Навигация
План
1. Народження ультразвуку
2. Джерела ультразвуку
3. Ультразвук в природі
4. Застосування ультразвуку
Використані джерела
1. Народження ультразвуку
У 1880 році французькі фізики, брати Пьер і Поль Кюри, відмітили, що при стисненні і розтягуванні кристала кварцу з двох сторін на його гранях, перпендикулярних напряму стиснення, з'являються електричні заряди. Це явище було назване п'єзоелектрикою (від грецького «п'єзо» – «тисну»), а матеріали з такими властивостями – п’єзоелектриками. Пізніше це явище пояснили анізотропією кристала кварцу – різні фізичні властивості уздовж різних граней.
Під час першої світової війни французький дослідник Поль Ланжевен запропонував використовувати п'єзоелектричний ефект для виявлення підводних човнів. Якщо п’єзоелектрик зустрічає на своєму шляху ультразвукову хвилю від гвинта човна, який розповсюджується із швидкістю 1460 км/с, то вона стискає його грані, і на них з'являються електричні заряди. Стискаючись і розтискав, кристал як би генерує змінний електричний струм, який можна зміряти чутливими приладами. Якщо ж до граней кристала прикласти змінну напругу, він сам почне коливатися, стискаючись і розтискав з частотою змінної напруги. Ці коливання кристала передаються середовищу, що граничить з кристалом (повітрю, воді, твердому тілу). Так виникає ультразвукова хвиля.
Ланжевен спробував зарядити грані кварцевого кристала електрикою від генератора змінного струму високої частоти. При цьому він відмітив, що кристал коливається в такт зміні напруги. Щоб підсилити ці коливання, учений вклав між сталевими листами-електродами не одну, а декілька пластинок і добився виникнення резонансу – різкого збільшення амплітуди коливань. Ці дослідження Ланжевена дозволили створювати ультразвукові випромінювачі різної частоти. Пізніше з'явилися випромінювачі на основі титанату барії, а також інших кристалів і кераміки, які можуть бути будь-якої форми і розмірів.
Ультразвук можна отримати і іншим способом. У 1847 році англійський фізик Джеймс Джоуль виявив, що при перемагнічуванні електричним струмом залізних і нікелевих стрижнів вони то зменшуються, то збільшуються в такт змінам напряму струму. При цьому в навколишньому середовищі збуджуються хвилі, частота яких залежить від коливань стрижня. Це явище назвали магнітострикцією (від латинського «стриктус» – «стиснення»).
Ультразвук виявився просто знахідкою для вирішення технічних, наукових і медичних завдань. Наприклад, ультразвукові дефектоскопи, об'єднані з комп'ютером, допомагають контролювати якість зварних швів, бетонних опор і плит. Ультразвукову апаратуру також з успіхом застосовують для різання і свердлення металів, скла і інших матеріалів. Ультразвук можна використовувати для подрібнення речовини – наприклад, для приготування тонко розмолотого цементу або азбесту, для отримання однорідних емульсій, для очищення рідини або газу від домішок. За допомогою сфокусованого пучка ультразвукових хвиль розпилюють деякі рідини, наприклад, ароматичні речовини, лікарські препарати. «Ультразвуковий туман», що виходить, як правило, якісніший, ніж аерозольний. І сам цей метод екологічно безпечніший, оскільки можна відмовитися від фтормістких газів, які використовуються в аерозольних балончиках.
2. Джерела ультразвуку
Частота надвисокочастотних ультразвукових хвиль, вживаних в промисловості і біології, лежить в діапазоні порядку декількох Мгц. Фокусування таких пучків зазвичай здійснюється за допомогою спеціальних звукових лінз і дзеркал. Ультразвуковий пучок з необхідними параметрами можна отримати за допомогою відповідного перетворювача. Найбільш поширені керамічні перетворювачі з титанату барії. У тих випадках, коли основне значення має потужність ультразвукового пучка, зазвичай використовуються механічні джерела ультразвуку. Спочатку всі ультразвукові хвилі отримували механічним шляхом (камертони, свистки, сирени).
