Le frequenze comprese tra 16 e 18.000 Hz, che l'apparecchio acustico umano può percepire, sono solitamente chiamate frequenze sonore, ad esempio il cigolio di una zanzara »10 kHz. Ma l'aria, le profondità dei mari e le viscere della terra sono piene di suoni che si trovano al di sotto e al di sopra di questa gamma: infra e ultrasuoni. In natura, gli ultrasuoni si trovano come componente di molti rumori naturali: nel rumore del vento, delle cascate, della pioggia, dei ciottoli rotolati dalle onde e nei temporali. Molti mammiferi, come cani e gatti, hanno la capacità di percepire gli ultrasuoni con una frequenza fino a 100 kHz e la capacità di localizzazione di pipistrelli, insetti notturni e animali marini è ben nota a tutti. L'esistenza dei suoni non udibili fu scoperta con lo sviluppo dell'acustica alla fine del XIX secolo. Contemporaneamente iniziarono i primi studi sugli ultrasuoni, ma le basi del suo utilizzo furono gettate solo nel primo terzo del XX secolo.
Il limite inferiore della gamma ultrasonica è chiamato vibrazioni elastiche con una frequenza di 18 kHz. Il limite superiore degli ultrasuoni è determinato dalla natura delle onde elastiche, che possono propagarsi solo a condizione che la lunghezza d'onda sia significativamente maggiore del percorso libero delle molecole (nei gas) o delle distanze interatomiche (nei liquidi e gas). Nei gas il limite superiore è »106 kHz, nei liquidi e solidi »1010 kHz. Di norma, le frequenze fino a 106 kHz sono chiamate ultrasuoni. Le frequenze più alte sono comunemente chiamate ipersuono.
Le onde ultrasoniche per loro natura non differiscono dalle onde nella gamma udibile e obbediscono alle stesse leggi fisiche. Ma gli ultrasuoni hanno caratteristiche specifiche che ne hanno determinato la diffusione nell’ambito della scienza e della tecnologia. Ecco i principali:
- Lunghezza d'onda corta. Per la gamma ultrasonica più bassa, la lunghezza d'onda non supera diversi centimetri nella maggior parte dei mezzi. La lunghezza d'onda corta determina la natura dei raggi della propagazione delle onde ultrasoniche. In prossimità dell'emettitore gli ultrasuoni si propagano sotto forma di fasci di dimensioni simili a quelle dell'emettitore. Quando incontra disomogeneità nel mezzo, il raggio ultrasonico si comporta come un raggio di luce, sperimentando riflessione, rifrazione e diffusione, il che rende possibile formare immagini sonore in mezzi otticamente opachi utilizzando effetti puramente ottici (focalizzazione, diffrazione, ecc.)
- Un breve periodo di oscillazione, che consente di emettere ultrasuoni sotto forma di impulsi ed effettuare una precisa selezione temporale dei segnali che si propagano nel mezzo.
- Possibilità di ottenere elevati valori di energia vibrazionale a bassa ampiezza, perché l'energia di vibrazione è proporzionale al quadrato della frequenza. Ciò consente di creare fasci e campi ultrasonici ad alto livello di energia, senza richiedere apparecchiature di grandi dimensioni.
- Nel campo degli ultrasuoni si sviluppano correnti acustiche significative. Pertanto, l'impatto degli ultrasuoni sull'ambiente dà origine a effetti specifici: fisici, chimici, biologici e medici. Come la cavitazione, l'effetto capillare sonico, la dispersione, l'emulsificazione, il degasaggio, la disinfezione, il riscaldamento locale e molti altri.
- Gli ultrasuoni non sono udibili e non creano disagio al personale operativo.
Storia dell'ecografia. Chi ha scoperto gli ultrasuoni?
L'attenzione all'acustica è stata causata dalle esigenze delle marine delle principali potenze: Inghilterra e Francia, perché l'acustico è l'unico tipo di segnale che può viaggiare lontano nell'acqua. Nel 1826 Scienziato francese Colladon determinato la velocità del suono nell'acqua. L'esperimento di Colladon è considerato la nascita della moderna idroacustica. La campana subacquea nel Lago di Ginevra è stata suonata con l'accensione simultanea di polvere da sparo. Il lampo della polvere da sparo fu osservato da Colladon a una distanza di 10 miglia. Ha anche sentito il suono della campana usando un tubo uditivo subacqueo. Misurando l'intervallo di tempo tra questi due eventi, Colladon calcolò che la velocità del suono era di 1435 m/sec. La differenza con i calcoli moderni è di soli 3 m/sec.
