Generación de ultrasonidos

El" super" El carácter del ultrasonido proviene del hecho de que el límite inferior de su banda de frecuencia excede el oído humano, pero si lo analiza en términos de longitud de onda, la longitud de onda del ultrasonido es en realidad más corta. Los científicos llaman longitud de onda a la distancia entre dos picos o valles adyacentes de una onda. La longitud de onda de las ondas mecánicas que nuestros oídos humanos pueden escuchar es de 2 cm ~ 20 m (2 cm ~ 20 m). Por lo tanto, llamamos a las ondas mecánicas con una longitud de onda inferior a 2 cm como ultrasonido" ;." Sin embargo, en aplicaciones prácticas, las ondas mecánicas con una longitud de onda inferior a 3,4 cm (superior a 10000 Hz) pueden considerarse investigación ultrasónica. La longitud de onda del ultrasonido que se utiliza habitualmente para el diagnóstico médico es de 10 μm ~ 350 μm.

El ultrasonido es una especie de onda mecánica. Debe depender del medio para propagarse y no puede existir en el vacío (como el espacio). Por lo tanto, no podemos usar ultrasonido en el vacío, pero aún podemos usar equipos relacionados con ondas electromagnéticas (incluidas ondas de radio, microondas y rayos infrarrojos). , Luz visible, rayos ultravioleta, rayos X, rayos gamma, etc.), utilizando tecnología de ondas electromagnéticas.

En el aire, las ondas ultrasónicas se refieren a ondas mecánicas con una longitud de onda de menos de 2 cm (por ejemplo, 1,7 cm, la longitud de onda de 2 cm corresponde a 17000 Hz, la longitud de onda de 1,7 cm corresponde a 20000 Hz, de hecho, no hay un estándar fijo, solo un valor que es fácil de recordar), y su longitud de onda es muy corta. Más bajo que el límite inferior general de audición humana (2 cm), la gente llama a este ultrasonido de onda mecánica inaudible, y la longitud de onda de las ondas infrasónicas es generalmente mayor de 20 metros (por ejemplo, 17 metros, la longitud de onda de 20 m corresponde a 17 Hz, la longitud de onda de 17 m corresponde a 20Hz), superior al límite superior de la longitud de onda de la audición. En aplicaciones prácticas, las ondas ultrasónicas a menudo coinciden con el rango de ondas sonoras audibles de onda corta, y las ondas mecánicas con una longitud de onda inferior a 3,4 cm (10000 Hz) pueden considerarse investigación ultrasónica.

Su longitud de onda es mucho más corta que las ondas sonoras ordinarias, por lo que se puede utilizar para cortar, soldar, perforar, etc. Debido a su longitud de onda corta, tiene muchas características: en primer lugar, la anisotropía de propagación causada por la longitud de onda corta, y también debido a su longitud de onda corta y su escasa capacidad de difracción. Aunque tiene buena anisotropía, tiene una gran pérdida en el aire y no se puede transmitir. Lejos, poca penetración, fácil de esparcir. El ultrasonido se usa comúnmente en la industria y la medicina para la detección ultrasónica. El ultrasonido, el infrasonido y el sonido audible son esencialmente lo mismo. Lo que tienen en común es una onda mecánica, que suele propagarse en medios elásticos en forma de ondas longitudinales. Es una forma de propagación de energía. La diferencia son las ondas ultrasónicas. Larga y corta, puede viajar en línea recta dentro de una cierta distancia con poca difracción y tiene buena anisotropía. Sin embargo, en comparación con el sonido audible y el infrasonido, tiene un escaso poder de penetración y es fácil de dispersar.

Las leyes de propagación de reflexión, refracción, difracción y dispersión de ondas ultrasónicas en el medio no son esencialmente diferentes de las leyes del infrasonido y las ondas sonoras audibles. Pero la longitud de onda del ultrasonido es muy corta, solo unos pocos centímetros, incluso unas milésimas de milímetro. En comparación con otras ondas, las ondas ultrasónicas tienen muchas características: características de propagación: la longitud de onda de las ondas ultrasónicas es muy corta y el tamaño de los obstáculos ordinarios es muchas veces mayor que la longitud de onda de las ondas ultrasónicas. Por lo tanto, las ondas ultrasónicas tienen poca penetración, poca capacidad de difracción y fácil dispersión. . Puede propagarse en línea recta en un medio homogéneo pero es difícil de difractar. Cuanto más corta sea la longitud de onda de la onda ultrasónica, más obvia será la característica. Además, de acuerdo con la ley de dispersión de Rayleigh, la intensidad de la onda dispersa es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda, y la longitud de onda de la onda ultrasónica es extremadamente corta. Por tanto, la dispersión es muy grave y el poder de penetración no es bueno. Cavitación ─ ─ Cuando la onda ultrasónica se propaga en el medio, hay un período alterno positivo y negativo. En la fase positiva, la onda ultrasónica aprieta las moléculas del medio para cambiar la densidad original del medio y aumentarla; en la fase de presión negativa Cuando las moléculas del medio son escasas y se dispersan más, la densidad del medio se reduce. Cuando se aplica una onda ultrasónica suficientemente fuerte al medio líquido, la distancia promedio entre las moléculas del medio excederá la distancia molecular crítica que mantiene constante el medio líquido. Se produce una fractura y se forman microburbujas. Estas pequeñas cavidades se expanden y cierran rápidamente, provocando violentas colisiones entre las partículas líquidas, lo que resulta en presiones de miles a decenas de miles de atmósferas. Esta violenta interacción entre las partículas tiene un buen efecto de agitación, de modo que los dos líquidos inmiscibles (como el agua y el aceite) emulsionan y aceleran la disolución del soluto. Los diversos efectos provocados por la acción de las ondas ultrasónicas en el líquido se denominan cavitación ultrasónica.