Die 21ste eeu is die eeu van radio-elektronika, die atoom, ruimteverkenning en ultraklank. Die wetenskap van ultraklank is vandag relatief jonk. Aan die einde van die 19de eeu het P. N. Lebedev, 'n Russiese fisioloog, sy eerste studies gedoen. Daarna het baie vooraanstaande wetenskaplikes ultraklank begin bestudeer.
Wat is ultraklank?
Ultraklank is 'n voortplantende golwende ossillerende beweging wat die deeltjies van die medium maak. Dit het sy eie kenmerke, waarin dit verskil van die klanke van die hoorbare reeks. Dit is relatief maklik om gerigte bestraling in die ultrasoniese reeks te verkry. Daarbenewens fokus dit goed, en as gevolg hiervan neem die intensiteit van die ossillasies wat gemaak word toe. Wanneer dit in vaste stowwe, vloeistowwe en gasse voortplant, gee ultraklank aanleiding tot interessante verskynsels wat praktiese toepassing gevind het in baie gebiede van tegnologie en wetenskap. Dit is wat ultraklank is, waarvan die rol in verskeie sfere van die lewe vandag baie groot is.
Die rol van ultraklank in wetenskap en praktyk
Ulklank het die afgelope jare in wetenskaplike navorsing begin speel'n toenemend belangrike rol. Eksperimentele en teoretiese studies op die gebied van akoestiese vloei en ultrasoniese kavitasie is suksesvol uitgevoer, wat wetenskaplikes in staat gestel het om tegnologiese prosesse te ontwikkel wat plaasvind wanneer hulle in die vloeistoffase aan ultraklank blootgestel word. Dit is 'n kragtige metode om verskeie verskynsels in so 'n kennisveld soos fisika te bestudeer. Ultraklank word byvoorbeeld in halfgeleier- en vastestoffisika gebruik. Vandag word 'n aparte tak van chemie gevorm, genaamd "ultrasoniese chemie". Die toepassing daarvan maak dit moontlik om baie chemies-tegnologiese prosesse te versnel. Molekulêre akoestiek is ook gebore - 'n nuwe tak van akoestiek wat die molekulêre interaksie van klankgolwe met materie bestudeer. Nuwe areas van toepassing van ultraklank het verskyn: holografie, introskopie, akoestoelelektronika, ultrasoniese fasemeting, kwantumakoestiek.
Benewens eksperimentele en teoretiese werk op hierdie gebied, is baie praktiese werk vandag gedoen. Spesiale en universele ultrasoniese masjiene, installasies wat onder verhoogde statiese druk werk, ens is ontwikkel. Outomatiese ultrasoniese installasies wat by produksielyne ingesluit is, is in produksie ingestel, wat arbeidsproduktiwiteit aansienlik kan verhoog.
Meer oor ultraklank
Kom ons praat meer oor wat ultraklank is. Ons het reeds gesê dat dit elastiese golwe en ossillasies is. Die frekwensie van ultraklank is meer as 15-20 kHz. Die subjektiewe eienskappe van ons gehoor bepaal die onderste limiet van ultrasoniese frekwensies, watskei dit van die frekwensie van die hoorbare klank. Hierdie grens is dus voorwaardelik, en elkeen van ons definieer verskillend wat ultraklank is. Die boonste limiet word aangedui deur elastiese golwe, hul fisiese aard. Hulle versprei slegs in 'n materiaalmedium, dit wil sê die golflengte moet aansienlik groter wees as die gemiddelde vrye pad van die molekules wat in die gas teenwoordig is of die interatomiese afstande in vaste stowwe en vloeistowwe. By normale druk in gasse is die boonste limiet van ultrasoniese frekwensies 109 Hz, en in vaste stowwe en vloeistowwe - 1012-10 13 Hz.
Ultrasoniese bronne
Ulklank word in die natuur aangetref sowel as 'n komponent van baie natuurlike geluide (waterval, wind, reën, klippies wat deur die branders gerol word, sowel as in die geluide wat gepaard gaan met donderstorms, ens.), en as 'n integrale deel van die dierewêreld. Sommige spesies diere gebruik dit vir oriëntasie in die ruimte, opsporing van hindernisse. Dit is ook bekend dat dolfyne ultraklank in die natuur gebruik (hoofsaaklik frekwensies van 80 tot 100 kHz). In hierdie geval kan die krag van die liggingseine wat deur hulle uitgestuur word, baie groot wees. Daar is bekend dat dolfyne in staat is om skole visse tot 'n kilometer ver op te spoor.
