Fale dźwiękowe należą ężystych - MITRmitr.p.lodz.pl/biomat/old_site/lectures/Sono-w02.pdf · Echolokacja (nawigacja, badania oceanograficzne, technika wojskowa, rybołówstwo)

Dźwięk

Fale dźwiękowe należą

do fal mechanicznych, sprężystych

Fale poprzeczne i podłużne

Ciało stałe (sprężystość

postaci)

–

fale poprzeczne i podłużne

1SSonochemiaonochemia

ULTRADŹWIĘKI

Dźwięk

Właściwości fal podłużnych


ULTRADŹWIĘKI

Prędkość

dźwięku

Prędkość

rozchodzenia się

fal dźwiękowych

Zależność

od częstotliwości


ULTRADŹWIĘKI

Podział

dźwięków

Podział

dźwięków ze względu na ich częstotliwość


ULTRADŹWIĘKI

Dźwięki o częstotliwościach poniżej 16 Hz to infradźwięki

Dźwięki z zakresu 16 Hz -

20 kHz to zakres słyszalny przez człowieka

Ultradźwięki

to fale akustyczne o częstotliwościach wyższych od 20 kHz i dochodzących do wielu MHz

Dźwięki o częstotliwościach wyższych od 10 MHz to hiperdźwięki

Właściwości ultradźwięków

Ultradźwięki -

długość

fali

l = V

t

= V

T

= V / f

W powietrzu:

W wodzie:

20 kHz = 1.72 cm

20 kHz = 7.49 cm 350 kHz = 0.98 mm

350 kHz = 4.27 mm 5 MHz = 0.069 mm

5 MHz = 0.30 mm


ULTRADŹWIĘKI

Porównanie z dźwiękami słyszalnymi

Słabiej ulegają

ugięciu i rozproszeniu, rozchodzą

się

w większym stopniu prostoliniowo (podobieństwo do światła)

Łatwiej wytwarzać

ukierunkowane wiązki

Łatwiej generować

ultradźwięki o dużym natężeniu

Nie są

słyszalne ...

Ultradźwięki w przyrodzie 6SSonochemiaonochemia

ULTRADŹWIĘKI

Szerszy zakres częstotliwości dźwięków słyszanych przez

niektóre zwierzęta (np. psy)

Aktywna echolokacja (nietoperze, ssaki morskie)

Ultradźwięki towarzyszą

również

przyrodzie nieożywionej

(fale morskie, wiatr, wyładowania atmosferyczne itp.)

Wytwarzanie ultradźwięków 7SSonochemiaonochemia

ULTRADŹWIĘKI

Piszczałka Galtona (1883)

Możliwość

regulacji częstotliwości

Tylko do około 30 kHz

Niewielkie natężenie dźwięku

Syrena

Możliwość

regulacji częstotliwości

Duże natężenie dźwięku

Działa w gazach i w cieczach

Gwizdek wodny

Brak regulacji częstotliwości

Prosta budowa, brak ruchomych części

Stosowany do wytwarzania

emulsji i do homogenizacji


ULTRADŹWIĘKI

Przetwornik magnetostrykcyjny

Można uzyskać

wysoką

moc fal ultradźwiękowych

Trwała, odporna konstrukcja

Częstotliwości -

do 100 kHz

Duże straty energii (> 40%)

wydziela się

ciepło, konieczne chłodzenie


ULTRADŹWIĘKI

Efekt piezoelektryczny

Odwrotny efekt piezoelektryczny


ULTRADŹWIĘKI

Przetwornik piezoelektryczny

Szeroki zakres częstotliwości

(częstotliwość

rezonansowa zależy od grubości płytki)

Materiał

- kwarc, BaTiO3

,

PbNb2

O6

, inne

Mogą

występować

efekty

starzenia

ReaktorySSonochemiaonochemia

Zasadnicze rodzaje reaktorów ultradźwiękowych:

Łażnia (myjka) ultradźwiękowa

11

ULTRADŹWIĘKI



Reaktor z zanurzonym prętem (horn, probe system)

