Реферат на тему:

Основні властивості ультразвукових хвиль

1. Властивості ультразвукових хвиль

Механічні хвилі, частота яких перевищує 20 кГц називаються ультразвуком (УЗ). Ультразвукові хвилі – повздовжні хвилі, які являють собою періодичне чередування зон стиснення і розрідження частинок середовища (рис. 1).

Рис. 1.

Основні характеристики ультразвуку: частота v, циклічна частота щ та, період Т (Т = 1/v ), швидкість х, довжина хвилі л (л= х/v), амплітуда А, інтенсивність І (, р — густина середовища), акустичний тиск Р ().

Ультразвук має ряд специфічних властивостей, які визначають його широке використання в різних сферах людської діяльності. Ці особливості зумовлені високою частотою і, відповідно, малою довжиною хвилі, що визначає променевий характер розповсюдження ультразвуку, а також можливістю досягнення великих значень інтенсивності.

На відміну від звичайних звуків ультразвуки мають значно меншу довжину хвиль. Внаслідок цього вони дають ультразвукові тіні і їх можна одержати у вигляді вузьких пучків, які за аналогією із світловими прийнято називати ультравуковими пучками. Таким чином, можна вважати, що ультразвук поширюється в однорідному середовищі прямолінійно, не огинає перешкод, розміри яких значно перевищують довжину хвилі.

З ультразвуком, як і з іншими видами хвиль, спостерігаються заломлення, відбивання, дифракція та поглинання.

При заломленні та падінні ультразвукових хвиль під кутом відбувається цікаве явище – утворення продольних і поперечних хвиль одночасно.

Найкраще ультразвук поглинається газами, тілами з малою пружністю (пластмаси), пористими тілами (гума, корок), гірше – рідинами, найгірше – твердими тілами.

Ультразвук дуже широко використовується в технологіях. Існують ультразвукові різання, зварювання, паяння, лудіння, чищення, уловлювання пилу і туману, прискорення технологічних процесів, готування суспензій і емульсій, контроль якості, бачення, ехолокація і т.д. Використовується також ультразвук у хімії, металургії, електроніці та медицині. Далі йтиметься мова тільки про використання в медицині.

2. Способи генерації ультразвуку

На практиці ультразвук найчастіше одержують за допомогою магнітострикційних і п'єзоелектричних випромінювачів.

Магнітострикційний випромінювач використовується для отримання низькочастотних ультразвуків (до 200 кГц). Їх дія основана на явищі магнітострикції в змінному магнітному полі. Явище магнітострикції полягає в зміні об'єму і форми феромагнетика при його намагнічуванні. Якщо стержень з феромагнетика (залізо, нікель, залізо-нікельовий сплав або ферити) помістити в магнітне поле соленоїда, то він, у відповідності з частотою зміни напряму поля, буде періодично змінювати свою довжину (скорочуватися або видовжуватися), тобто відбуватимуться магнітострикційні коливання. Кінці стержня будуть випромінювати в середовище ультразвукові коливання. При співпаданні частоти коливань вектора індукції магнітного поля з власною частотою механічних коливань стержня, амплітуда коливань останнього досягає максимального значення (явище резонансу).

П'єзоелектричні випромінювачі використовуються для генерації ультразвуків з частотою більшою 200 кГц. Їх дія основана на явищі п'єзоелектричного ефекту. П'єзоефект спостерігається в кварці (SiO2), титанаті барію (ВаТіО3), сегнетовій солі, турмаліні та в інших речовинах, об'єднаних спільною назвою «п'єзоелектрики». Суть прямого п'єзоефекту полягає в тому, що при механічних деформаціях