Nel 1838, negli Stati Uniti, il suono fu utilizzato per la prima volta per determinare il profilo del fondale marino allo scopo di posare un cavo telegrafico. La fonte del suono, come nell'esperimento di Colladon, era una campana che suonava sott'acqua, e il ricevitore era costituito da grandi tubi uditivi abbassati sul lato della nave. I risultati dell'esperimento furono deludenti. Il suono della campana (come, del resto, l'esplosione delle cartucce di polvere da sparo nell'acqua) dava un'eco troppo debole, quasi impercettibile tra gli altri suoni del mare. Era necessario andare nella regione delle frequenze più alte, consentendo la creazione di raggi sonori diretti.
Primo generatore di ultrasuoni realizzato nel 1883 da un inglese Francesco Galton. Gli ultrasuoni si creavano come un fischio sul filo di un coltello quando ci si soffiava sopra. Il ruolo di una tale punta nel fischietto di Galton era svolto da un cilindro con spigoli vivi. L'aria o altro gas che usciva sotto pressione attraverso un ugello anulare di diametro uguale al bordo del cilindro scorreva sul bordo e si verificavano oscillazioni ad alta frequenza. Fischiando con l'idrogeno è stato possibile ottenere oscillazioni fino a 170 kHz.
Nel 1880 Pierre e Jacques Curie fece una scoperta decisiva per la tecnologia degli ultrasuoni. I fratelli Curie notarono che quando veniva applicata pressione ai cristalli di quarzo, veniva generata una carica elettrica direttamente proporzionale alla forza applicata al cristallo. Questo fenomeno venne chiamato “piezoelettricità” dalla parola greca che significa “premere”. Hanno anche dimostrato l’effetto piezoelettrico inverso, che si verificava quando un potenziale elettrico in rapido cambiamento veniva applicato al cristallo, facendolo vibrare. D'ora in poi è tecnicamente possibile produrre emettitori e ricevitori di ultrasuoni di piccole dimensioni.
La morte del Titanic a causa di una collisione con un iceberg e la necessità di combattere nuove armi - i sottomarini - hanno richiesto il rapido sviluppo dell'idroacustica ad ultrasuoni. Nel 1914, fisico francese Paolo Langevin insieme al talentuoso scienziato emigrante russo Konstantin Vasilyevich Shilovsky, per la prima volta svilupparono un sonar costituito da un emettitore di ultrasuoni e un idrofono, un ricevitore di vibrazioni ultrasoniche, basato sull'effetto piezoelettrico. Sonar Langevin - Shilovsky, è stato il primo dispositivo ad ultrasuoni, utilizzato nella pratica. Allo stesso tempo, lo scienziato russo S.Ya Sokolov ha sviluppato i fondamenti del rilevamento dei difetti a ultrasuoni nell'industria. Nel 1937, lo psichiatra tedesco Karl Dussick, insieme a suo fratello Friedrich, fisico, utilizzò per la prima volta gli ultrasuoni per rilevare tumori al cervello, ma i risultati ottenuti si rivelarono inaffidabili. Nella pratica medica, gli ultrasuoni iniziarono ad essere utilizzati per la prima volta solo negli anni '50 del XX secolo negli Stati Uniti.
Ricevere gli ultrasuoni.
Gli emettitori di ultrasuoni possono essere suddivisi in due grandi gruppi:
1) Le oscillazioni sono eccitate da ostacoli sul percorso di un flusso di gas o liquido o dall'interruzione di un flusso di gas o liquido. Sono utilizzati in misura limitata, principalmente per ottenere potenti ultrasuoni in un ambiente gassoso.
2) Le oscillazioni vengono eccitate mediante trasformazione in oscillazioni meccaniche di corrente o tensione. La maggior parte dei dispositivi a ultrasuoni utilizza emettitori di questo gruppo: trasduttori piezoelettrici e magnetostrittivi.
Oltre ai trasduttori basati sull'effetto piezoelettrico, vengono utilizzati trasduttori magnetostrittivi per produrre un potente fascio ultrasonico. La magnetostrizione è un cambiamento nella dimensione dei corpi quando cambia il loro stato magnetico. Un nucleo di materiale magnetostrittivo posto in un avvolgimento conduttivo cambia la sua lunghezza in base alla forma del segnale di corrente che passa attraverso l'avvolgimento. Questo fenomeno, scoperto nel 1842 da James Joule, è caratteristico dei ferromagneti e delle ferriti. I materiali magnetostrittivi più comunemente utilizzati sono le leghe a base di nichel, cobalto, ferro e alluminio. La massima intensità di radiazione ultrasonica può essere raggiunta dalla lega permendur (49% Co, 2% V, il resto Fe), che viene utilizzata in potenti emettitori di ultrasuoni. In particolare quelli prodotti dalla nostra azienda.