Uitstralers (bronne) van ultraklank word in 2 groot groepe verdeel. Die eerste is kragopwekkers, waarin ossillasies opgewek word as gevolg van die teenwoordigheid van hindernisse in hulle wat in die pad van 'n konstante vloei geïnstalleer is - 'n straal vloeistof of gas. Die tweede groep waarin ultraklankbronne gekombineer kan word, iselektro-akoestiese omskakelaars wat gegewe fluktuasies in stroom of elektriese spanning omskakel in 'n meganiese vibrasie wat gemaak word deur 'n soliede liggaam wat akoestiese golwe in die omgewing uitstraal.
Ulklankontvangers
By medium- en lae frekwensies is ultrasoniese ontvangers meestal piëso-elektriese tipe elektroakoestiese omskakelaars. Hulle kan die vorm van die ontvangde akoestiese sein weergee, voorgestel as 'n tydafhanklikheid van die klankdruk. Toestelle kan óf breëband óf resonant wees, afhangende van die toepassingstoestande waarvoor hulle bedoel is. Termiese ontvangers word gebruik om tydgemiddelde klankveldkenmerke te verkry. Hulle is termistors of termokoppels bedek met 'n klankabsorberende stof. Klankdruk en intensiteit kan ook beraam word deur optiese metodes, soos die diffraksie van lig deur ultraklank.
Waar word ultraklank gebruik?
Daar is baie areas van die toepassing daarvan, terwyl verskillende kenmerke van ultraklank gebruik word. Hierdie gebiede kan rofweg in drie gebiede verdeel word. Die eerste daarvan hou verband met die verkryging van verskillende inligting deur middel van ultrasoniese golwe. Die tweede rigting is die aktiewe invloed daarvan op die stof. En die derde is verbind met die oordrag en verwerking van seine. US van 'n sekere frekwensiereeks word in elke geval gebruik. Ons sal slegs 'n paar van die vele gebiede dek waarin dit sy weg gevind het.
Ultrasoniese skoonmaak
Die kwaliteit van hierdie skoonmaak kan nie met ander metodes vergelyk word nie. Wanneer onderdele byvoorbeeld gespoel word, bly tot 80% van die besoedeling op hul oppervlak, ongeveer 55% - met vibrasie skoonmaak, ongeveer 20% - met handskoonmaak, en met ultrasoniese skoonmaak bly nie meer as 0,5% van kontaminante oor nie. Besonderhede wat 'n komplekse vorm het, kan slegs met behulp van ultraklank goed skoongemaak word. 'n Belangrike voordeel van die gebruik daarvan is hoë produktiwiteit, sowel as lae koste van fisiese arbeid. Boonop kan jy duur en vlambare organiese oplosmiddels vervang met goedkoop en veilige waterige oplossings, vloeibare freon gebruik, ens.
'n Ernstige probleem is lugbesoedeling met roet, rook, stof, metaaloksiede, ens. Jy kan die ultrasoniese metode gebruik om lug en gas in gasuitlate skoon te maak, ongeag die humiditeit en temperatuur van die omgewing. As 'n ultrasoniese uitstraler in 'n stofsakkamer geplaas word, sal die doeltreffendheid daarvan honderde kere toeneem. Wat is die kern van sulke suiwering? Stofdeeltjies wat lukraak in die lug beweeg, tref mekaar sterker en meer dikwels onder die invloed van ultrasoniese vibrasies. Terselfdertyd neem hul grootte toe as gevolg van die feit dat hulle saamsmelt. Koagulasie is die proses van partikelvergroting. Spesiale filters vang hul geweegde en vergrote trosse op.
Bewerking van bros en superharde materiale
As jy tussen die werkstuk en die werkoppervlak van die werktuig ingaan deur ultraklank, skuurmateriaal, dan die skuurdeeltjies tydens werkinguitstraler sal die oppervlak van hierdie deel beïnvloed. In hierdie geval word die materiaal vernietig en verwyder, onderworpe aan verwerking onder die werking van 'n verskeidenheid gerigte mikro-impakte. Die kinematika van verwerking bestaan uit die hoofbeweging - sny, dit wil sê die longitudinale vibrasies wat deur die werktuig gemaak word, en die hulp - die voerbeweging wat die masjien uitvoer.
Ultraklank kan verskeie take doen. Vir skuurkorrels is die bron van energie longitudinale vibrasies. Hulle vernietig die verwerkte materiaal. Die voerbeweging (hulp) kan sirkelvormig, dwars en longitudinaal wees. Ultrasoniese verwerking is meer presies. Afhangende van die korrelgrootte van die skuurmiddel, wissel dit van 50 tot 1 mikron. Met gereedskap van verskillende vorms kan jy nie net gate maak nie, maar ook komplekse snitte, geboë asse, graveer, slyp, matrikse maak en selfs 'n diamant boor. Materiale wat as skuurmiddel gebruik word - korund, diamant, kwartssand, vuursteen.
