Det 21. århundrede er århundredet for radioelektronik, atomet, rumforskning og ultralyd. Videnskaben om ultralyd er relativt ung i dag. I slutningen af det 19. århundrede gennemførte P. N. Lebedev, en russisk fysiolog, sine første undersøgelser. Derefter begyndte mange fremtrædende videnskabsmænd at studere ultralyd.
Hvad er ultralyd?
Ultralyd er en forplantende bølgende oscillerende bevægelse, som mediets partikler laver. Det har sine egne karakteristika, hvor det adskiller sig fra lydene fra det hørbare område. Det er relativt nemt at opnå rettet stråling i ultralydsområdet. Derudover fokuserer den godt, og som et resultat af dette øges intensiteten af de foretagne svingninger. Ved udbredelse i faste stoffer, væsker og gasser giver ultralyd anledning til interessante fænomener, der har fundet praktisk anvendelse inden for mange områder af teknologi og videnskab. Dette er hvad ultralyd er, hvis rolle i forskellige livssfærer i dag er meget stor.
Ultralyds rolle i videnskab og praksis
Ultralyd i de senere år begyndte at spille i videnskabelig forskningen stadig vigtigere rolle. Eksperimentelle og teoretiske undersøgelser inden for akustiske strømme og ultralydskavitation blev udført med succes, hvilket gjorde det muligt for forskere at udvikle teknologiske processer, der opstår, når de udsættes for ultralyd i væskefasen. Det er en kraftfuld metode til at studere forskellige fænomener inden for et vidensfelt som fysik. Ultralyd bruges for eksempel i halvleder- og faststoffysik. I dag dannes en separat gren af kemien, kaldet "ultralydskemi". Dens anvendelse gør det muligt at accelerere mange kemisk-teknologiske processer. Molekylær akustik blev også født - en ny gren af akustik, der studerer lydbølgernes molekylære interaktion med stof. Nye anvendelsesområder for ultralyd er dukket op: holografi, introskopi, akustoelelektronik, ultralydsfasemåling, kvanteakustik.
Ud over eksperimentelt og teoretisk arbejde på dette område er der i dag udført en del praktisk arbejde. Der er udviklet specielle og universelle ultralydsmaskiner, installationer, der opererer under øget statisk tryk osv. Automatiske ultralydsinstallationer, der indgår i produktionslinjer, er blevet indført i produktionen, hvilket kan øge arbejdsproduktiviteten markant.
Mere om ultralyd
Lad os tale mere om, hvad ultralyd er. Vi har allerede sagt, at disse er elastiske bølger og svingninger. Frekvensen af ultralyd er mere end 15-20 kHz. De subjektive egenskaber ved vores hørelse bestemmer den nedre grænse for ultralydsfrekvenser, somadskiller den fra frekvensen af den hørbare lyd. Denne grænse er derfor betinget, og hver af os definerer forskelligt, hvad ultralyd er. Den øvre grænse er angivet af elastiske bølger, deres fysiske natur. De forplanter sig kun i et materielt medium, det vil sige, at bølgelængden skal være væsentligt større end den gennemsnitlige frie vej for de molekyler, der er til stede i gassen, eller de interatomiske afstande i faste stoffer og væsker. Ved norm alt tryk i gasser er den øvre grænse for ultralydsfrekvenser 109 Hz, og i faste stoffer og væsker - 1012-10 13 Hz.
Ultralydkilder
Ultralyd findes i naturen både som en del af mange naturlige lyde (vandfald, vind, regn, småsten rullet af brændingen, såvel som i de lyde, der ledsager tordenvejr osv.), og som en integreret del af dyrenes verden. Nogle dyrearter bruger det til orientering i rummet, påvisning af forhindringer. Det er også kendt, at delfiner bruger ultralyd i naturen (hovedsageligt frekvenser fra 80 til 100 kHz). I dette tilfælde kan effekten af de lokalitetssignaler, der udsendes af dem, være meget stor. Delfiner er kendt for at være i stand til at opdage fiskestimer op til en kilometer væk.
