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Visualizzazioni: 70 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2019-08-15 Origine: Sito
Quando l'energia ultrasonica agisce sul mezzo, causerà la vibrazione fine e ad alta velocità delle particelle e produrrà cambiamenti di quantità meccaniche come velocità, accelerazione, pressione sonora e intensità del suono, causando così effetti meccanici. Gli ultrasuoni sono una forma di trasmissione di energia meccanica, che è legata al processo ondulatorio e produce un effetto lineare di vibrazione. Quando l'onda ultrasonica si propaga nel mezzo, l'ampiezza dello spostamento della particella è molto piccola, ma l'accelerazione della particella causata dagli ultrasuoni è molto grande.
Se un'onda ultrasonica da 20 kHz e 1 W/cm 2 si propaga nell'acqua, l'ampiezza della pressione sonora prodotta è di 173 kPa, il che significa che l'ampiezza della pressione sonora varia 20.000 volte tra 173 kPa positivi e negativi al secondo. L'accelerazione massima delle particelle raggiunge i 1440 km/s 2, ovvero circa 1.500 volte l'accelerazione gravitazionale. Pertanto il movimento meccanico intenso e in rapido cambiamento è un ultrasuono di potenza. Effetto della vibrazione meccanica.
Quando il mezzo ultrasonico non è un mezzo stratificato omogeneo (come tessuto biologico, corpo umano, ecc.), la diversa impedenza acustica di ciascuno strato causerà la riflessione e la formazione di onde stazionarie. Il ventre e il nodo dell'onda stazionaria causeranno il cambiamento di pressione, tensione e accelerazione. Poiché la massa delle diverse particelle del mezzo (ad esempio le molecole biologiche) è diversa, la velocità di vibrazione causata dalla variazione di pressione è diversa. La variazione di pressione causata dal movimento relativo delle particelle medie è un'altra ragione dell'effetto meccanico degli ultrasuoni. Gli effetti meccanici degli ultrasuoni dovrebbero essere utilizzati per la lavorazione (foratura, taglio, compattazione, rafforzamento superficiale, saldatura, pulizia, lucidatura e rimozione di pellicole e sporco indesiderati, ecc.) e per accelerare altri processi come dispersione, omogeneizzazione, emulsionamento, frantumazione e sterilizzazione.
L'azione meccanica degli ultrasuoni è stata ampiamente utilizzata nella produzione. Ecco alcuni esempi:
Le vibrazioni ultrasoniche ad alta frequenza e la pressione di radiazione possono formare un'agitazione e un flusso efficaci in gas e liquidi. Il forte getto e il microlavaggio locale prodotti dalla vibrazione delle bolle di cavitazione sulla superficie solida possono ridurre significativamente la tensione superficiale e l'attrito del liquido e distruggere lo strato limite dell'interfaccia solido-liquido, ottenendo così l'effetto che la normale agitazione meccanica a bassa frequenza non può ottenere. Questa funzione è la base fisica della penetrazione dei farmaci, della guida dei cosmetici nella pelle, del degasaggio ad ultrasuoni, della miscelazione e del raffinamento di alimenti e cosmetici.
Utilizzando gli effetti della pressione e dell'alta temperatura delle vibrazioni ultrasoniche e della cavitazione, due tipi di liquidi, due tipi di solidi o l'interfaccia liquido-solido, liquido-gas, si verifica la penetrazione delle molecole, formando nuove proprietà del materiale. La saldatura ad ultrasuoni di metalli o plastica, l'emulsificazione ad ultrasuoni, la pulizia e l'atomizzazione possono essere classificate come tali.
L'onda d'urto locale prodotta dopo la chiusura delle bolle di cavitazione può frantumare le particelle presenti nel liquido e raffinarle; uniformare la cristallizzazione; disperdere le goccioline grandi e irregolari dell'emulsione in piccoli agenti uniformi (come agenti di contrasto medici, agenti per il trattamento del cancro, ecc.); e includono anche il ruolo dell’ablazione dei trombi.
La vibrazione ultrasonica può far muovere le particelle sospese a velocità diverse nei gas e nei liquidi, aumentare la possibilità di collisione o utilizzare l'onda stazionaria per farle tendere al ventre dell'onda, provocando così la condensa. Appartengono a questa categoria la raccolta delle polveri nelle canne fumarie e le precipitazioni artificiali.
Grazie all'elevata accelerazione delle vibrazioni ultrasoniche e alla corrosione acustica della cavitazione, è possibile eseguire lavorazioni speciali di precisione di materiali duri e fragili (pietre preziose, ceramica, vetro, magneti, ecc.).
L'impulso ultrasonico ad alta intensità può essere utilizzato per frantumare reni e calcoli biliari senza danneggiare i tessuti molli.