12

ULTRADŹWIĘKI



Nowoczesny reaktor z przetwornikiem w dnie naczynia

13

ULTRADŹWIĘKI

H2O

H2O

V

Ultrasonic Transducer

Power Generator

Cover

Reaction Chamber

Generator i wzmacniacz

Przetwornik ultradźwiękowy

Komora reakcyjna

Pokrywa

Woda

Woda

H2O

H2O

V

Ultrasonic Transducer

Power Generator

Cover

Reaction Chamber

Generator i wzmacniacz

Przetwornik ultradźwiękowy

Komora reakcyjna

Pokrywa

Woda

Woda

GazGazGazGaz



Nowoczesny reaktor z przetwornikiem w dnie naczynia

14

Jednorodne pole ultradźwięków

Duża stabilność

mocy

Możliwość

kontrolowania mocy ultradźwięków

i temperatury

Praca przy różnych częstotliwościach (70 kHz –

1.1 MHz)

URS –1000

(Allied Signal

-Elac Nautik)

ULTRADŹWIĘKI

Zastosowania ultradźwięków 15SSonochemiaonochemia

ULTRADŹWIĘKI

Zastosowania ultradźwięków

Echolokacja (nawigacja, badania oceanograficzne, technika

wojskowa, rybołówstwo)

Badania materiałów (nieniszczące badania defektoskopowe)

Diagnostyka medyczna (USG, 3-D USG, Doppler)

Terapia ultradźwiękowa (laryngologia, stomatologia, onkologia)

Oczyszczanie wody i ścieków

Niszczenie komórek (biologia, medycyna)

Oczyszczanie powierzchni

Mieszanie, emulgowanie, usuwanie gazów z cieczy

Spawanie ultradźwiękowe (tworzywa sztuczne, metale)

Mikroskopia ultradźwiękowa

Kryminalistyka/systemy zabezpieczeń

(np. daktyloskopia)

Inicjowanie procesów fizykochemicznych

Sonochemia

Nanotechnologia

Badania naukowe (akustyka, struktura materii, luminescencja,

reakcje mechanochemiczne i rodnikowe ....)


ULTRADŹWIĘKI

Echolokacja

nawigacja, bezpieczeństwo żeglugi

badania oceanograficzne

rybołówstwo

technika wojskowa


ULTRADŹWIĘKI

Badania defektoskopowe

Częstotliwość

powyżej 0.5 MHz

(długość

fali powinna być

mniejsza od wykrywanych niejednorodności)

Badanie nieniszczące,

niepotrzebny dostęp z obu stron obiektu

Badania szyn kolejowych z

szybkością

do 70 km/h


ULTRADŹWIĘKI

Badania defektoskopowe


ULTRADŹWIĘKI

Badania ultrasonograficzne

Krótkie impulsy ultradźwięków

Częstotliwość: 1 -

5 MHz

Bez potencjalnie szkodliwego promieniowania jonizującego

Czy zupełnie nieszkodliwe ?


ULTRADŹWIĘKI

Badania ultrasonograficzne

Od około 2 lat -

obrazy trójwymiarowe (komputerowa obróbka

wielu obrazów dwuwymiarowych)

Badania i obrazowanie szybkości przepływu krwi metodą

Dopplera

Terapia ultradźwiękowa

Laryngologia -

np. upłynnianie treści zatok -

efekt cieplny oraz degradacja biopolimerów

Zwalczanie stanów zapalnych, rehabilitacja

Usuwanie kamienia nazębnego, kamieni nerkowych -

efekt mechaniczny

Niszczenie tkanki nowotworowej (silny efekt cieplny i

degradacja biopolimerów), rodniki, efekt sonodynamiczny

Kontrolowane uwalnianie i transport leków


ULTRADŹWIĘKI

Wybrane zastosowania techniczne

Oczyszczanie powierzchni

Mieszanie

Emulgowanie

Odgazowywanie

Krystalizacja


ULTRADŹWIĘKI

Zastosowanie ultradźwięków w ochronie środowiska

Oczyszczanie wody

Oczyszczanie ścieków

Documents

Fale dźwiękowe należą ężystych - MITRmitr.p.lodz.pl/biomat/old_site/lectures/Sono-w02.pdf · Echolokacja (nawigacja, badania oceanograficzne, technika wojskowa, rybołówstwo)