Чудо  - Рациональность - Наука - Духовность

Клуб Исследователь - главная страница

ЖИЗНЕННЫЙ ПУТЬ - это путь исследователя, постигающего тайны мироздания

Чем больше знаешь, тем больше убеждаешься что ни чего не знаешь...

Главная

Библиотека

О клубе
ГАИ "Алтай-Космопоиск"
Путеводитель по Алтаю
Маршруты (походы)
   Туризм

X-files

Наука и технологии

Техника и приборы

Косморитмодинамика

Новости

Фотоальбомы

Видеоальбомы

Карты (треки)

Прогноз погоды

Контакты

Форум

Ссылки, баннеры

 

Наш сайт доступен

на

52 языках

 

 
Если вам понравился сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.
 
 
 
 
 
  Locations of visitors to this page
LightRay Рейтинг Сайтов YandeG Яндекс цитирования Яндекс.Метрика

 

Besucherzahler

dating websites

счетчик посещений

russian brides

contador de visitas

счетчик посещений

 

 

Здесь

может быть ваша реклама.

 

Наука и технологии

Виртуальный фонд естественнонаучных и научно-технических эффектов "Эффективная физика"
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ы  Э  Ю  Я   По связи разделов
Генерация ультразвука
Создание упругих колебаний и волн, частота которых превышает область слышимого (воспринимаемого человеком) звука

Анимация

Описание

Генерация (от лат. generatio - рождение) ультразвука - создание упругих колебаний и волн, частота которых превышает область слышимого (воспринимаемого человеком) звука.

Ультразвук (УЗ) - упругие колебания и волны с частотой более » 20 кГц. Излучение УЗ происходит вследствие электромеханического преобразования электрического сигнала в упругий гармонический или импульсный сигнал, или при наличии препятствий на пути постоянного потока газа или жидкости (свистки, сирены). УЗ присутствует в природе в составе спектра многих естественных шумов, может генерироваться некоторыми животными и птицами. Нижняя граница области УЗ - частот, отделяющая ее от области слышимого звука, во многом является условной, поскольку определяется субъективными особенностями человеческого слуха. В научной литературе, во избежание неопределенности, за пороговое значение частоты УЗ обычно принимают частоту 20 кГц. Верхняя граница УЗ-частот обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться в материальной среде при условии, что длина волны значительно больше длины свободного пробега молекул в газе или межатомных расстояний в жидкостях или твердых телах. Так, в газах верхняя граница частот УЗ порядка 109 Гц, а в жидкостях и твердых телах - 1012 - 1013 Гц. Упругие волны с частотами 109 - 1013 Гц принято называть гиперзвуком.

УЗ - волны как упругие волны по своей природе не отличаются от упругих волн звукового или инфразвукового диапазонов. Их распространение описывается общими волновыми уравнениями. В газах и жидкостях распространяются только продольные волны, а в твердых телах - продольные и поперечные волны. Для УЗ также применимы законы отражения звука, преломления звука, рефракции звука, дифракции звука, интерференции волн. При распространении УЗ волн в среде происходит их затухание вследствие поглощения и рассеяния. В сильно неоднородных и ограниченных средах имеет место дисперсия скорости УЗ. Ниже будут рассмотрены специфические особенности УЗ.

Особенности УЗ обусловлены относительно высокими его частотами и соответственно малыми длинами волн. Так, длины волн УЗ варьируют, в зависимости от частоты, от нескольких сантиметров вблизи нижней границы УЗ-диапазона до 10-5 см - для гиперзвуковых частот. Вследствие малости длины волны процесс распространения УЗ - волн носит лучевой характер. Параметр, определяющий степень отклонения волновой картины от геометрической (при котором необходимо учитывать дифракционные эффекты), имеет вид:

 

 

P=sqrt(r)¤D

 

где l - длина волны;

r - расстояние от точки наблюдения до объекта;

D - характерный размер объекта.

 

Даже при относительно небольшой величине D для среднего и высокочастотного диапазонов УЗ параметр Р невелик. Таким образом, попадая на крупные препятствия, дефекты или неоднородности среды УЗ - луч испытывает регулярные отражение и преломление. При попадании УЗ луча на малые препятствия возникает рассеянная волна, что позволяет обнаружить в среде весьма малые неоднородности - порядка 0.1 и 0.01 мм. Эта особенность УЗ нашла широкое применение в УЗ-диагностике и дефектоскопии.

