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