Česky
Zobrazení: 70 Autor: Editor webu Čas publikování: 2019-08-15 Původ: místo
Když ultrazvuková energie působí na médium, způsobí vysokorychlostní a jemné chvění částic a způsobí změny mechanických veličin, jako je rychlost, zrychlení, akustický tlak a intenzita zvuku, což způsobí mechanické účinky. Ultrazvuk je forma přenosu mechanické energie, která souvisí s vlnovým procesem a vytváří lineární účinek vibrací. Když se ultrazvuková vlna šíří v médiu, amplituda posunutí částice je velmi malá, ale zrychlení částice způsobené ultrazvukem je velmi velké.
Pokud se ve vodě šíří ultrazvuková vlna 20 kHz a 1 W/cm 2 , je vytvářená amplituda akustického tlaku 173 kPa, což znamená, že amplituda akustického tlaku kolísá 20 000krát mezi kladnou a zápornou hodnotou 173 kPa za sekundu. Maximální zrychlení částic dosahuje 1440 km/s 2, což je asi 1500násobek gravitačního zrychlení. Intenzivní a rychle se měnící mechanický pohyb je tedy výkonný ultrazvuk. Mechanický vibrační efekt.
Pokud ultrazvukové médium není homogenní vrstvené médium (jako je biologická tkáň, lidské tělo atd.), rozdílná akustická impedance každé vrstvy způsobí odraz a vznik stojaté vlny. Břicho a uzel stojaté vlny způsobí změnu tlaku, napětí a zrychlení. Protože hmotnost různých částic média (např. biologických molekul) je různá, rychlost vibrací způsobená změnou tlaku je různá. Změna tlaku způsobená relativním pohybem částic média je dalším důvodem ultrazvukového mechanického účinku. Mechanické účinky ultrazvuku by měly být využity pro zpracování (vrtání, řezání, hutnění, zpevnění povrchu, svařování, čištění, leštění a odstraňování nežádoucích filmů a nečistot atd.) a pro urychlení dalších procesů, jako je dispergace, homogenizace, emulgace, drcení a sterilizace.
Mechanické působení ultrazvuku bylo široce používáno ve výrobě. Zde je několik příkladů:
Ultrazvukové vysokofrekvenční vibrace a radiační tlak mohou vytvářet účinné míchání a proudění plynu a kapaliny. Silný paprsek a lokální mikroproplachování způsobené vibracemi kavitačních bublin na pevném povrchu může výrazně snížit povrchové napětí a tření kapaliny a zničit hraniční vrstvu rozhraní pevná látka-kapalina, čímž se dosáhne účinku, kterého nelze dosáhnout běžným nízkofrekvenčním mechanickým mícháním. Tato funkce je fyzikálním základem pronikání léčiva, navádění kosmetiky do pokožky, ultrazvukového odplyňování, míchání a zušlechťování potravin a kosmetiky.
Pomocí tlakových a vysokoteplotních účinků ultrazvukových vibrací a kavitace dochází k pronikání molekul dvou druhů kapalin, dvou druhů pevných látek nebo rozhraní kapalina-pevná látka, kapalina-plyn, čímž se vytvářejí nové materiálové vlastnosti. Mezi takové lze klasifikovat ultrazvukové svařování kovů nebo plastů, ultrazvukovou emulgaci, čištění a atomizaci.
Lokální rázová vlna vzniklá po uzavření kavitačních bublin může rozdrtit částice v kapalině a zjemnit je; učinit krystalizaci jednotnou; dispergovat velké a nerovnoměrné kapičky emulze do malých jednotných činidel (jako jsou lékařská kontrastní činidla, činidla pro léčbu rakoviny atd.); a dokonce zahrnují roli ablace trombu.
Ultrazvukové vibrace mohou způsobit, že se suspendované částice pohybují různými rychlostmi v plynných a kapalných médiích, zvyšují pravděpodobnost srážky nebo využívají stojatou vlnu k tomu, aby směřovaly k břichu vlny, čímž dochází ke kondenzaci. Do této kategorie může patřit zachycování prachu v kouřovodu a umělých srážkách.
Díky vysokému zrychlení ultrazvukových vibrací a akustické korozi kavitace lze provádět speciální přesné obrábění tvrdých a křehkých materiálů (drahokamy, keramika, sklo, magnety atd.).
Vysoce intenzivní ultrazvukový puls lze použít k rozdrcení ledvinových a žlučových kamenů bez poškození měkkých tkání.