Applicazione degli ultrasuoni.
Le diverse applicazioni degli ultrasuoni possono essere suddivise in tre aree:
- ottenere informazioni su una sostanza
- effetto sulla sostanza
- elaborazione e trasmissione del segnale
La dipendenza della velocità di propagazione e attenuazione delle onde acustiche dalle proprietà della materia e dai processi che si verificano in esse viene utilizzata nei seguenti studi:
- studio dei processi molecolari in gas, liquidi e polimeri
- studio della struttura dei cristalli e di altri solidi
- controllo di reazioni chimiche, transizioni di fase, polimerizzazione, ecc.
- determinazione della concentrazione della soluzione
- determinazione delle caratteristiche di resistenza e composizione dei materiali
- determinazione della presenza di impurità
- determinazione della portata di liquidi e gas
La misurazione della velocità del suono nei solidi consente di determinare le caratteristiche elastiche e di resistenza dei materiali strutturali. Questo metodo indiretto per determinare la forza è conveniente per la sua semplicità e la possibilità di utilizzo in condizioni reali.
Gli analizzatori di gas a ultrasuoni monitorano l'accumulo di impurità pericolose. La dipendenza della velocità degli ultrasuoni dalla temperatura viene utilizzata per la termometria senza contatto di gas e liquidi.
I misuratori di portata ad ultrasuoni che funzionano sull'effetto Doppler si basano sulla misurazione della velocità del suono in liquidi e gas in movimento, anche disomogenei (emulsioni, sospensioni, polpe). Attrezzature simili vengono utilizzate per determinare la velocità e la portata del sangue negli studi clinici.
Un ampio gruppo di metodi di misurazione si basa sulla riflessione e diffusione delle onde ultrasoniche ai confini tra i mezzi. Questi metodi consentono di determinare con precisione la posizione di corpi estranei nell'ambiente e vengono utilizzati in settori quali:
- sonar
- controlli non distruttivi e rilevamento difetti
- diagnostica medica
- determinazione dei livelli di liquidi e solidi in contenitori chiusi
- determinazione delle dimensioni del prodotto
- visualizzazione dei campi sonori - visione del suono e olografia acustica
La riflessione, la rifrazione e la capacità di focalizzare gli ultrasuoni vengono utilizzate nel rilevamento di difetti ad ultrasuoni, nei microscopi acustici ad ultrasuoni, nella diagnostica medica e per studiare le macro-disomogeneità di una sostanza. La presenza di disomogeneità e le loro coordinate sono determinate da segnali riflessi o dalla struttura dell'ombra.
I metodi di misurazione basati sulla dipendenza dei parametri di un sistema oscillante risonante dalle proprietà del mezzo che lo carica (impedenza) vengono utilizzati per la misurazione continua della viscosità e della densità dei liquidi e per misurare lo spessore di parti accessibili solo da un lato. Lo stesso principio è alla base dei durometri a ultrasuoni, degli indicatori di livello e degli interruttori di livello. Vantaggi dei metodi di prova a ultrasuoni: tempi di misurazione brevi, capacità di controllare ambienti esplosivi, aggressivi e tossici, nessun impatto dello strumento sull'ambiente e sui processi controllati.
L'effetto degli ultrasuoni su una sostanza.
L'effetto degli ultrasuoni su una sostanza, che porta a cambiamenti irreversibili in essa, è ampiamente utilizzato nell'industria. Allo stesso tempo, i meccanismi d’azione degli ultrasuoni sono diversi a seconda degli ambienti. Nei gas, il principale fattore operativo sono le correnti acustiche, che accelerano i processi di trasferimento di calore e massa. Inoltre, l'efficienza della miscelazione ad ultrasuoni è significativamente superiore rispetto alla miscelazione idrodinamica convenzionale, perché lo strato limite ha uno spessore minore e, di conseguenza, un gradiente di temperatura o concentrazione maggiore. Questo effetto viene utilizzato in processi come:
- asciugatura ad ultrasuoni
- combustione in campo ultrasonico
- coagulazione dell'aerosol
Nella lavorazione ad ultrasuoni dei liquidi, il principale fattore operativo è cavitazione . I seguenti processi tecnologici si basano sull'effetto cavitazione:
- pulizia ad ultrasuoni
- metallizzazione e saldatura
- effetto sonoro-capillare: penetrazione dei liquidi nei pori e nelle fessure più piccoli. Viene utilizzato per l'impregnazione di materiali porosi e si verifica durante qualsiasi lavorazione ad ultrasuoni di solidi in liquidi.
