Ultraäänen sukupolvi

& quot;super" Ultraäänen luonne johtuu siitä, että sen taajuuskaistan alaraja ylittää ihmisen kuulon, mutta jos sitä analysoidaan aallonpituudella, ultraäänen aallonpituus on itse asiassa lyhyempi. Tiedemiehet kutsuvat kahden vierekkäisen aallon huipun tai pohjan välistä etäisyyttä aallonpituudeksi. Mekaanisten aaltojen aallonpituus, jonka ihmiskorvamme kuulevat, on 2cm ~ 20m (2cm ~ 20m). Siksi mekaanisia aaltoja, joiden aallonpituus on alle 2 cm, kutsutaan"ultraääniksi." Käytännön sovelluksissa mekaanisia aaltoja, joiden aallonpituus on alle 3,4 cm (yli 10 000 Hz), voidaan kuitenkin pitää ultraäänitutkimuksena. Ultraäänen aallonpituus, jota yleensä käytetään lääketieteelliseen diagnoosiin, on 10 μm ~ 350 μm.

Ultraääni on eräänlainen mekaaninen aalto. Sen on nojattava väliaineeseen leviäessään, eikä se voi olla tyhjiössä (kuten avaruudessa). Siksi emme voi käyttää ultraääntä tyhjiössä, mutta voimme silti käyttää sähkömagneettiseen aaltoon liittyviä laitteita (mukaan lukien radioaallot, mikroaallot ja infrapunasäteet). , Näkyvä valo, ultraviolettisäteet, röntgensäteet, gammasäteet jne.), käyttäen sähkömagneettista aaltotekniikkaa.

Ilmassa ultraääniaalloilla tarkoitetaan mekaanisia aaltoja, joiden aallonpituus on alle 2 cm (esim. 1,7 cm, 2 cm aallonpituus vastaa 17 000 Hz, 1,7 cm aallonpituus vastaa 20 000 Hz, itse asiassa ei ole olemassa kiinteää standardia, vain arvo, joka on helppo muistaa), ja sen aallonpituus on hyvin lyhyt. Ihmisen kuulon yleistä alarajaa (2 cm) alempana ihmiset kutsuvat tätä kuulematonta mekaanista aaltoa ultraääneksi, ja infraääniaaltojen aallonpituus on yleensä yli 20 metriä (esim. 17 metriä, 20 metrin aallonpituus vastaa 17 Hz, 17 metrin aallonpituus vastaa 20 Hz), korkeampi kuin Kuulon aallonpituuden yläraja. Käytännön sovelluksissa ultraääniaallot osuvat usein yhteen lyhytaaltoisten kuultavien ääniaaltojen kanssa, ja mekaanisia aaltoja, joiden aallonpituus on alle 3,4 cm (10 000 Hz), voidaan pitää ultraäänitutkimuksena.

Sen aallonpituus on paljon tavallisia ääniaaltoja lyhyempi, joten sitä voidaan käyttää leikkaamiseen, hitsaukseen, poraamiseen jne. Lyhyen aallonpituutensa vuoksi sillä on monia ominaisuuksia: ensinnäkin lyhyen aallonpituuden aiheuttama etenemisanisotropia ja myös sen lyhyt aallonpituus ja huono diffraktiokyky. Vaikka sillä on hyvä anisotropia, sen häviö ilmassa on suuri, eikä sitä voida siirtää. Kaukana, huono tunkeutuminen, helppo levittää. Ultraääntä käytetään yleisesti teollisuudessa ja lääketieteessä ultraäänitunnistusta varten. Ultraääni, infraääni ja kuultava ääni ovat pohjimmiltaan samat. Yhteistä niille on mekaaninen aalto, joka yleensä etenee elastisissa väliaineissa pitkittäisaaltojen muodossa. Se on energian leviämisen muoto. Erona on ultraääniaallot. Pitkä ja lyhyt, se voi kulkea suoraa linjaa pitkin tietyllä etäisyydellä pienellä diffraktiolla, ja sillä on hyvä anisotropia. Kuultavaan ja infraääneen verrattuna sen läpäisykyky on kuitenkin heikko ja se on helppo sirota.

Ultraääniaaltojen heijastuksen, taittumisen, diffraktion ja sironnan leviämislait väliaineessa eivät olennaisesti poikkea infraäänen ja kuultavien ääniaaltojen laeista. Mutta ultraäänen aallonpituus on hyvin lyhyt, vain muutama senttimetri, jopa muutama millimetrin tuhannesosa. Muihin aaltoihin verrattuna ultraääniaalloilla on monia ominaisuuksia: etenemisominaisuudet - ultraääniaaltojen aallonpituus on hyvin lyhyt ja tavallisten esteiden koko on monta kertaa suurempi kuin ultraääniaaltojen aallonpituus. Siksi ultraääniaalloilla on huono tunkeutuminen, huono diffraktiokyky ja helppo sironta. . Se voi levitä suorassa linjassa homogeenisessa väliaineessa, mutta sitä on vaikea taittaa. Mitä lyhyempi ultraääniaallon aallonpituus on, sitä selvempi on ominaisuus. Lisäksi Rayleighin sirontalain mukaan sironneen aallon intensiteetti on kääntäen verrannollinen aallonpituuden neljänteen potenssiin ja ultraääniaallon aallonpituus on erittäin lyhyt. , Joten sironta on erittäin vakavaa ja tunkeutumiskyky ei ole hyvä. Kavitaatio ─ ─ Kun ultraääniaalto etenee väliaineessa, on positiivinen ja negatiivinen vuorottelujakso. Positiivisessa vaiheessa ultraääniaalto puristaa väliaineen molekyylejä muuttaakseen väliaineen alkuperäistä tiheyttä ja lisätäkseen sitä; alipainevaiheessa Kun väliainemolekyylit ovat harvassa ja edelleen hajallaan, väliaineen tiheys pienenee. Kun nestemäiseen väliaineeseen kohdistetaan riittävän voimakas ultraääniaalto, väliainemolekyylien keskimääräinen etäisyys ylittää kriittisen molekyylietäisyyden, joka pitää nestemäisen väliaineen vakiona. Murtuma tapahtuu ja mikrokuplia muodostuu. Nämä pienet ontelot laajenevat ja sulkeutuvat nopeasti aiheuttaen rajuja törmäyksiä nestehiukkasten välillä, mikä johtaa tuhansien - kymmenien tuhansien ilmakehän paineisiin. Tällä hiukkasten välisellä rajulla vuorovaikutuksella on hyvä sekoitusvaikutus, joten kaksi sekoittumatonta nestettä (kuten vesi ja öljy) emulgoivat ja nopeuttavat liuenneen aineen liukenemista. Ultraääniaaltojen toiminnan aiheuttamia erilaisia ​​vaikutuksia nesteessä kutsutaan ultraäänikavitaatioksi.