Dźwięk
Fale dźwiękowe należą
do fal mechanicznych, sprężystych
Fale poprzeczne i podłużne
Ciało stałe (sprężystość
postaci)
–
fale poprzeczne i podłużne
1SSonochemiaonochemia
ULTRADŹWIĘKI
Prędkość
dźwięku
Prędkość
rozchodzenia się
fal dźwiękowych
Zależność
od częstotliwości
3SSonochemiaonochemia
ULTRADŹWIĘKI
Podział
dźwięków
Podział
dźwięków ze względu na ich częstotliwość
4SSonochemiaonochemia
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
5SSonochemiaonochemia
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
Wytwarzanie ultradźwięków 8SSonochemiaonochemia
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
Wytwarzanie ultradźwięków 9SSonochemiaonochemia
ULTRADŹWIĘKI
Efekt piezoelektryczny
Odwrotny efekt piezoelektryczny
Wytwarzanie ultradźwięków 10SSonochemiaonochemia
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
ReaktorySSonochemiaonochemia
Zasadnicze rodzaje reaktorów ultradźwiękowych:
Reaktor z zanurzonym prętem (horn, probe system)
12
ULTRADŹWIĘKI
ReaktorySSonochemiaonochemia
Zasadnicze rodzaje reaktorów ultradźwiękowych:
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
ReaktorySSonochemiaonochemia
Zasadnicze rodzaje reaktorów ultradźwiękowych:
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 ....)
Zastosowania ultradźwięków 16SSonochemiaonochemia
ULTRADŹWIĘKI
Echolokacja
nawigacja, bezpieczeństwo żeglugi
badania oceanograficzne
rybołówstwo
technika wojskowa
Zastosowania ultradźwięków 17SSonochemiaonochemia
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
Zastosowania ultradźwięków 19SSonochemiaonochemia
ULTRADŹWIĘKI
Badania ultrasonograficzne
Krótkie impulsy ultradźwięków
Częstotliwość: 1 -
5 MHz
Bez potencjalnie szkodliwego promieniowania jonizującego
Czy zupełnie nieszkodliwe ?
Zastosowania ultradźwięków 20SSonochemiaonochemia
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
Zastosowania ultradźwięków 21SSonochemiaonochemia
ULTRADŹWIĘKI
Wybrane zastosowania techniczne
Oczyszczanie powierzchni
Mieszanie
Emulgowanie
Odgazowywanie
Krystalizacja