什么是超聲波意思
什么是超聲波意思
超聲波在醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應用。超聲波因其頻率下限大于人的聽覺上限而得名。那么你對超聲波了解多少呢?以下是由學習啦小編整理關于什么是超聲波的內(nèi)容，希望大家喜歡!
什么是超聲波
超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，它的方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應用。超聲波因其頻率下限大于人的聽覺上限而得名。
科學家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲(Hz)。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為20Hz-20000Hz。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。通常用于醫(yī)學診斷的超聲波頻率為1兆赫茲-30兆赫茲。
理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很高，因而能量很大.在中國北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風扇把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣濕度，這就是超聲波加濕器的原理。如咽喉炎、氣管炎等疾病，很難利用血流使藥物到達患病的部位，利用加濕器的原理，把藥液霧化，讓病人吸入，能夠提高療效。利用超聲波巨大的能量還可以使人體內(nèi)的結石做劇烈的受迫振動而破碎，從而減緩病痛，達到治愈的目的。超聲波在醫(yī)學方面應用非常廣泛，可以對物品進行殺菌消毒。
超聲的效應
超聲效應：當超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的和化學的變化，從而產(chǎn)生一系列力學的、熱學的、電磁學的和化學的超聲效應，包括以下4種效應：
?、贆C械效應。超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當超聲波流體介質(zhì)中形成駐波時，懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而凝聚在波節(jié)處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時，由于超聲波的機械作用而引起的感生電極化和感生磁化(見電介質(zhì)物理學和磁致伸縮)。
?、诳栈饔?。超聲波作用于液體時可產(chǎn)生大量小氣泡。一個原因是液體內(nèi)局部出現(xiàn)拉應力而形成負壓，壓強的降低使原來溶于液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強大的拉應力把液體“撕開”成一空洞，稱為空化。空洞內(nèi)為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質(zhì)的振動而不斷運動、長大或突然破滅。破滅時周圍液體突然沖入氣泡而產(chǎn)生高溫、高壓，同時產(chǎn)生激波。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。在液體中進行超聲處理的技術大多與空化作用有關。
?、蹮嵝Ｓ捎诔暡l率高，能量大，被介質(zhì)吸收時能產(chǎn)生顯著的熱效應。
④化學效應。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學反應。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過氧化氫;溶有氮氣的水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸;染料的水溶液經(jīng)超聲處理后會變色或退色。這些現(xiàn)象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學物質(zhì)的水解、分解和聚合過程。超聲波對光化學和電化學過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機物質(zhì)的水溶液經(jīng)超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這表明空化作用使分子結構發(fā)生了改變。
超聲的應用
超聲效應已廣泛用于實際，主要有如下幾方面：
超聲檢驗
超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術。超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術。把從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息(如對聲波的反射、吸收和散射的能力)，經(jīng)聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應用，在微電子器件制造業(yè)中用來對大規(guī)模集成電路進行檢查，在材料科學中用來顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。聲全息術是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術，其原理與光波的全息術基本相同，只是記錄手段不同而已(見全息術)。用同一超聲信號源激勵兩個放置在液體中的換能器，它們分別發(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過被研究的物體后成為物波，另一束作為參考波。物波和參考波在液面上相干疊加形成聲全息圖，用激光束照射聲全息圖，利用激光在聲全息圖上反射時產(chǎn)生的衍射效應而獲得物的重現(xiàn)像，通常用攝像機和電視機作實時觀察。