- cristallizzazione
- intensificazione dei processi elettrochimici
- ottenere aerosol
- distruzione di microrganismi e sterilizzazione ad ultrasuoni degli strumenti
Correnti acustiche- uno dei principali meccanismi dell'effetto degli ultrasuoni sulla materia. È causato dall'assorbimento dell'energia ultrasonica nella sostanza e nello strato limite. I flussi acustici differiscono dai flussi idrodinamici per il piccolo spessore dello strato limite e la possibilità del suo assottigliamento con l'aumentare della frequenza di oscillazione. Ciò porta ad una diminuzione dello spessore dello strato limite di temperatura o concentrazione e ad un aumento dei gradienti di temperatura o concentrazione che determinano la velocità di trasferimento di calore o di massa. Ciò aiuta ad accelerare i processi di combustione, essiccazione, miscelazione, distillazione, diffusione, estrazione, impregnazione, assorbimento, cristallizzazione, dissoluzione, degasaggio di liquidi e fusioni. In un flusso ad alta energia, l'influenza dell'onda acustica si esplica grazie all'energia del flusso stesso, modificandone la turbolenza. In questo caso l'energia acustica può rappresentare solo una frazione percentuale dell'energia del flusso.
Quando un'onda sonora ad alta intensità passa attraverso un liquido, un cosiddetto cavitazione acustica . In un'onda sonora intensa, durante i semiperiodi di rarefazione, compaiono bolle di cavitazione, che collassano bruscamente quando si spostano in un'area di alta pressione. Nella regione di cavitazione si verificano potenti disturbi idrodinamici sotto forma di microonde d'urto e microflussi. Inoltre, il collasso delle bolle è accompagnato da un forte riscaldamento locale della sostanza e dal rilascio di gas. Tale esposizione porta alla distruzione anche di sostanze durevoli come l'acciaio e il quarzo. Questo effetto viene utilizzato per disperdere i solidi, produrre emulsioni fini di liquidi immiscibili, eccitare e accelerare reazioni chimiche, distruggere microrganismi ed estrarre enzimi da cellule animali e vegetali. La cavitazione determina anche effetti come un debole bagliore di un liquido sotto l'influenza degli ultrasuoni - sonoluminescenza e penetrazione anormalmente profonda del liquido nei capillari - effetto sonocapillare .
La dispersione per cavitazione dei cristalli di carbonato di calcio (incrostazione) è la base dei dispositivi anticalcare acustici. Sotto l'influenza degli ultrasuoni, le particelle nell'acqua si dividono, le loro dimensioni medie diminuiscono da 10 a 1 micron, il loro numero e la superficie totale delle particelle aumentano. Ciò porta al trasferimento del processo di formazione del calcare dalla superficie di scambio termico direttamente nel liquido. Gli ultrasuoni influiscono anche sullo strato di incrostazioni formato, formando in esso microfessure che contribuiscono alla rottura di pezzi di incrostazioni dalla superficie di scambio termico.
Negli impianti di pulizia ad ultrasuoni, con l'aiuto della cavitazione e dei microflussi da essa generati, vengono rimossi sia i contaminanti legati alla superficie, come incrostazioni, incrostazioni, bave, sia i contaminanti morbidi, come pellicole grasse, sporco, ecc. Lo stesso effetto viene utilizzato per intensificare i processi elettrolitici.
Sotto l'influenza degli ultrasuoni, si verifica un effetto così curioso come la coagulazione acustica, ad es. convergenza e allargamento delle particelle sospese nei liquidi e nei gas. Il meccanismo fisico di questo fenomeno non è ancora del tutto chiaro. La coagulazione acustica viene utilizzata per la deposizione di polveri, fumi e nebbie industriali a frequenze basse per gli ultrasuoni, fino a 20 kHz. È possibile che gli effetti benefici del suono delle campane delle chiese si basino su questo effetto.
La lavorazione meccanica dei solidi mediante ultrasuoni si basa sui seguenti effetti:
- riduzione dell'attrito tra le superfici durante le vibrazioni ultrasoniche di una di esse
- diminuzione del carico di snervamento o deformazione plastica sotto l'influenza degli ultrasuoni
- rafforzamento e riduzione delle tensioni residue nei metalli sotto l'impatto di un utensile con frequenza ultrasonica
- Gli effetti combinati della compressione statica e delle vibrazioni ultrasoniche vengono utilizzati nella saldatura ad ultrasuoni
Esistono quattro tipologie di lavorazione mediante ultrasuoni:
- lavorazioni dimensionali di particolari realizzati con materiali duri e fragili
- taglio di materiali difficili da tagliare con applicazione di ultrasuoni sull'utensile da taglio
- sbavatura in bagno ad ultrasuoni
- macinazione di materiali viscosi con pulizia ad ultrasuoni della mola
Effetti degli ultrasuoni su oggetti biologici provoca una varietà di effetti e reazioni nei tessuti corporei, che sono ampiamente utilizzati nella terapia a ultrasuoni e nella chirurgia. Gli ultrasuoni sono un catalizzatore che accelera l'instaurazione di uno stato di equilibrio, da un punto di vista fisiologico, del corpo, ad es. stato sano. Gli ultrasuoni hanno un effetto molto maggiore sui tessuti malati che su quelli sani. Viene utilizzata anche la spruzzatura ad ultrasuoni di farmaci per inalazione. La chirurgia ad ultrasuoni si basa sui seguenti effetti: distruzione dei tessuti mediante ultrasuoni focalizzati stessi e applicazione di vibrazioni ultrasoniche ad uno strumento chirurgico tagliente.