Отражение и рассеяние УЗ на неоднородностях среды позволяют формировать в оптически непрозрачных средах акустические изображения предметов с использованием УЗ фокусирующих систем подобно тому, как это делается с помощью световых лучей. Для фокусировки УЗ применяют акустические линзы, рефлекторы, излучатели вогнутой формы; размеры этих устройств должны быть много больше длины волны. Фокусировка УЗ позволяет не только получать звуковые изображения в системах звуковидения и акустической голографии, но и концентрировать звуковую энергию для создания в среде высокой интенсивности звука, что находит практическое применение во многих технических системах и технологических процессах (см. "Примеры использования в технике").

Важной особенностью УЗ является возможность получения высокой интенсивности при относительно небольших амплитудах колебательного смещения, так как при данной амплитуде интенсивность пропорциональна квадрату частоты. Соответственно с частотой возрастает и роль нелинейных эффектов в УЗ-вом поле большой интенсивности. В частности, могут развиваться акустические течения, скорость которых мала по сравнению с колебательной скоростью частиц. С увеличением частоты возрастает радиационное давление, величина которого пропорциональна интенсивности УЗ. На тела, находящиеся в УЗ-вом поле большой интенсивности действуют пондеромоторные силы акустического и гидродинамического происхождения, пропорциональные квадрату колебательной скорости частиц. Важнейшим нелинейным эффектом в УЗ-вом поле является акустическая кавитация. Связанные с ней эффекты оказывают разнообразное влияние на вещество: происходит разрушение находящихся в жидкости твердых тел (кавитационная эрозия), возникает перемешивание жидкости, снижается ее вязкость, инициируются или ускоряются различные физические и химические процессы.

Временные характеристики

Время инициации (log to от -12 до -4);

Время существования (log tc от -10 до 10);

Время деградации (log td от -11 до -3);

Время оптимального проявления (log tk от -3 до 3).

Диаграмма:

Технические реализации эффекта

Техническая реализация эффекта

Для инициирования УЗ в твердой, жидкой или газообразной среде достаточно вывести какую-либо область среды из состояния равновесия - вызвать его упругую деформацию путем электромеханического преобразования электрического сигнала УЗ частоты, или воздействуя на данную область коротким импульсом, спектр которого содержит УЗ -вые компоненты. Источником начального возмущения может быть, например, электроакустический преобразователь любого типа (пьезокерамический, магнитострикционный и т.п.), находящийся в непосредственном контакте со средой или соединенный с ней посредством дополнительных звеньев, склеек и др., рис. 1.

 

Ультразвук

 

 

Рис. 1

 

Обозначения:

1 - генератор электрического сигнала (а - импульсного, b - гармонического с частотой более 20кГц);

2 - пьезоэлектрический излучатель с собственной частотой более 20 кГц;

3 - среда, в которую излучается УЗ-вой сигнал импульсного (а) или гармонического (b) типа.

Применение эффекта

Разнообразные практические применения УЗ различных частотных диапазонов представлены в таблице 1.

 

Литература

 1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.

 2. Ультразвуковые преобразователи / Под ред. Е. Кикучи.- М.: Мир, 1972.

Ключевые слова

  • акустика
  • амплитуда
  • акустическая голография
  • акустическое течение
  • волна
  • волна гармоническая
  • волна упругая
  • гиперзвук
  • давление радиационное
  • диспергирование
  • дифракция
  • длина волны
  • звук
  • звуковидение
  • звуковизор
  • интенсивность
  • интерференция
  • инфразвук
  • коэффициент отражения
  • коэффициент преломления
  • коэффициент прохождения
  • пондеромоторные силы
  • рассеяние
  • ультразвук
  • ультразвуковая дефектоскопия
  • ультразвуковая диагностика
  • ультразвуковая кавитация
  • ультразвуковая очистка
  • ультразвуковая эрозия
  • ультразвуковая диспергирование
  • ультразвуковая фокусировка
  • ультразвуковая частота

Разделы естественных наук:

Акустика
Механические колебания и волны
Общие вопросы газо- и гидродинамики
Твердые тела

Формализованное описание Показать