Свисток Гальтона
Перший ультразвуковий свисток зробив в 1883 році англієць Гальтон. Ультразвук тут створюється подібно до звуку високого тону на вістря ножа, коли на нього потрапляє потік повітря. Роль такого вістря в свистку Гальтона грає «губа» в маленькій циліндровій резонансній порожнині. Газ, що пропускається під високим тиском через порожнистий циліндр, ударяється об цю «губу»; виникають коливання, частота яких (вона складає близько 170 кГц) визначається розмірами сопла і губи. Потужність свистка Гальтона невелика. В основному його застосовують для подачі команд при дресируванні собак.
Рідинний ультразвуковий свисток
Більшість ультразвукових свистків можна пристосувати для роботи в рідкому середовищі. В порівнянні з електричними джерелами ультразвука рідинні ультразвукові свистки малопотужні, але іноді, наприклад, для ультразвукової гомогенізації, вони володіють істотною перевагою. Оскільки ультразвукові хвилі виникають безпосередньо в рідкому середовищі, то не відбувається втрати енергії ультразвукових хвиль при переході з одного середовища в іншу.
Мабуть, найбільш вдалою є конструкція рідинного ультразвукового свистка, виготовленого англійськими ученими Коттелем і Гудменом на початку 50-х років 20 століть. У нім потік рідини під високим тиском виходить з еліптичного сопла і прямує на сталеву пластинку. Різні модифікації цієї конструкції набули досить широкого поширення для отримання однорідних середовищ.
Завдяки простоті і стійкості своєї конструкції (руйнується пластинка, що тільки коливається) такі системи довговічні і недорогі.
Сирена
Інший різновид механічних джерел ультразвуку – сирена. Вона володіє щодо великою потужністю і застосовується в міліційних і пожежних машинах. Всі ротаційні сирени складаються з камери, закритої зверху диском (статором), в якому зроблена велика кількість отворів. Стільки ж отворів є і на диску, що обертається усередині камери, – роторі. При обертанні ротора положення отворів в нім періодично співпадає з положенням отворів на статорі. У камеру безперервно подається стисле повітря, яке виривається з неї в ті короткі миті, коли отвори на роторі і статорі співпадають. Основне завдання при виготовленні сирен – це, по-перше, зробити якомога більше отворів в роторі і, по-друге, досягти великої швидкості його обертання. Проте практично виконати обидва ці вимоги дуже важко.
Похожие работы
... ультразвуковых колебаний. Теоретически, поглощение пропорционально квадрату частоты. Величину поглощения можно характеризовать коэффициентом поглощения, который показывает, как изменяется интенсивность ультразвука в облучаемой среде. С ростом частоты он увеличивается. Интенсивность ультразвуковых колебаний в среде уменьшается по экспоненциальному закону. Этот процесс обусловлен внутренним трением ...
... риск практически сводится к нулю. Так что все опасения относительно вредного влияния ультразвука не имеют под собой почву. И, тем не менее, врачи, основываясь на многолетнем опыте использования ультразвука, установили некоторые противопоказания для ультразвуковой терапии. Это – острые интоксикации, болезни крови, ишемическая болезнь сердца со стенокардией, тромбофлебит, склонность к кровотечениям ...
... излучателей с фронтальным типом излучения. Приведённый график иллюстрирует резкое повышение скорости осаждения покрытия под воздействием ультразвука (кривая 1) по сравнению с традиционными установками (кривая 2). Сегодня катализаторы – самый распространенный элемент химических технологий. Но мало кто знает, что сходных, причем специфических эффектов можно добиться с помощью мощных ультразвуковых ...
... примесей и др. Ультразвук ускоряет некоторые химические реакции, особенно процессы окисления за счет реакционно-способных радикалов Н, ОН и др, что может быть использовано при получении химических соединений. Кавитационный ультразвук используется для разрушения оболочек растительных или животных клеток и извлечения из них различных биологически активных веществ - ферментов, токсинов, витаминов ...
0 комментариев