Ulklank in radio-elektronika
Ultraklank in tegnologie word dikwels in die veld van radio-elektronika gebruik. In hierdie gebied word dit dikwels nodig om 'n elektriese sein relatief tot 'n ander een te vertraag. Wetenskaplikes het 'n goeie oplossing gevind deur die gebruik van ultrasoniese vertragingslyne (LZ vir kort) voor te stel. Hul aksie is gebaseer op die feit dat elektriese impulse in ultrasoniese meganiese vibrasies omgeskakel word. Hoe gebeur dit? Die feit is dat die spoed van ultraklank aansienlik minder is as wat deur elektromagnetiese ossillasies ontwikkel word. Polsslagspanning na die omgekeerde transformasie in elektriese meganiese vibrasies sal vertraag word by die uitset van die lyn relatief tot die insetpuls.
Piëso-elektriese en magnetostriktiewe transduktors word gebruik om elektriese vibrasies om te skakel in meganiese en omgekeerd. LZ word onderskeidelik in piëso-elektries en magnetostriktief verdeel.
Ulklank in medisyne
Verskillende tipes ultraklank word gebruik om lewende organismes te beïnvloed. In die mediese praktyk is die gebruik daarvan nou baie gewild. Dit is gebaseer op die effekte wat in biologiese weefsels voorkom wanneer ultraklank daardeur gaan. Die golwe veroorsaak fluktuasies in die deeltjies van die medium, wat 'n soort weefselmikromassage skep. En die absorpsie van ultraklank lei tot hul plaaslike verhitting. Terselfdertyd vind sekere fisieschemiese transformasies in biologiese media plaas. Hierdie verskynsels veroorsaak nie onomkeerbare skade in die geval van matige klankintensiteit nie. Hulle verbeter net die metabolisme, en dra dus by tot die lewensbelangrike aktiwiteit van die liggaam wat daaraan blootgestel word. Sulke verskynsels word in ultraklankterapie gebruik.
Ulklank in chirurgie
Kavitasie en sterk verhitting by hoë intensiteite lei tot weefselvernietiging. Hierdie effek word vandag in chirurgie gebruik. Gefokusde ultraklank word gebruik vir chirurgiese operasies, wat plaaslike vernietiging in die diepste strukture (byvoorbeeld die brein) moontlik maak sonder om die omliggende strukture te beskadig. Ultraklank word ook in chirurgie gebruikgereedskap waarin die werkende punt soos 'n lêer, skalpel, naald lyk. Die vibrasies wat op hulle opgelê word, gee nuwe eienskappe aan hierdie instrumente. Die vereiste krag word aansienlik verminder, daarom word die traumatisme van die operasie verminder. Daarbenewens word 'n pynstillende en hemostatiese effek gemanifesteer. Impak met 'n stomp instrument wat ultraklank gebruik, word gebruik om sekere tipe neoplasmas wat in die liggaam verskyn het, te vernietig.
Impak op biologiese weefsels word uitgevoer om mikroörganismes te vernietig en word gebruik in die prosesse van sterilisasie van medisyne en mediese instrumente.
Navorsing van interne organe
Ons praat hoofsaaklik oor die studie van die buikholte. Vir hierdie doel word 'n spesiale apparaat gebruik. Ultraklank kan gebruik word om verskeie weefsel- en anatomiese afwykings te vind en te herken. Die uitdaging is dikwels soos volg: 'n kwaadaardigheid word vermoed en moet van 'n goedaardige of aansteeklike letsel onderskei word.
Ulklank is nuttig in die ondersoek van die lewer en vir ander take, wat die opsporing van obstruksies en siektes van die galbuise insluit, sowel as die ondersoek van die galblaas om die teenwoordigheid van klippe en ander patologieë daarin op te spoor. Daarbenewens kan toetsing vir sirrose en ander diffuse goedaardige lewersiektes gebruik word.
Op die gebied van ginekologie, hoofsaaklik in die ontleding van die eierstokke en baarmoeder, is die gebruik van ultraklank lankdie hoofrigting waarin dit veral suksesvol uitgevoer word. Dikwels is differensiasie van benigne en kwaadaardige formasies ook hier nodig, wat gewoonlik die beste kontras en ruimtelike resolusie vereis. Soortgelyke gevolgtrekkings kan nuttig wees in die studie van baie ander interne organe.
Die gebruik van ultraklank in tandheelkunde
Ultraklank het ook sy weg gevind na tandheelkunde, waar dit gebruik word om tandsteen te verwyder. Dit laat jou toe om gedenkplaat en klip vinnig, bloedloos en pynloos te verwyder. Terselfdertyd word die mondslymvlies nie beseer nie, en die "sakke" van die holte word ontsmet. In plaas van pyn, ervaar die pasiënt 'n sensasie van warmte.
