Det 21. århundre er århundret for radioelektronikk, atomet, romutforskning og ultralyd. Vitenskapen om ultralyd er relativt ung i dag. På slutten av 1800-tallet utførte P. N. Lebedev, en russisk fysiolog, sine første studier. Etter det begynte mange fremtredende forskere å studere ultralyd.
Hva er ultralyd?
Ultralyd er en forplantende bølgende oscillerende bevegelse som partiklene i mediet lager. Den har sine egne egenskaper, der den skiller seg fra lydene i det hørbare området. Det er relativt enkelt å oppnå rettet stråling i ultralydområdet. I tillegg fokuserer den godt, og som et resultat av dette øker intensiteten på svingningene som gjøres. Ved forplantning i faste stoffer, væsker og gasser gir ultralyd opphav til interessante fenomener som har funnet praktisk anvendelse innen mange områder innen teknologi og vitenskap. Dette er hva ultralyd er, hvis rolle i ulike livssfærer i dag er veldig stor.
Rollen til ultralyd i vitenskap og praksis
Ultralyd de siste årene begynte å spille i vitenskapelig forskningen stadig viktigere rolle. Eksperimentelle og teoretiske studier innen akustiske strømmer og ultralydkavitasjon ble vellykket utført, noe som gjorde det mulig for forskere å utvikle teknologiske prosesser som oppstår når de utsettes for ultralyd i væskefasen. Det er en kraftig metode for å studere ulike fenomener i et slikt kunnskapsfelt som fysikk. Ultralyd brukes for eksempel i halvleder- og faststofffysikk. I dag dannes det en egen gren av kjemien, k alt «ultralydkjemi». Dens applikasjon gjør det mulig å akselerere mange kjemisk-teknologiske prosesser. Molekylær akustikk ble også født – en ny gren av akustikk som studerer den molekylære interaksjonen mellom lydbølger og materie. Nye bruksområder for ultralyd har dukket opp: holografi, introskopi, akustoelelektronikk, ultralydfasemåling, kvanteakustikk.
I tillegg til eksperimentelt og teoretisk arbeid på dette området, er det gjort mye praktisk arbeid i dag. Det er utviklet spesielle og universelle ultralydmaskiner, installasjoner som opererer under økt statisk trykk etc. Automatiske ultralydinstallasjoner som inngår i produksjonslinjer er introdusert i produksjonen, noe som kan øke arbeidsproduktiviteten betydelig.
Mer om ultralyd
La oss snakke mer om hva ultralyd er. Vi har allerede sagt at dette er elastiske bølger og oscillasjoner. Frekvensen av ultralyd er mer enn 15-20 kHz. De subjektive egenskapene til vår hørsel bestemmer den nedre grensen for ultralydfrekvenser, somskiller den fra frekvensen til den hørbare lyden. Denne grensen er derfor betinget, og hver av oss definerer forskjellig hva ultralyd er. Den øvre grensen er indikert av elastiske bølger, deres fysiske natur. De forplanter seg bare i et materiell medium, det vil si at bølgelengden må være betydelig større enn den gjennomsnittlige frie banen til molekylene som er tilstede i gassen eller de interatomære avstandene i faste stoffer og væsker. Ved norm alt trykk i gasser er den øvre grensen for ultralydfrekvenser 109 Hz, og i faste stoffer og væsker - 1012-10 13 Hz.
Ultralydkilder
Ultralyd finnes i naturen både som en del av mange naturlige lyder (foss, vind, regn, småstein rullet av bølgene, samt i lydene som følger med tordenvær osv.), og som en integrert del av dyreverdenen. Noen dyrearter bruker det for orientering i rommet, oppdagelse av hindringer. Det er også kjent at delfiner bruker ultralyd i naturen (hovedsakelig frekvenser fra 80 til 100 kHz). I dette tilfellet kan kraften til lokasjonssignalene som sendes ut av dem være veldig stor. Delfiner er kjent for å kunne oppdage fiskestimer opptil en kilometer unna.
