Реферат: Ультразвук

Милькин А. С. 9в


/>


28.01.2004

 

УЛЬТРАЗВУК — упругие волны высокой частоты. Человеческое уховоспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительнодо 16 000 колебаний в секунду (Гц); колебания с более высокой частотойпредставляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковымдиапазоном считают полосу частот от 20 000 до нескольких миллиардов герц. Хотяо существовании ультразвука ученым было известно давно, практическоеиспользование его в науке, технике и промышленности началось сравнительнонедавно. Сейчас ультразвук широко применяется в различных физических итехнологических методах.

Гидролокация. В конце Первой мировой войны появилась одна изпервых практических ультразвуковых систем, предназначенная для обнаруженияподводных лодок. Пучок ультразвукового излучения может быть сделан остронаправленным, и по отраженному от цели сигналу (эхо-сигналу) можно определитьнаправление на эту цель. Измеряя время прохождения сигнала до цели и обратно,определяют расстояние до нее. К настоящему времени система, именуемаягидролокатором, или сонаром, стала неотъемлемым средством мореплавания. Еслинаправить импульсное ультразвуковое излучение в сторону дна и измерить время междупосылом импульса и его возвратом, можно определить расстояние между излучателеми приемником (/>), т.е. глубину.Основанные на этом сложные системы автоматической регистрации применяются длясоставления карт дна морей и океанов, а также русел рек. Соответствующиенавигационные системы атомных подводных лодок позволяют им совершать безопасныепереходы даже под полярными льдами.

Дефектоскопия. Зондирование ультразвуковыми импульсами применяетсяи для исследований свойств различных материалов и изделий из них. Проникая втвердые тела, такие импульсы отражаются от их границ, а также от различныхинородных образований в толще исследуемой среды, таких, как полости, трещины идр., указывая на их расположение. Ультразвук “проверяет” материал, не вызывая внем разрушений. Такими неразрушающими методами контроля проверяют качествомассивных стальных поковок, алюминиевых блоков, железнодорожных рельсов,сварных швов машин.

Ультразвуковойрасходомер. Принцип действия такогоприбора основан на эффекте Доплера. Импульсы ультразвука направляютсяпопеременно по потоку и против него. При этом скорость прохождения сигнала тоскладывается из скорости распространения ультразвука в среде и скорости потока,то эти величины вычитаются. Возникающая разность фаз импульсов в двух ветвяхизмерительной схемы регистрируется электронным оборудованием, и в итогеизмеряется скорость потока, а по ней и массовая скорость (расход). Этотизмеритель не вносит изменений в поток жидкости и может применяться как кпотоку в замкнутом контуре, например, для исследований кровотока в аорте илисистемы охлаждения атомного реактора, так и к открытому потоку, например реки.

Химическаятехнология. Вышеописанные методыотносятся к категории маломощных, в которых физические характеристики среды неизменяются. Но существуют и методы, в которых на среду направляют ультразвукбольшой интенсивности. При этом в жидкости развивается мощный кавитационныйпроцесс (образование множества пузырьков, или каверн, которые при повышениидавления схлопываются), вызывая существенные изменения физических и химическихсвойств этой среды. Многочисленные методы ультразвукового воздействия нахимически активные вещества объединяются в научно-техническую отрасль знаний,называемую ультразвуковой химией. В ней исследуются и стимулируются такиепроцессы, как гидролиз, окисление, перестройка молекул, полимеризация,деполимеризация, ускорение реакций. 

Ультразвуковаяпайка. Кавитация, обусловленнаямощными ультразвуковыми волнами в металлических расплавах и разрушающая окиснуюпленку алюминия, позволяет проводить его пайку оловянным припоем без флюса.Изделия из спаянных ультразвуком металлов стали обычными промышленнымитоварами.

Ультразвуковаямеханическая обработка. Энергияультразвука успешно используется при машинной обработке деталей. Посколькутакой метод позволяет обрабатывать очень твердые и хрупкие материалы – стекло,керамику, карбид вольфрама, закаленную сталь. В промышленности также используетсямного различного ультразвукового оборудования для очистки поверхностейкварцевых кристаллов и оптического стекла, малых прецизионныхшарикоподшипников, снятия заусенец с малогабаритных деталей.

Широкоприменяется ультразвук для приготовления однородных смесей. Еще в 1927 годуамериканские ученые Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиесяжидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучениюультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла вводе. Подобные эмульсии играют большую роль в промышленности: это лаки, краски,фармацевтические изделия, косметика.

Применениев биологии и медицине. То, чтоультразвук активно воздействует на биологические объекты (например, убиваетбактерии), известно уже более 70 лет. Ультразвуковые стерилизаторыхирургических инструментов применяются в больницах и клиниках. Электроннаяаппаратура со сканирующим ультразвуковым лучом служит целям обнаруженияопухолей в мозгу и постановки диагноза, используется в нейрохирургии дляинактивации отдельных участков головного мозга мощным сфокусированнымвысокочастотным (порядка 1000 кГц) пучком. Но наиболее широко ультразвукприменяется в терапии – при лечении люмбаго, миалгии и контузий, хотя до сихпор среди медиков нет единого мнения о конкретном механизме воздействияультразвука на больные органы. Высокочастотные колебания вызывают внутреннийразогрев тканей, сопровождаемый, возможно, микромассажем.

Обнаружениеи измерение с помощью ультразвука.Давление ультразвуковой волны превосходит давление волны обычного звука втысячи раз и легко обнаруживается с помощью микрофонов в воздухе и гидрофонов вводе. Это даёт возможность применения ультразвука для обнаружения и измерения.Например, ультразвуковой интерферометр.

Генерацияультразвуковых волн. Ультразвук можнополучить от механических, электромагнитных и тепловых источников. Механическимиизлучателями обычно служат разного рода сирены прерывистого действия. В воздухони испускают колебания мощностью до нескольких киловатт на частотах до 40 кГц.Ультразвуковые волны в жидкостях и твердых телах обычно возбуждаютэлектроакустическими, магнитострикционными и пьезоэлектрическимипреобразователями.

Сирена одна из разновидностей механических источниковультразвука. Она обладает относительно большой мощностью и применяется вмилицейских и пожарных машинах. Все ротационные сирены состоят из камеры,закрытой сверху диском (статором), в котором сделано большое количествоотверстий. Столько же отверстий имеется и на вращающемся внутри камеры диске — роторе. При вращении ротора положение отверстий в нем периодически совпадает сположением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подается сжатый воздух,который вырывается из нее в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе истаторе совпадают. Основная задача при изготовлении сирен — это, во-первых,сделать как можно больше отверстий в роторе и, во-вторых, достичь большойскорости его вращения. Однако практически выполнить оба эти требования оченьтрудно.

СвистокГальтона. Первый ультразвуковойсвисток сделал в 1883 году англичанин Гальтон. Ультразвук в нём создаетсяподобно звуку высокого тона на острие ножа, когда на него попадает потоквоздуха. Роль такого острия в свистке Гальтона играет «губа» вмаленькой цилиндрической резонансной полости. Газ, пропускаемый под высокимдавлением через полый цилиндр, ударяется об эту «губу»; возникаютколебания, частота которых (она составляет около 170 кГц) определяетсяразмерами сопла и губы. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном егоприменяют для подачи команд при дрессировке собак.

/>

/>

ЛИТЕРАТУРА

1.  Баулан И. За барьером слышимости.М., 1971

2.  Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук,инфразвук. М., 1986

3.  Агранат Б.А. и др. Основы физики итехники ультразвука. М., 1987

еще рефераты
Еще работы по физике