Останнім часом ультразвук використовуеться в електроніці та
мікроелектроніці для зварювання. Ультразвукове зварювання - зварювання тиском,
що здійснюється при впливі ультразвукових коливань. Такий вид зварювання
застосовується для з'єднання деталей, нагрівання яких утруднений, або при
з'єднанні різнорідних металів або металів з міцними окисними плівками
(алюміній, нержавіючі сталі, магнітопроводи з пермаллоя і т. п.). Так
ультразвукова зварка застосовується при виробництві інтегральних мікросхем.
Комментариев нет:
Отправить комментарий