I dispositivi a ultrasuoni vengono utilizzati per la conversione e l'elaborazione analogica di segnali elettronici e per il controllo dei segnali luminosi nell'ottica e nell'optoelettronica. Gli ultrasuoni a bassa velocità vengono utilizzati nelle linee di ritardo. Il controllo dei segnali ottici si basa sulla diffrazione della luce mediante ultrasuoni. Uno dei tipi di tale diffrazione, la cosiddetta diffrazione di Bragg, dipende dalla lunghezza d'onda degli ultrasuoni, che consente di isolare uno stretto intervallo di frequenza da un ampio spettro di radiazioni luminose, ad es. luce del filtro.
Gli ultrasuoni sono una cosa estremamente interessante e si può presumere che molte delle loro applicazioni pratiche siano ancora sconosciute all'umanità. Amiamo e conosciamo gli ultrasuoni e saremo felici di discutere qualsiasi idea relativa alla sua applicazione.
Dove vengono utilizzati gli ultrasuoni - tabella riassuntiva
La nostra azienda, Koltso-Energo LLC, è impegnata nella produzione e installazione di dispositivi acustici anticalcare "Acoustic-T". I dispositivi prodotti dalla nostra azienda si distinguono per un livello eccezionalmente elevato di segnale ultrasonico, che consente loro di funzionare su caldaie senza trattamento dell'acqua e caldaie ad acqua vapore con acqua artesiana. Ma prevenire le incrostazioni è una parte molto piccola di ciò che gli ultrasuoni possono fare. Questo straordinario strumento naturale ha enormi possibilità e vogliamo parlarvene. I dipendenti della nostra azienda lavorano da molti anni presso le principali imprese russe coinvolte nel settore dell'acustica. Sappiamo molto sugli ultrasuoni. E se all'improvviso si presenta la necessità di utilizzare gli ultrasuoni nella tua tecnologia,
Applicazione degli ultrasuoni nell'industria
Le vibrazioni ultrasoniche sono vibrazioni meccaniche elastiche con una frequenza superiore a 20 kHz, che non vengono percepite dall'orecchio umano. Le onde ultrasoniche più corte hanno una lunghezza dell'ordine delle lunghezze d'onda della luce visibile. Le onde ultrasoniche, come le onde luminose, vengono riflesse dagli ostacoli, possono essere focalizzate, ecc.
Quando le vibrazioni ultrasoniche si propagano in un mezzo liquido, in quest'ultimo si verificano compressioni e stiramenti alternati con la frequenza delle vibrazioni di passaggio; al momento dello stiramento si verificano rotture locali del liquido e si formano cavità (bolle), riempite di vapore liquido e gas in esso disciolti. Al momento della compressione, le bolle collassano, accompagnate da forti shock idraulici. Questo fenomeno è chiamato cavitazione. Le pressioni d'urto locali spesso superano i 980 MPa.
Le sorgenti di ultrasuoni utilizzate nell'industria possono essere suddivise in due gruppi: meccaniche ed elettromeccaniche.
Tra le sorgenti meccaniche di ultrasuoni, quelle più utilizzate sono quella dinamica (sirene) e quella statica (fischio). Sirene Hanno uno statore forato e un rotore costituito da un disco forato. Quando viene fornito vapore, gas o aria compressa all'alloggiamento della sirena, il rotore ruota, chiudendo e aprendo periodicamente i fori dello statore, creando vibrazioni meccaniche. Le sirene sono ampiamente utilizzate, ad esempio, per depositare nebbia di acido solforico e fuliggine fine durante la loro produzione.
La più conosciuta delle sorgenti di ultrasuoni statiche (generatori) è Il fischio di Hartmann, in cui le vibrazioni sonore derivano dall'impatto di un getto di gas che si muove a velocità supersonica da un ugello in un risonatore cilindrico.
