Ультразвук - скачати безкоштовно
Химия

Ультразвук — скачати безкоштовно


Завантажити реферат: Ультразвук

Ультразвук – пружні хвилі високої частоти. Людське вухо сприймає пружні хвилі, що поширюються в середовищі, частотою приблизно до 16 000 коливань в секунду (Гц); коливання з вищою частотою є ультразвук (за межею чутності). Зазвичай ультразвуковим діапазоном вважають смугу частот від 20 000 до кількох мільярдів герц. Хоча про існування ультразвуку вченим було відомо давно, практичне використання його в науці, техніці та промисловості почалося порівняно недавно. Зараз ультразвук широко застосовується у різних фізичних та технологічних методах.

Гідролокація. Наприкінці Першої світової війни з’явилася одна із перших практичних ультразвукових систем, призначена для виявлення підводних човнів. Пучок ультразвукового випромінювання може бути зроблений гостро спрямованим, і по відбитому від мети сигналу (відлуння-сигналу) можна визначити напрямок на цю мету. Вимірюючи час проходження сигналу до мети та назад, визначають відстань до неї. До теперішнього часу система, що називається гідролокатором, або сонаром, стала невід’ємним засобом мореплавання. Якщо направити імпульсне ультразвукове випромінювання у бік дна і виміряти час між посиланням імпульсу та його поверненням, можна визначити відстань між випромінювачем та приймачем (Ультразвук - скачати безкоштовно), тобто. глибину. Засновані на цьому складні системи автоматичної реєстрації застосовуються для складання карт дна морів та океанів, а також русел річок. Відповідні навігаційні системи атомних підводних човнів дозволяють їм здійснювати безпечні переходи під полярними льодами.

Дефектоскопія. Зондування ультразвуковими імпульсами застосовується і для досліджень властивостей різних матеріалів та виробів із них. Проникаючи в тверді тіла, такі імпульси відбиваються від своїх кордонів, і навіть від різних сторонніх утворень у товщі досліджуваного середовища, як-от порожнини, тріщини та інших., вказуючи їх розташування. Ультразвук «перевіряє» матеріал, не викликаючи в ньому руйнувань. Такими методами контролю, що не руйнують, перевіряють якість масивних сталевих поковок, алюмінієвих блоків, залізничних рейок, зварних швів машин.

Ультразвуковий витратомір. Принцип дії такого приладу ґрунтується на ефекті Доплера. Імпульси ультразвуку направляються поперемінно потоком і проти нього. При цьому швидкість проходження сигналу складається зі швидкості поширення ультразвуку в середовищі і швидкості потоку, то ці величини віднімаються. Виникає різницю фаз імпульсів у двох гілках вимірювальної схеми реєструється електронним устаткуванням, й у результаті вимірюється швидкість потоку, а й масова швидкість (витрата). Цей вимірник не вносить змін до потоку рідини і може застосовуватися як до потоку в замкнутому контурі, наприклад, для досліджень кровотоку в аорті або системи охолодження атомного реактора, так і відкритого потоку, наприклад річки.

Хімічна технологія. Вищеописані методи відносяться до категорії малопотужних, у яких фізичні характеристики середовища не змінюються. Але існують і методи, у яких на середу спрямовують ультразвук великої інтенсивності. При цьому в рідині розвивається потужний кавітаційний процес (утворення безлічі бульбашок, або каверн, які при підвищенні тиску схлопуються), викликаючи суттєві зміни фізичних та хімічних властивостей цього середовища. Численні методи ультразвукового на хімічно активні речовини об’єднуються у науково-технічну галузь знань, звану ультразвуковою хімією. У ній досліджуються та стимулюються такі процеси, як гідроліз, окислення, перебудова молекул, полімеризація, деполімеризація, прискорення реакцій.

Ультразвукова паяння. Кавітація, обумовлена ​​потужними ультразвуковими хвилями в металевих розплавах і руйнує алюмінієву окисну плівку, дозволяє проводити його паяння олов’яним припоєм без флюсу. Вироби зі спаяних ультразвуком металів стали звичайними промисловими товарами.