Sendere (kilder) av ultralyd er delt inn i 2 store grupper. Den første er generatorer, der svingninger er opphisset på grunn av tilstedeværelsen av hindringer i dem installert i banen til en konstant strøm - en stråle av væske eller gass. Den andre gruppen som ultralydkilder kan kombineres i erelektroakustiske transdusere som konverterer gitte svingninger i strøm eller elektrisk spenning til en mekanisk vibrasjon laget av et solid legeme som stråler ut akustiske bølger ut i omgivelsene.
Ultralydmottakere
Ved middels og lave frekvenser er ultralydmottakere oftest elektroakustiske transdusere av piezoelektrisk type. De kan reprodusere formen til det mottatte akustiske signalet, representert som en tidsavhengighet av lydtrykket. Enheter kan enten være bredbånd eller resonans, avhengig av bruksforholdene de er beregnet på. Termiske mottakere brukes for å oppnå tidsgjennomsnittede lydfeltkarakteristikk. De er termistorer eller termoelementer belagt med et lydabsorberende stoff. Lydtrykk og intensitet kan også estimeres ved hjelp av optiske metoder, for eksempel diffraksjon av lys ved ultralyd.
Hvor brukes ultralyd?
Det er mange bruksområder, mens du bruker forskjellige funksjoner ved ultralyd. Disse områdene kan grovt deles inn i tre områder. Den første av dem er knyttet til å skaffe forskjellig informasjon ved hjelp av ultralydbølger. Den andre retningen er dens aktive innflytelse på stoffet. Og den tredje er forbundet med overføring og behandling av signaler. US av et visst frekvensområde brukes i hvert tilfelle. Vi vil bare dekke noen få av de mange områdene den har funnet veien til.
ultralydrengjøring
Kvaliteten på denne rengjøringen kan ikke sammenlignes med andre metoder. Ved skylling av deler, for eksempel, forblir opptil 80% av forurensningene på overflaten, omtrent 55% - med vibrasjonsrengjøring, omtrent 20% - med manuell rengjøring, og med ultralydrengjøring, er det ikke mer enn 0,5% av forurensninger igjen. Detaljer som har en kompleks form kan rengjøres godt bare ved hjelp av ultralyd. En viktig fordel med bruken er høy produktivitet, samt lave kostnader for fysisk arbeid. Dessuten kan du erstatte dyre og brennbare organiske løsemidler med billige og sikre vandige løsninger, bruke flytende freon osv.
Et alvorlig problem er luftforurensning med sot, røyk, støv, metalloksider osv. Du kan bruke ultralydmetoden for å rense luft og gass i gassuttak, uavhengig av luftfuktighet og temperatur. Hvis en ultralydsender plasseres i et støvavsetningskammer, vil effektiviteten øke hundrevis av ganger. Hva er essensen av en slik rensing? Støvpartikler som beveger seg tilfeldig i luften treffer hverandre sterkere og oftere under påvirkning av ultralydsvibrasjoner. Samtidig øker størrelsen på grunn av at de smelter sammen. Koagulasjon er prosessen med partikkelforstørrelse. Spesialfiltre fanger opp vektede og forstørrede klynger.
Bearbeiding av sprø og superharde materialer
Hvis du går inn mellom arbeidsstykket og arbeidsflaten til verktøyet ved hjelp av ultralyd, slipende materiale, deretter de slipende partiklene under driftemitter vil påvirke overflaten til denne delen. I dette tilfellet blir materialet ødelagt og fjernet, utsatt for behandling under påvirkning av en rekke direkte mikropåvirkninger. Bearbeidingskinematikken består av hovedbevegelsen - skjæring, det vil si de langsgående vibrasjonene laget av verktøyet, og hjelpebevegelsen - matebevegelsen som maskinen utfører.
Ultralyd kan gjøre ulike jobber. For slipekorn er energikilden langsgående vibrasjoner. De ødelegger det bearbeidede materialet. Matebevegelsen (hjelpe) kan være sirkulær, tverrgående og langsgående. Ultralydbehandling er mer presis. Avhengig av kornstørrelsen på slipemidlet varierer den fra 50 til 1 mikron. Ved å bruke verktøy i forskjellige former kan du lage ikke bare hull, men også komplekse kutt, buede økser, gravere, slipe, lage matriser og til og med bore en diamant. Materialer brukt som slipemiddel - korund, diamant, kvartssand, flint.