Tra le sorgenti elettromeccaniche, i trasduttori magnetostrittivi e piezoceramici sono quelli più utilizzati.
Parte principale trasduttore magnetostrittivoè un cosiddetto motore realizzato in materiale ferromagnetico, che ha la capacità di modificare le sue dimensioni in un campo magnetico. Ad esempio, una barra di nichel posta in un campo magnetico si accorcia, mentre una barra di lega ferro-cobalto (permendur) si allunga.
Effetto piezoelettrico sta nel fatto che quando alcuni cristalli, come il quarzo, vengono stirati e compressi in determinate direzioni, sulla loro superficie si formano cariche elettriche (effetto piezoelettrico diretto).
Se si applica una carica elettrica a una tale lastra di quarzo, questa cambierà le sue dimensioni (effetto piezoelettrico inverso). Quando un campo elettrico alternato agisce sulla piastra, questa si comprimerà o si espanderà in modo sincrono con la variazione della tensione applicata. L'effetto piezoelettrico diretto viene utilizzato nei ricevitori di vibrazioni ultrasoniche, dove queste ultime vengono convertite in corrente alternata.
L'effetto piezoelettrico inverso viene utilizzato nella produzione di emettitori di vibrazioni a ultrasuoni, che convertono le vibrazioni elettriche in meccaniche, principalmente di frequenze più elevate rispetto a quelle magnetostrittive.
Negli ultimi anni si sono diffusi vibratori in piezoceramica, che hanno un effetto piezoelettrico maggiore rispetto al quarzo naturale.
Una delle principali applicazioni tecnologiche degli ultrasuoni è l'intensificazione di molti processi tecnologici.
Le vibrazioni ultrasoniche vengono utilizzate per accelerare processi come la polimerizzazione (ad esempio il trattamento ad ultrasuoni delle emulsioni nella produzione di gomma artificiale).
Gli ultrasuoni accelerano significativamente la cristallizzazione di varie sostanze da soluzioni sovrassature (acido tartarico, fluoruro di alluminio, ecc.).
Gli ultrasuoni possono anche accelerare la dissoluzione dei solidi nei liquidi. Ad esempio, la durata della dissoluzione della viscosa nel processo di produzione delle fibre chimiche quando si utilizzano gli ultrasuoni si riduce da 7 a 3 ore.
Gli ultrasuoni consentono di accelerare i processi di estrazione, ad esempio, ottenendo olio di pesce dal fegato di pesce senza aumentare significativamente la temperatura, il che consente di preservare tutte le preziose vitamine in esso contenute.
Nei processi chimici, gli ultrasuoni vengono utilizzati per pulire le parti (cuscinetti, contatti elettrici, ecc.) e le unità di assemblaggio dalla contaminazione.
La qualità della pulizia ad ultrasuoni non è paragonabile ad altri metodi. Ad esempio, quando si puliscono parti in vari solventi organici, sulla loro superficie rimane fino all'80% dei contaminanti, con la pulizia a vibrazione - circa il 55% e con la pulizia ad ultrasuoni - non più dello 0,5%.
I metodi ad ultrasuoni nella maggior parte dei casi forniscono la pulizia completa delle parti da contaminanti tecnici.
La pulizia ad ultrasuoni viene effettuata in solventi organici o soluzioni acquose di detergenti.
Negli ultimi anni sono diventati più diffusi soluzioni acquose di detergenti per la loro non infiammabilità e l'assenza di componenti tossici, il basso costo e la capacità di trattenere in sospensione i contaminanti senza ridepositarli sulla superficie da pulire. Come soluzioni di lavaggio acquose vengono utilizzate soluzioni di alcali e sali alcalini con additivi di tensioattivi. Durante la pulizia in tali soluzioni, i contaminanti vengono contemporaneamente emulsionati e saponificati.
La durata della pulizia ad ultrasuoni dipende dalla natura dello sporco e delle soluzioni detergenti e non supera i 10-15 minuti.
La saldatura di alcuni metalli e leghe, come alluminio, acciai inossidabili, ecc., risulta difficile con i metodi convenzionali a causa della presenza sulle loro superfici di una pellicola di ossido resistente e difficile da rimuovere. L'introduzione di vibrazioni ultrasoniche nella saldatura fusa porta alla distruzione del film e facilita la bagnatura della superficie da saldare o la stagnatura con saldatura, facilita e accelera il processo di saldatura e migliora la qualità dei giunti di saldatura. L'introduzione degli ultrasuoni durante la saldatura dell'alluminio riduce l'intensità della manodopera del processo del 20-30%. Gli ultrasuoni possono essere utilizzati per la manutenzione dei prodotti ceramici.