Ультразвукова механічна обробка. Енергія ультразвуку успішно використовується під час машинної обробки деталей. Оскільки такий метод дозволяє обробляти дуже тверді та крихкі матеріали – скло, кераміку, карбід вольфраму, загартовану сталь. У промисловості також використовується багато різного ультразвукового обладнання для очищення поверхонь кварцових кристалів та оптичного скла, малих прецизійних шарикопідшипників, зняття задирок з малогабаритних деталей.

Широко застосовується ультразвук для виготовлення однорідних сумішей. Ще в 1927 році американські вчені Лімус і Вуд виявили, що якщо дві рідини, що не змішуються (наприклад, масло і воду) злити в одну мензурку і піддати опроміненню ультразвуком, то в мензурці утворюється емульсія, тобто дрібна зависла олії у воді. Подібні емульсії грають велику роль промисловості: це лаки, фарби, фармацевтичні вироби, косметика.

Застосування в біології та медицині. Те, що ультразвук активно впливає на біологічні об’єкти (наприклад, вбиває бактерії), відомо вже понад 70 років. Ультразвукові стерилізатори хірургічних інструментів застосовуються у лікарнях та клініках. Електронна апаратура зі скануючим ультразвуковим променем служить цілям виявлення пухлин у мозку та постановки діагнозу, що використовується в нейрохірургії для інактивації окремих ділянок головного мозку потужним сфокусованим високочастотним (порядку 1000 кГц) пучком. Але найбільш широко ультразвук застосовується в терапії – при лікуванні люмбаго, міалгії та контузій, хоча досі серед медиків немає єдиної думки щодо конкретного механізму впливу ультразвуку на хворі органи. Високочастотні коливання викликають внутрішній розігрів тканин, що супроводжується, можливо, мікромасажем.

Виявлення та вимірювання за допомогою ультразвуку. Тиск ультразвукової хвилі перевершує тиск хвилі звичайного звуку в тисячі разів і легко виявляється за допомогою мікрофонів у повітрі та гідрофонів у воді. Це дає можливість застосування ультразвуку для виявлення та вимірювання. Наприклад, ультразвуковий інтерферометр.

Генерація ультразвукових хвиль. Ультразвук можна отримати від механічних, електромагнітних та теплових джерел. Механічними випромінювачами зазвичай служать різного роду сирени уривчастої дії. У повітря вони випромінюють коливання потужністю до кількох кіловат на частотах до 40 кГц. Ультразвукові хвилі в рідинах та твердих тілах зазвичай збуджують електроакустичними, магнітострикційними та п’єзоелектричними перетворювачами.

Сирена один із різновидів механічних джерел ультразвуку. Вона має відносно велику потужність і застосовується в міліцейських і пожежних машинах. Усі ротаційні сирени складаються з камери, закритої зверху диском (статором), у якому зроблено велику кількість отворів. Стільки ж отворів є і на диску, що обертається всередині камери — роторі. При обертанні ротора положення отворів у ньому періодично збігається з положенням отворів на статорі. У камеру безперервно подається стиснене повітря, яке виривається з неї в ті короткі миті, коли отвори на роторі та статорі збігаються. Основне завдання при виготовленні сирен — це, по-перше, зробити якнайбільше отворів у роторі і, по-друге, досягти великої швидкості його обертання. Однак практично виконати ці вимоги дуже важко.

Свисток Гальтона. Перший ультразвуковий свисток зробив 1883 року англієць Гальтон. Ультразвук у ньому створюється подібно до звуку високого тону на вістря ножа, коли на нього потрапляє потік повітря. Роль такого вістря у свистку Гальтона грає «губа» у маленькій циліндричній резонансній порожнині. Газ, що пропускається під високим тиском через порожнистий циліндр, ударяється об цю «губу»; виникають коливання, частота яких (вона становить близько 170 кГц) визначається розмірами сопла та губи. Потужність свистка Гальтона невелика. В основному його застосовують для подачі команд при дресируванні собак.

ультразвуковий свисток Гальтона

сирена

Література

  1. Баулан І. За бар’єром чутності. М., 1971
  2. Хорбенко І.Г. Звук, ультразвук, інфразвук. М., 1986
  3. Агранат Б.А. та ін Основи фізики та техніки ультразвуку. М., 1987

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *