Ultraljud

Ultraljud , vibrationer av frekvenser större än den övre gränsen för det hörbara området för människor - det vill säga större än cirka 20 kilohertz. Termen sonisk appliceras på ultraljudsvågor med mycket höga amplituder. Hypersound, ibland kallad praetersound eller microsound, är ljud frekvenser högre än 1013hertz. Vid så höga frekvenser är det mycket svårt för en ljudvåg att sprida effektivt; faktiskt över en frekvens av cirka 1,25 × 1013Hertz är det omöjligt för längsgående vågor att spridas överhuvudtaget, även i en vätska eller ett fast ämne, eftersom molekylerna i materialet där vågorna färdas inte kan passera vibrationerna tillräckligt snabbt.

Många djur har förmågan att höra ljud inom det mänskliga ultraljudsområdet. En antagen känslighet av kackerlackor och gnagare till frekvenser i 40 kilohertz-regionen har lett till tillverkning av skadedjursbekämpare som avger höga ljud i det frekvensområdet för att driva bort skadedjur, men de verkar inte fungera som annonserade.



Vissa hörselområden för däggdjur och insekter jämförs med människors i tabellen.



Frekvensområde för hörsel för människor och andra utvalda djur
djur- frekvens (hertz)
låg hög
människor tjugo 20000
katter 100 32 000
hundar 40 46 000
hästar 31 40000
elefanter 16 12 000
nötkreatur 16 40000
fladdermöss 1000 150 000
gräshoppor och gräshoppor 100 50 000
gnagare 1000 100.000
valar och delfiner 70 150 000
sälar och sjölejon 200 55 000

Givare

En ultraljudsgivare är en anordning som används för att omvandla någon annan typ av energi till en ultraljudsvibration. Det finns flera bastyper, klassificerade av energikällan och av mediet i vilket vågorna genereras. Mekaniska anordningar inkluderar gasdrivna eller pneumatiska omvandlare såsom visselpipor såväl som vätskedrivna omvandlare som hydrodynamiska oscillatorer och vibrerande blad. Dessa anordningar, begränsade till låga ultraljudfrekvenser, har ett antal industriella applikationer, inklusive torkning, ultraljudsrengöring och injektion av eldningsolja i brännare. Elektromekaniska givare är mycket mer mångsidiga och inkluderar piezoelektriska och magnetostriktiva enheter. En magnetostriktiv givare använder en typ av magnetiskt material i vilket en applicerad oscillerande magnetiskt fält klämmer samman materialets atomer, vilket skapar en periodisk förändring av materialets längd och därmed producerar en högfrekvent mekanisk vibration. Magnetostriktiva givare används främst i de lägre frekvensområdena och är vanliga i ultraljudsrengöringsmedel och ultraljudsbearbetningstillämpningar.

från vilken organism är restriktionsenzymer härledda

Den överlägset mest populära och mångsidiga typen av ultraljudsgivare är piezoelektrisk kristall , som omvandlar ett oscillerande elektriskt fält applicerat på kristallen till en mekanisk vibration. Piezoelektriska kristaller inkluderar kvarts, Rochelle-salt och vissa typer av keramik. Piezoelektriska omvandlare används lätt över hela frekvensområdet och vid alla utgångsnivåer. Särskilda former kan väljas för specifika applikationer. Till exempel ger en skivform en plan ultraljudsvåg, medan den böjande strålningsytan i en något konkav eller skålform skapar en ultraljudsvåg som kommer att fokusera vid en viss punkt.



Piezoelektriska och magnetostriktiva omvandlare används också som ultraljudsmottagare, som tar upp en ultraljudsvibration och omvandlar den till en elektrisk svängning.

Tillämpningar inom forskning

Ett av de viktiga områdena för vetenskapliga studier där ultraljud har haft en enorm inverkan är kavitation. När vatten kokas bildas bubblor längst ner i behållaren, stiger i vattnet och kollapsar sedan, vilket leder till ljudet av det kokande vattnet. Kokprocessen och de resulterande ljuden har fascinerat människor sedan de först observerades, och de var föremål för avsevärd forskning och beräkning av de brittiska fysikerna Osborne Reynolds och Lord Rayleigh , som tillämpade termen kavitation processen att bilda bubblor. Eftersom en ultraljudsvåg kan användas försiktigt för att kontrollera kavitation, har ultraljud varit ett användbart verktyg vid undersökningen av processen. Studien av kavitation har också gett viktig information om intermolekylära krafter.

Förstå begreppet sonoluminescens som är ett fenomen att förvandla ljud till ljus

Förstå begreppet sonoluminescens som är ett fenomen att förvandla ljud till ljus Lär dig hur kollapsande bubblor med ljud kan skapa sonoluminescens. MinutePhysics (En Britannica Publishing Partner) Se alla videor för den här artikeln



när gjordes ak 47

Forskning pågår kring aspekter av kavitationsprocessen och dess tillämpningar. Ett samtida forskningsämne involverar utsläpp av ljus när kaviteten som produceras av en högintensiv ultraljudsvåg kollapsar. Denna effekt, kallad sonoluminescens, kan skapa ögonblickliga temperaturer varmare än solens yta.

Hastigheten på fortplantning av en ultraljudsvåg är starkt beroende av viskositet av mediet. Den här egenskapen kan vara ett användbart verktyg för att undersöka materialets viskositet. Eftersom de olika delarna av en levande cell kännetecknas av olika viskositeter kan akustisk mikroskopi utnyttja denna egenskap hos celler för att se in i levande celler, vilket kommer att diskuteras nedan i Medicinska tillämpningar .