超聲處理
利用超聲的機械作用、空化作用、熱效應和化學效應，可進行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進化學反應和進行生物學研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個部門獲得了廣泛應用。
超聲波清洗
清洗的超聲波應用原理是由超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號，通過換能器轉換成高頻機械振蕩而傳播到介質(zhì)， 清洗溶劑中超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射，使液體流動而產(chǎn)生數(shù)以萬計的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡(空化核)在聲場的作用下振動，當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增長，然后突然閉合，在氣泡閉合時產(chǎn)生沖擊波，在其周圍產(chǎn)生上千個大氣壓力，破壞不溶性污物而使它們分散于清洗液中，當團體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時，油被乳化，固體粒子即脫離，從而達到清洗件表面凈化的目的。
超聲波加濕器
理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很高，因而能量很大.在中國北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風扇把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣濕度，這就是超聲波加濕器的原理。如咽喉炎、氣管炎等疾病，很難利用血流使藥物到達患病的部位，利用加濕器的原理，把藥液霧化，讓病人吸入，能夠提高療效。利用超聲波巨大的能量還可以使人體內(nèi)的結石做劇烈的受迫振動而破碎，從而減緩病痛，達到治愈的目的。超聲波在醫(yī)學方面應用非常廣泛，可以對物品進行殺菌消毒。
基礎研究
超聲波作用于介質(zhì)后，在介質(zhì)中產(chǎn)生聲弛豫過程，聲弛豫過程伴隨著能量在分子各自電度間的輸運過程，并在宏觀上表現(xiàn)出對聲波的吸收(見聲波)。通過物質(zhì)對超聲的吸收規(guī)律可探索物質(zhì)的特性和結構，這方面的研究構成了分子聲學這一聲學分支。普通聲波的波長遠大于固體中的原子間距，在此條件下固體可當作連續(xù)介質(zhì)。但對頻率在1012赫以上的 特超聲波 ，波長可與固體中的原子間距相比擬，此時必須把固體當作是具有空間周期性的點陣結構。點陣振動的能量是量子化的 ，稱為聲子(見固體物理學)。特超聲對固體的作用可歸結為特超聲與熱聲子、電子、光子和各種準粒子的相互作用。對固體中特超聲的產(chǎn)生、檢測和傳播規(guī)律的研究，以及量子液體——液態(tài)氦中聲現(xiàn)象的研究構成了近代聲學的新領域。
研究超聲波的產(chǎn)生、傳播 、接收，以及各種超聲效應和應用的聲學分支叫超聲學。產(chǎn)生超聲波的裝置有機械型超聲發(fā)生器(例如氣哨、汽笛和液哨等)、利用電磁感應和電磁作用原理制成的電動超聲發(fā)生器、以及利用壓電晶體的電致伸縮效應和鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應制成的電聲換能器等。
超聲除螨
科研人員發(fā)現(xiàn)，螨蟲的聽覺神經(jīng)系統(tǒng)很脆弱，對特定頻率的超聲非常敏感，針對螨蟲的這種生理特性，已有科技公司的研究人員開發(fā)出了超聲波除螨儀。這種新型的除螨產(chǎn)品采用現(xiàn)代微電子技術手段，直接用特殊頻率的超聲作用于螨蟲的聽覺神經(jīng)系統(tǒng)，使其生理系統(tǒng)紊亂，煩躁不安，食欲不振，最終奄奄一息逐漸死亡。采用這種原理的除螨產(chǎn)品不用添加任何化學藥劑，無毒無二次污染，對人體和家中寵物都沒有傷害，是比較理想的除螨產(chǎn)品。
超聲除油
將黏附有油污的制件放在除油液中，并使除油過程處于一定頻率的超聲波場作用下的除油過程，稱為超聲波除油。引入超聲波可以強化除油過程、縮短除油時間、提高除油質(zhì)量、降低化學藥品的消耗量。尤其對復雜外形零件、小型精密零件、表面有難除污物的零件及絕緣材料制成的零件有顯著的除油效果，可以省去費時的手工勞動，防止零件的損傷。
超聲波除油的效果與零件的形狀、尺寸、表面油污性質(zhì)、溶液成分、零件的放置位置等有關，因此，最佳的超聲波除油工藝要通過試驗確定。超聲波除油所用的頻率一般為30kHz左右。零件小時，采用高一些的頻率;零件大時，采用較低的頻率。超聲波是直線傳播的，難以達到被遮蔽的部分，因此應該使零件在除油槽內(nèi)旋轉或翻動，以使其表面上各個部位都能得到超聲波的輻照，受到較好的除油效果。另外超聲波除油溶液的濃度和溫度要比相應的化學除油和電化學除油低，以免影響超聲波的傳播，也可減少金屬材料表面的腐蝕。
超聲波空泡煉油化學原理
液體內(nèi)部產(chǎn)生的強超聲波引發(fā)出高能量密集式空泡群，空泡爆炸時，在微小的空間內(nèi)瞬間產(chǎn)生高達一千大氣壓的壓力和上千度的高溫。
在高壓高溫下，重油分子中C-C鍵斷裂，大分子的碳氫化合物分解為小分子的碳氫化合物; 原料中硫的有機化物在超聲波與空泡作用下，其C-S鍵發(fā)生斷裂，轉變?yōu)橹虚g烯烴、正烷烴、芳烴和硫化氫。生成的烯烴在超聲波熱解過程中轉變?yōu)檎闊N和芳烴。
含硫份高的重油大分子轉化為低硫小分子的汽油和柴油。少量沒有轉化或轉化程度低的剩余物用于制備高品質(zhì)瀝青。
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