Sendere (kilder) af ultralyd er opdelt i 2 store grupper. Den første er generatorer, hvor svingninger er ophidsede på grund af tilstedeværelsen af forhindringer i dem installeret i vejen for en konstant strøm - en stråle af væske eller gas. Den anden gruppe, som ultralydskilder kan kombineres i, erelektroakustiske transducere, der konverterer givne udsving i strøm eller elektrisk spænding til en mekanisk vibration lavet af et fast legeme, der udsender akustiske bølger ud i omgivelserne.
Ultralydmodtagere
Ved mellem- og lave frekvenser er ultralydsmodtagere oftest elektroakustiske transducere af piezoelektrisk type. De kan gengive formen af det modtagne akustiske signal, repræsenteret som en tidsafhængighed af lydtrykket. Enheder kan enten være bredbånd eller resonans, afhængigt af de anvendelsesforhold, de er beregnet til. Termiske modtagere bruges til at opnå tidsgennemsnitlige lydfeltkarakteristika. De er termistorer eller termoelementer belagt med et lydabsorberende stof. Lydtryk og intensitet kan også estimeres ved hjælp af optiske metoder, såsom diffraktion af lys ved ultralyd.
Hvor bruges ultralyd?
Der er mange områder af dets anvendelse, mens der bruges forskellige funktioner i ultralyd. Disse områder kan groft opdeles i tre områder. Den første af dem er forbundet med at opnå forskellige oplysninger ved hjælp af ultralydsbølger. Den anden retning er dens aktive indflydelse på stoffet. Og den tredje er forbundet med transmission og behandling af signaler. US af et bestemt frekvensområde bruges i hvert tilfælde. Vi vil kun dække nogle få af de mange områder, som den har fundet vej til.
Ultralydrensning
Kvaliteten af denne rengøring kan ikke sammenlignes med andre metoder. Ved skylning af dele, for eksempel, forbliver op til 80% af forurenende stoffer på deres overflade, omkring 55% - ved vibrationsrensning, omkring 20% - ved manuel rengøring, og ved ultralydsrensning er der ikke mere end 0,5% af forurenende stoffer tilbage. Detaljer, der har en kompleks form, kan kun renses godt ved hjælp af ultralyd. En vigtig fordel ved dets brug er høj produktivitet samt lave omkostninger til fysisk arbejde. Desuden kan du erstatte dyre og brændbare organiske opløsningsmidler med billige og sikre vandige opløsninger, bruge flydende freon osv.
Et alvorligt problem er luftforurening med sod, røg, støv, metaloxider osv. Du kan bruge ultralydsmetoden til at rense luft og gas i gasudtag, uanset den omgivende luftfugtighed og temperatur. Hvis en ultralydssender placeres i et støvaflejringskammer, vil dens effektivitet stige hundredvis af gange. Hvad er essensen af en sådan rensning? Støvpartikler, der bevæger sig tilfældigt i luften, rammer hinanden stærkere og oftere under påvirkning af ultralydsvibrationer. Samtidig øges deres størrelse på grund af, at de smelter sammen. Koagulering er processen med partikelforstørrelse. Specielle filtre fanger deres vægtede og forstørrede klynger.
Bearbejdning af sprøde og superhårde materialer
Hvis du går ind mellem emnet og værktøjets arbejdsflade ved hjælp af ultralyd, slibende materiale, så slibende partikler under driftemitter vil påvirke overfladen af denne del. I dette tilfælde bliver materialet ødelagt og fjernet, udsat for behandling under påvirkning af en række rettede mikropåvirkninger. Bearbejdningens kinematik består af hovedbevægelsen - skæring, det vil sige de langsgående vibrationer, som værktøjet laver, og hjælpebevægelsen - fremføringsbevægelsen, som maskinen udfører.
Ultralyd kan udføre forskellige opgaver. For slibekorn er energikilden langsgående vibrationer. De ødelægger det forarbejdede materiale. Fremføringsbevægelsen (hjælpe) kan være cirkulær, tværgående og langsgående. Ultralydsbehandling er mere præcis. Afhængig af slibemidlets kornstørrelse varierer den fra 50 til 1 mikron. Ved hjælp af værktøjer af forskellige former kan du lave ikke kun huller, men også komplekse snit, buede økser, gravere, slibe, lave matricer og endda bore en diamant. Materialer brugt som slibemiddel - korund, diamant, kvartssand, flint.
