Поглощение ультразвука в веществе
Поскольку, по физической сущности, УЗ не отличается от звука и представляет собой механическую (упругую) волну, то он подчиняется тем же законам. Следовательно, при ее распространении образуются чередующие участки сгущения и разряжения частиц среды. Скорость распространения УЗ и звука одинаковы. Однако высокая интенсивность и малая длина волны УЗ порождает ряд специфических особенностей: При распространении УЗ в веществе происходит необратимый переход энергии звуковой волны в другие виды энергии, в основном теплоту. Это явление называется поглощением звука. Уменьшение амплитуды колебания частиц и интенсивности УЗ вследствие поглощения происходит по экспоненциальный характер: ; , где А, Ао – амплитуды колебания частиц среды у поверхности и на глубине h, I,Iо – соответствующие интенсивности УЗ- волны; α- коэффициент поглощения зависящий от частоты УЗ- волны, температуры и свойств среды. Коэффициент поглощения α - величина, обратная тому расстоянию, на котором амплитуда звуковой волны спадает в e раз. Чем больше α, тем сильнее среда поглощает УЗ. Коэффициент поглощения α растет при увеличении частоты УЗ, следовательно, затухание УЗ в среде значительно выше, чем затухание слышимого звука. Исходя из этого, УНЧ применяют в газах, воздухе, поскольку УСЧ и УЗВЧ в 1000 раз поглощается больше, а УСЧ и УЗВЧ применяют исключительно в жидкостях и твердых телах, Другой характеристикой УЗ – волн является глубина поглощения (Н). Глубина поглощения (Н) - глубина, на которой интенсивность УЗ - волны уменьшается вдвое. Взаимосвязь между этими характеристиками: Н = 0,347/α. Выделение теплоты и химические реакции. Поглощение ультразвука веществом сопровождается переходом энергии звуковой волны во внутреннюю энергию, что ведет к ее нагреванию. Наиболее интенсивное нагревание происходит на границе раздела сред, когда коэффициент отражения близок к единице (100%) т.к. вблизи границы, интенсивность волны увеличивается в результате отражения, следовательно, возрастает количество поглощенной энергии. Можно заметит на примере: если положим на излучатель влажную руку, то через некоторое время на другой стороне руки возникнет ощущение, похожее на боль от ожога вызванное УЗ отраженными от границы «кожа- воздух». Вывод ткани со сложной структурой (легкие – много границ) более чувствительны к нагреванию УЗ, чем однородные ткани (печень – почти отсутствуют границы). Локальный нагрев тканей на доли градусов способствует активности жизнедеятельности биологических объектов, повышает интенсивность процессов обмена. В то же время, длительное действие может вызвать перегрев. В некоторых случаях, для локального воздействия на отдельные части организма использует сфокусированный УЗ. Такое воздействие позволяет добиться контролируемой гипертермии, т.е. нагрева до 41-44 градусов без перегрева соседних тканей. Химическое действие УЗ проявляется, в частности, расщеплении молекулы воды на радикалы Н+ и ОН- с последующим образованием перекиси водорода Н2О2 . Акустические течения и кавитации. Сжатия и разрежения, создаваемые ультразвуком, может привести к образованию разрывов сплошности жидкости – акустической кавитаций. Акустическая кавитация - рост в ультразвуковом поле пузырьков из имеющихся субмикроскопических зародышей газа или пара в жидкостях. Кавитационные пузырьки пульсируют с частотой УЗ и схлопываются в положительной фазе давления. Кавитации существуют недолго и быстро захлопываются, при этом в небольших объемах выделяется значительная энергия, происходит разогревание вещества, а также ионизация и диссоциация молекул. При схлопывании пузырьков газа: - возникают локальные давления порядка тысяч атмосфер, образуются сферические ударные волны, что может приводить к разнообразным эффектам, в том числе и разрушающим, даже без влияния теплового действия УЗ. - приводит сильному разогреву их содержимого (до 10000о С), который сопровождается ионизацией и диссоциацией молекул. Явление кавитации сопровождается эрозией рабочих поверхностей излучателей, повреждением клеток и т.п. Однако это явление приводит и к ряду полезных эффектов. Например, в области кавитации происходит усиленное перемешивание вещества, что используется для приготовления эмульсий.
Популярное: Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2573)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |