Ultrasunetele si aplicatiile lor

Ce sunt ultrasunetele?

Ultrasunetele sunt vibratii elastice care au frecventa mai mare decat frecventa maxima a oscilatiilor care produc senzatia auditiva. Domeniul de frecventa in care avem ultrasunetele este intre 20 kHz si 10 000 000 kHz.Datorita unor largi aplicatii ale acestora, Importanta ultrasunetelor si a producerii lor a crescut in ultimul timp.

Pentru producerea ultrasunetelor cel mai des se utilizeaza generatoare elecromecanice care functioneaza pe baza fenomenelor de piezoelectricitate si magnetostrictiune.

Functionarea acestui generator se bazeaza pe proprietatea unui cristal de cuart de a se deforma in camp electric.

1

Generator piezoelectric

Functionarea acestui generator se bazeaza pe aceea ca unele substante feromagnetice la magnetizare isi schimba dimensiunile. Daca aceste substante se dispun intr-un camp magnetic variabil, ele vor incepe sa oscileze. In acest caz ele pot deveni surse de ultrasunete.

2

Generator magnetorestrictiv

Proprietatile ultrasunetelor:

1. nu sunt percepute de organul auditiv al omului;

2. se pot obtine si sub forma unor fascicule inguste;

3. transporta o cantitate insemnata de energie;

4. sunt puternic absorbite de substante in stare gazoasa.

Efectele produse de ultrasunete:

1. pot provoca incalziri locale2. duc la omogenizarea unor sisteme dispersate cum ar fi: solutii

coloidale, emulsii etc.;3. pot distruge starea de omogenitate a unor astfel de sisteme;4. pot accelera si chiar provoca unele reactii chimice;5. pot favoriza procesele de polimerizare si invers6. produc fenomenul de cavitatie, care consta in aparitia unor goluri in

fluide in miscare;7. provoaca perturbatii mecanice in interiorul celulelor vii, care pot

duce pana la distrugerea microorganismelor.

3

Aplicatiile ultrasunetelor:

1. pe baza fenomenului de cavitatie se pot curati piese metalice, cazane, se pot perfora sau taia metale;

2. avand in vedera ca ultrasunetele pot distruge microorganisme, ele se utilizeaza la prepararea serurilor si vaccinurilor, la sterilizarea si conservarea alimentelor;

3. datorita incalzirii locale pe care o produc cand acd pe tesuturile organismului, ele se pot folosi pentru tratamentul unor nevralgii.

Terapia cu ultrasunete:

Utilizarea ultrasunetelor in terapie se bazeaza pe efectele benefice pe care acestea le au asupra organismului uman si animal. Experientele efectuate pe animale au aratat ca, in urma expunerii la ultrasunete, se produce cresterea temperaturii materialului biologic tratat, proces dependent de coeficientul de absorbtie: in oase si in tesutul nervos, cresterea de temperatura este mai pronuntata decat in tesutul adipos si cel muscular. Incalzirea selectiva a zonelor expuse la ultrasunete determina urmatoarele efecte: cresterea capacitatii de dilatare a tesutului colaginos, scaderea rigiditatii articulatiilor, cresterea pragului de durere a nervilor periferici si a terminatiilor nervoase, stimularea mecanismului de aparare a corpului prin cresterea moderata a fluxului sangvin. In urma terapiei cu ultrasunete extensibilitatea tendoanelor creste de 5-6 ori. Daca dupa aplicarea ultrasunetelor se fac exercitii fizice, potrivit alese, creste mobilitatea articulatiilor.

4

Mecanisme de interactiune

La trecerea undelor ultrasonore printr-un mediu sunt posibile trei mecanisme de interactiune:

mecanismul termic cavitatia mecanismul de stres

Mecanismul termic: Cand ultrasunetele interactioneaza cu materia, o parte din energia fasciculului poate fi absorbita de mediu si transformata in caldura. Cantitatea de caldura generata pe unitatea de volum a mediului este proportionala cu intensitatea acustica si cu coeficientul de absorbtie si invers proportoala cu densitatea mediului si cu caldura lui specifica. Se apreciaza ca dupa o crestere initiala, temperatura va tinde catre o valoare de echilibru. Un corp mic supus uniform ultrasunetelor va suferi o crestere mica dar rapida, in timp ce un corp mare, expus uniform unui camp ultradonor de aceeasi intensitate va atinge o temperatura finala mai inalta, dar intr-un interval de timp mai mare.Caviatia: prin actiunea mecanica, chimica si termica se pot produce intr-un mediu lichid bule (cavitati) cu sau fara continut de gaze sau vapori. Producerea acestor cavitati si efectul pe care acestea il au asupra mediului in care sunt produse poarta denumirea de cavitatie. Caviatia poate fi stabila sau temporara. Spre deosebire de cavitatia stabila, cavitatia temporara este mai violenta si apare la niveluri ale intensitatii ultrasonore mai mari.Cavitatia este puternic distructiva pentru organismele vii , datorita efectelor chimice, mecanice si termicegenerate in tipmpul exploziei cavitationale.Mecanismul de stres: in sisteme eterogene supuse actiunii campului ultrasonor par forte rezultate sau stress-uri, clasificate astfel:

forte ascensionale , care sunt oscilatorii forte de radiatie sau de deplasare forte de variatie a vascizitatii

5