Ultralyd i radioelektronik
Ultralyd i teknologi bruges ofte inden for radioelektronik. I dette område bliver det ofte nødvendigt at forsinke et elektrisk signal i forhold til et andet. Forskere har fundet en god løsning ved at foreslå brugen af ultralydsforsinkelseslinjer (forkortet LZ). Deres handling er baseret på det faktum, at elektriske impulser omdannes til mekaniske ultralydsvibrationer. Hvordan sker det? Faktum er, at hastigheden af ultralyd er betydeligt mindre end den, der udvikles af elektromagnetiske svingninger. Pulsspænding efter den omvendte transformation til elektriske mekaniske vibrationer vil blive forsinket ved udgangen af linjen i forhold til indgangsimpulsen.
Piezoelektriske og magnetostriktive transducere bruges til at konvertere elektriske vibrationer til mekaniske og omvendt. LZ er henholdsvis opdelt i piezoelektriske og magnetostriktive.
Ultralyd i medicin
Forskellige typer ultralyd bruges til at påvirke levende organismer. I medicinsk praksis er dens brug nu meget populær. Det er baseret på de virkninger, der opstår i biologiske væv, når ultralyd passerer gennem dem. Bølgerne forårsager udsving i mediets partikler, hvilket skaber en slags vævsmikromassage. Og absorptionen af ultralyd fører til deres lokale opvarmning. Samtidig forekommer visse fysisk-kemiske transformationer i biologiske medier. Disse fænomener forårsager ikke irreversibel skade i tilfælde af moderat lydintensitet. De forbedrer kun stofskiftet og bidrager derfor til den vitale aktivitet i kroppen, der udsættes for dem. Sådanne fænomener bruges i ultralydsterapi.
Ultralyd under operation
Kavitation og stærk opvarmning ved høje intensiteter fører til ødelæggelse af væv. Denne effekt bruges i dag i kirurgi. Fokuseret ultralyd bruges til kirurgiske operationer, som muliggør lokal ødelæggelse i de dybeste strukturer (for eksempel hjernen), uden at beskadige de omkringliggende. Ultralyd bruges også i kirurgiværktøjer, hvor arbejdsenden ligner en fil, skalpel, nål. De vibrationer, der påføres dem, giver disse instrumenter nye kvaliteter. Den nødvendige kraft reduceres betydeligt, derfor reduceres operationens traumatisme. Derudover manifesteres en analgetisk og hæmostatisk effekt. Anslag med et stumpt instrument ved hjælp af ultralyd bruges til at ødelægge visse typer neoplasmer, der er dukket op i kroppen.
Påvirkning på biologiske væv udføres for at ødelægge mikroorganismer og bruges i processer med sterilisering af medicin og medicinske instrumenter.
Forskning af indre organer
Vi taler primært om undersøgelsen af bughulen. Til dette formål bruges et specielt apparat. Ultralyd kan bruges til at finde og genkende forskellige vævs- og anatomiske anomalier. Udfordringen er ofte som følger: en malignitet er mistænkt og skal skelnes fra en godartet eller infektiøs læsion.
Ultralyd er nyttig til undersøgelse af leveren og til andre opgaver, som omfatter påvisning af obstruktioner og sygdomme i galdevejene, samt undersøgelse af galdeblæren for at påvise tilstedeværelsen af sten og andre patologier i den. Derudover kan testning for skrumpelever og andre diffuse godartede leversygdomme anvendes.
Inden for gynækologi, hovedsageligt i analyse af æggestokke og livmoder, er brugen af ultralyd lang tidhovedretningen, hvori det udføres særligt vellykket. Ofte er der også her behov for differentiering af benigne og ondartede formationer, hvilket norm alt kræver den bedste kontrast og rumlige opløsning. Lignende konklusioner kan være nyttige i undersøgelsen af mange andre indre organer.
Brugen af ultralyd i tandplejen
Ultralyd har også fundet vej til tandplejen, hvor det bruges til at fjerne tandsten. Det giver dig mulighed for hurtigt, blodløst og smertefrit at fjerne plak og sten. Samtidig bliver mundslimhinden ikke skadet, og hulrummets "lommer" desinficeres. I stedet for smerte oplever patienten en fornemmelse af varme.