L'essenza della lavorazione dimensionale ad ultrasuoni è che tra l'utensile collegato all'emettitore e il pezzo viene introdotto un materiale abrasivo, che agisce sulla superficie da lavorare. Come grani abrasivi vengono utilizzati diamante, corindone, smeriglio, sabbia di quarzo, carburo di boro, carburo di silicio, ecc.
Gli ultrasuoni possono essere utilizzati per la lavorazione sia di materiali fragili (vetro, ceramica, quarzo, silicio, germanio, ecc.) che di materiali duri resistenti al calore (acciai temprati e nitrurati, leghe dure), utilizzati in particolare per la fabbricazione di metalli utensili da taglio.
È possibile eseguire il trattamento ad ultrasuoni abrasivo liberamente diretto, ad esempio per la molatura decorativa e per la sbavatura di piccole parti.
Elaborazione dimensionale per utensile fornisce un'elevata precisione, consente di produrre fori passanti e ciechi, ritagli, molatura, marchiatura, incisione e altre operazioni.
Oltre ai vantaggi, il metodo a ultrasuoni presenta anche degli svantaggi: un'area e una profondità di lavorazione relativamente piccole, un elevato consumo di energia, una bassa produttività del processo e un'elevata usura degli utensili.
Lavorazione tramite elettroerosione
I metodi di trattamento delle scariche elettriche sono applicabili a tutti i materiali conduttivi. Questi metodi si basano sul fenomeno dell'erosione (distruzione) della superficie degli elettrodi conduttivi dalle scariche quando tra di loro viene fatta passare una corrente elettrica pulsata.
La distruzione del materiale avviene a causa della sua fusione locale e del rilascio di materiale fuso sotto forma di miscela vapore-liquido.
Tutti i tipi di lavorazione con elettroerosione vengono eseguiti in un mezzo liquido: cherosene, olio di petrolio, acqua distillata.
Quando una scarica di scintilla passa attraverso un liquido, inizia una rapida formazione di gas, a seguito della quale il liquido esplode, il che aiuta a rimuovere i prodotti dell'erosione dall'area di lavoro. Inoltre il fluido di lavoro previene l'ossidazione della superficie del materiale in lavorazione.
I principali tipi di metodi di scarica elettrica sono la scintilla elettrica e la lavorazione anodico-meccanica.
La lavorazione a scintilla elettrica è ampiamente utilizzata nella produzione di utensili nella produzione di matrici, stampi e stampi per fusione, nonché nella produzione di base per la lavorazione dimensionale di pezzi con profili complessi realizzati con materiali elettricamente conduttivi difficili da lavorare. Con il suo aiuto, puoi realizzare fori passanti e ciechi di varie configurazioni, fessure e scanalature curve, ritagliare un contorno complesso, marcare parti, rimuovere strumenti rotti dai pezzi, ecc.
Uno schema schematico dell'impianto è mostrato in Fig. 18.57, a. Fonte di energia - generatore 3 gli impulsi unipolari caricano il condensatore 5 fino alla tensione di rottura nell'intercapedine elettrodo-utensile 2 e il pezzo in lavorazione 1. Durante un guasto, l'energia accumulata dal condensatore 5 viene immediatamente rilasciata sotto forma di scarica.
A causa della breve durata della scarica, il pezzo e l'elettrodo di lavoro praticamente non si riscaldano, sebbene la parte principale dell'energia accumulata venga convertita in calore utilizzato per la fusione e l'evaporazione del materiale in lavorazione.
Sotto l'influenza di numerose scariche, nel materiale lavorato si forma una rientranza, che è un'impronta dell'estremità dell'elettrodo-utensile. Le macchine per la lavorazione con elettroerosione sono dotate di dispositivi di controllo software che forniscono uno spazio costante tra il pezzo e l'utensile, il movimento longitudinale dell'utensile e il controllo dell'avanzamento. Le prestazioni del processo dipendono dalla frequenza di ripetizione dell'impulso, dall'energia di scarica, dalle proprietà del materiale in lavorazione, dal materiale e dalla forma dell'elettrodo. Con condizioni di lavorazione ottimali impostate utilizzando la resistenza variabile 4, la configurazione della parte è assicurata con un errore ± 0,005 mm.
in lavorazione elettrodo a profilo utilizzato per realizzare fori passanti e ciechi con varie forme di sezione trasversale.
Attualmente, il metodo più utilizzato è il metodo di elaborazione della scintilla elettrica. Elettrodo a filo non profilato. In questo caso (Fig. 18.57.6) il filo dell'elettrodo 2 con un diametro di 0,02 - 0,5 mm (a seconda della precisione di lavorazione richiesta) viene riavvolto ad una certa velocità dalla bobina di alimentazione 4 al rullo di tensione 1 , riproducendo qualsiasi contorno dato. Quando si taglia un contorno chiuso in un pezzo 3 viene fornito un buco tecnologico.
