Ультразвук

20.02.2017

Реферат з фізики на тему: «Ультразвук»

Ультразвук

Ультразвук — пружні хвилі високої частоти. Людське вухо сприймає поширюються в середовищі пружні хвилі частотою приблизно до 16 000 коливань в секунду (Гц); коливання з більш високою частотою являють собою ультразвук (за межею чутності). Зазвичай ультразвуковим діапазоном вважають смугу частот від 20 000 до декількох мільярдів герц. Хоча про існування ультразвуку вченим було відомо давно, практичне використання його в науці, техніці і промисловості почалося порівняно недавно. Зараз ультразвук широко застосовується в різних фізичних і технологічних методах.

Гидролокация. В кінці Першої світової війни з’явилася одна з перших практичних ультразвукових систем, призначена для виявлення підводних човнів. Пучок ультразвукового випромінювання може бути зроблений гостро спрямованим, і за відбитого від цілі сигналу (ехо-сигналу) можна визначити напрямок на цю мету. Вимірюючи час проходження сигналу до цілі і назад, визначають відстань до неї. До теперішнього часу система, іменована гідролокатором, або сонаром, стала невід’ємним засобом мореплавання. Якщо направити імпульсне ультразвукове випромінювання в бік дна і виміряти час між посиланням імпульсу та його поверненням, можна визначити відстань між випромінювачем і приймачем, тобто глибину. Засновані на цьому складні системи автоматичної реєстрації застосовуються для складання карт дна морів і океанів, а також русел річок. Відповідні навігаційні системи атомних підводних човнів дозволяють їм здійснювати безпечні переходи навіть під полярними льодами.

Дефектоскопія. Зондування ультразвуковими імпульсами застосовується і для досліджень властивостей різних матеріалів і виробів з них. Проникаючи в тверді тіла, такі імпульси відбиваються від їх меж, а також від різноманітних чужорідних утворень в товщі досліджуваної середовища, таких, як порожнини, тріщини та ін вказуючи на їх розташування. Ультразвук «перевіряє» матеріал, не викликаючи в ньому руйнувань. Такими неруйнівними методами контролю перевіряють якість масивних сталевих поковок, алюмінієвих блоків, залізничних рейок, зварних швів машин.

Ультразвуковий витратомір. Принцип дії такого приладу заснований на ефекті Доплера. Імпульси ультразвуку направляються поперемінно по потоку і проти нього. При цьому швидкість проходження сигналу то складається із швидкості поширення ультразвуку в середовищі і швидкості потоку, то ці величини віднімаються. Виникає різниця фаз імпульсів в двох гілках вимірювальної схеми реєструється електронним обладнанням, і в результаті вимірюється швидкість потоку, а за нею і масова швидкість (витрата). Цей вимірник не вносить змін в потік рідини і може застосовуватися як до потоку в замкнутому контурі, наприклад, для дослідження кровотоку в аорті або системи охолодження атомного реактора, так і до відкритого потоку, наприклад річки.

Хімічна технологія. Вищеописані методи відносяться до категорії малопотужних, в яких фізичні характеристики середовища не змінюються. Але існують і методи, в яких на середу направляють ультразвук великої інтенсивності. При цьому в рідині розвивається потужний кавітаційний процес утворення безлічі бульбашок, або каверн, які при підвищенні тиску складаються), зумовлюючи істотні зміни фізичних і хімічних властивостей цього середовища. Численні методи ультразвукового впливу на хімічно активні речовини об’єднуються в науково-технічну галузь знань, звану ультразвукової хімією. В ній досліджуються та стимулюються такі процеси, як гідроліз, окислення, перебудова молекул, полімеризація, деполімеризація, прискорення реакцій.

Ультразвукова пайка. Кавітація, обумовлена потужними ультразвуковими хвилями в металевих розплавах і руйнує окисну плівку алюмінію, що дозволяє проводити його пайку олов’яним припоєм без флюсу. Вироби з спаяних ультразвуком металів стали звичайними промисловими товарами.

Ультразвукова механічна обробка. Енергія ультразвуку успішно використовується при машинній обробці деталей. Оскільки такий метод дозволяє обробляти дуже тверді і крихкі матеріали – скло, кераміку, карбід вольфраму, загартовану сталь. У промисловості також використовується багато різного ультразвукового обладнання для очищення поверхонь кварцових кристалів та оптичного скла, малих прецизійних шарикопідшипників, зняття задирок з малогабаритних деталей.

Широко застосовується ультразвук для приготування однорідних сумішей. Ще в 1927 році американські вчені Лимус і Вуд виявили, що якщо дві незмішувані рідини (наприклад, масло і воду злити в одну мензурку і піддати опроміненню ультразвуком, то в мензурці утворюється емульсія, тобто дрібна суспензія масла у воді. Подібні емульсії відіграють велику роль в промисловості: це лаки, фарби, фармацевтичні вироби, косметика.

Застосування в біології і медицині. Те, що ультразвук активно впливає на біологічні об’єкти (наприклад, вбиває бактерії), відомо вже більше 70 років. Ультразвукові стерилізатори хірургічних інструментів застосовуються в лікарнях і клініках. Електронна апаратура зі скануючим ультразвуковим променем служить цілям виявлення пухлин в мозку і постановки діагнозу, використовується в нейрохірургії для інактивації окремих ділянок головного мозку потужним сфокусованим високочастотним (близько 1000 кГц) пучком. Але найбільш широко ультразвук застосовується в терапії – при лікуванні люмбаго, міалгії та контузій, хоча досі серед медиків немає єдиної думки про конкретний механізм впливу ультразвуку на хворі органи. Високочастотні коливання викликають внутрішній розігрів тканин, що супроводжується, можливо, микромассажем.

Виявлення і вимірювання за допомогою ультразвуку. Тиск ультразвукової хвилі перевершує тиск хвилі звичайного звуку в тисячі разів і легко виявляється за допомогою мікрофонів в повітрі і гидрофонов у воді. Це дає можливість застосування ультразвуку для виявлення і вимірювання. Наприклад, ультразвуковий інтерферометр.

Генерація ультразвукових хвиль. Ультразвук можна отримати від механічних, електромагнітних і теплових джерел. Механічними випромінювачами зазвичай служать різного роду сирени переривчастого дії. У повітря вони випускають коливання потужністю до декількох кіловат на частотах до 40 кГц. Ультразвукові хвилі в рідинах і твердих тілах звичайно збуджують електроакустичними, магнитострикционными і п’єзоелектричними перетворювачами.

Сирена одна з різновидів механічних джерел ультразвуку. Вона володіє відносно великою потужністю і застосовується в міліцейських та пожежних машинах. Всі ротаційні сирени складаються з камери, закритої зверху диском (статором), в якому зроблено велику кількість отворів. Стільки ж отворів є і на обертовому всередині камери диску — роторі. При обертанні ротора положення отворів в ньому періодично збігається з положенням отворів на статорі. В камеру безперервно подається стиснене повітря, що виривається з неї в ті короткі миті, коли отвори на роторі і статорі збігаються. 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.

Короткий опис статті: застосування ультразвуку Реферат з фізики: Ультразвук Ультразвук, реферат, фізики

Джерело: Ультразвук

Також ви можете прочитати