Ultralyd i radioelektronikk
Ultralyd i teknologi brukes ofte innen radioelektronikk. I dette området blir det ofte nødvendig å forsinke et elektrisk signal i forhold til et annet. Forskere har funnet en god løsning ved å foreslå bruk av ultralydforsinkelseslinjer (LZ for kort). Handlingen deres er basert på det faktum at elektriske impulser omdannes til mekaniske ultralydsvibrasjoner. Hvordan skjer det? Faktum er at hastigheten på ultralyd er betydelig mindre enn den som utvikles av elektromagnetiske oscillasjoner. Pulsspenning etter omvendt transformasjon til elektriske mekaniske vibrasjoner vil bli forsinket ved utgangen av linjen i forhold til inngangspulsen.
Piezoelektriske og magnetostriktive transdusere brukes til å konvertere elektriske vibrasjoner til mekaniske og omvendt. LZ er henholdsvis delt inn i piezoelektrisk og magnetostriktiv.
Ultralyd i medisin
Ulike typer ultralyd brukes for å påvirke levende organismer. I medisinsk praksis er bruken nå veldig populær. Den er basert på effektene som oppstår i biologiske vev når ultralyd passerer gjennom dem. Bølgene forårsaker svingninger i partiklene i mediet, noe som skaper en slags vevsmikromassasje. Og absorpsjon av ultralyd fører til lokal oppvarming. Samtidig skjer visse fysisk-kjemiske transformasjoner i biologiske medier. Disse fenomenene forårsaker ikke irreversibel skade ved moderat lydintensitet. De forbedrer bare stoffskiftet, og bidrar derfor til den vitale aktiviteten til kroppen som utsettes for dem. Slike fenomener brukes i ultralydbehandling.
Ultralyd i kirurgi
Kavitasjon og sterk oppvarming ved høye intensiteter fører til ødeleggelse av vev. Denne effekten brukes i dag i kirurgi. Fokusert ultralyd brukes til kirurgiske operasjoner, som tillater lokal ødeleggelse i de dypeste strukturene (for eksempel hjernen), uten å skade de omkringliggende. Ultralyd brukes også i kirurgiverktøy der arbeidsenden ser ut som en fil, skalpell, nål. Vibrasjonene som påføres dem gir nye kvaliteter til disse instrumentene. Den nødvendige kraften reduseres betydelig, derfor reduseres traumatismen ved operasjonen. I tillegg manifesteres en smertestillende og hemostatisk effekt. Slag med et stumpt instrument ved hjelp av ultralyd brukes til å ødelegge visse typer neoplasmer som har dukket opp i kroppen.
Påvirkning på biologisk vev utføres for å ødelegge mikroorganismer og brukes i prosessene med sterilisering av medisiner og medisinske instrumenter.
Forskning av indre organer
I hovedsak snakker vi om studiet av bukhulen. For dette formål brukes et spesielt apparat. Ultralyd kan brukes til å finne og gjenkjenne ulike vev og anatomiske anomalier. Utfordringen er ofte som følger: en malignitet mistenkes og må skilles fra en godartet eller smittsom lesjon.
Ultralyd er nyttig for å undersøke leveren og for andre oppgaver, som inkluderer påvisning av hindringer og sykdommer i gallegangene, samt undersøkelse av galleblæren for å oppdage tilstedeværelsen av steiner og andre patologier i den. I tillegg kan testing for skrumplever og andre diffuse godartede leversykdommer brukes.
Innenfor gynekologi, hovedsakelig ved analyse av eggstokker og livmor, er bruken av ultralyd lang tidhovedretningen som det utføres spesielt vellykket. Ofte er det også her behov for differensiering av godartede og ondartede formasjoner, noe som vanligvis krever best kontrast og romlig oppløsning. Lignende konklusjoner kan være nyttige i studiet av mange andre indre organer.
Bruken av ultralyd i tannlegen
Ultralyd har også funnet veien inn i tannlegen, hvor det brukes til å fjerne tannstein. Den lar deg raskt, blodløst og smertefritt fjerne plakk og stein. Samtidig blir munnslimhinnen ikke skadet, og "lommene" i hulrommet desinfiseres. I stedet for smerte opplever pasienten en følelse av varme.