Trattamento meccanico anodico (Fig. 18.57, V) eseguita all'accensione del pezzo in lavorazione 1 in un circuito CC come anodo e uno strumento di lavoro: un disco 2 come catodo. Nell'intercapedine viene immesso un fluido di lavoro (una soluzione di vetro liquido durante la sgrossatura o una soluzione di cloruro di sodio o solfato di sodio durante la finitura). Durante la lavorazione anodico-meccanica, il metallo del pezzo è soggetto alla dissoluzione anodica (elettrochimica), nonché alla fusione locale per effetto delle scariche, come nella lavorazione con scintilla elettrica, e all'azione meccanica di uno strumento che rimuove la pellicola di ossido e il metallo fuso.
La produttività del processo è 2 - 3 volte superiore rispetto alla lavorazione convenzionale. Questo metodo viene utilizzato per levigare, levigare fori cilindrici, lucidare, tagliare. Il trattamento meccanico anodico può essere combinato con il trattamento abrasivo, utilizzando come utensile un disco abrasivo elettricamente conduttivo o aggiungendo abrasivo al fluido di lavoro.
Il processo di tempra elettrica viene utilizzato per indurire le superfici di vari metalli e leghe, molto spesso apparecchiature per stampi. A differenza della lavorazione a scintilla elettrica dimensionale, qui l'anodo è un elettrodo-utensile, il cui materiale viene trasferito dalla superficie al pezzo da lavorare: il catodo.
L'essenza del metodo è che quando lo strumento si avvicina al pezzo, tra di loro si verifica una scarica elettrica a scintilla, che fonde il materiale dell'anodo. Nella prima fase, una goccia di metallo fuso viene riscaldata ad alta temperatura, bolle e il metallo dell'anodo sotto forma di piccole particelle si precipita al catodo. Raggiunto il catodo, le particelle fuse vi vengono saldate. Nella fase successiva, un secondo impulso di corrente attraversa la sezione calda del catodo, questo impulso è accompagnato da un impatto meccanico dell'anodo sul catodo, durante il quale il metallo dell'anodo viene saldato alla superficie del catodo, accompagnato da reazioni chimiche, processi di diffusione e fenomeni caratteristici della forgiatura.
Come materiale anodico per indurire utensili da taglio (frese, frese, trapani, coltelli, ecc.), Vengono utilizzate leghe dure di vari gradi, ferrocromo e grafite. Il consumo di questi materiali è piccolo.
Ultrasuoni
Ultrasuoni- vibrazioni elastiche con frequenza oltre il limite udibile per l'uomo. Di solito si considerano range ultrasonico le frequenze superiori a 18.000 hertz.
Sebbene l’esistenza degli ultrasuoni sia nota da molto tempo, il suo utilizzo pratico è piuttosto recente. Al giorno d'oggi, gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati in vari metodi fisici e tecnologici. Pertanto, la velocità di propagazione del suono in un mezzo viene utilizzata per giudicare le sue caratteristiche fisiche. Le misurazioni della velocità alle frequenze ultrasoniche consentono di determinare, ad esempio, le caratteristiche adiabatiche dei processi veloci, la capacità termica specifica dei gas e le costanti elastiche dei solidi con errori molto piccoli.
Sorgenti di ultrasuoni
La frequenza delle vibrazioni ultrasoniche utilizzate nell'industria e nella biologia è dell'ordine di diversi MHz. Tali vibrazioni vengono solitamente create utilizzando trasduttori piezoceramici realizzati in titanite di bario. Nei casi in cui la potenza delle vibrazioni ultrasoniche è di primaria importanza, vengono solitamente utilizzate sorgenti di ultrasuoni meccaniche. Inizialmente, tutte le onde ultrasoniche venivano ricevute meccanicamente (diapason, fischietti, sirene).
In natura gli ultrasuoni si trovano sia come componenti di molti rumori naturali (nel rumore del vento, della cascata, della pioggia, nel rumore dei ciottoli rotolati dalla risacca del mare, nei suoni che accompagnano gli scarichi dei temporali, ecc.), sia tra i suoni del mondo animale. Alcuni animali utilizzano le onde ultrasoniche per rilevare ostacoli e navigare nello spazio.
Gli emettitori di ultrasuoni possono essere divisi in due grandi gruppi. La prima comprende gli emettitori-generatori; le oscillazioni in essi contenute sono eccitate a causa della presenza di ostacoli sul percorso di un flusso costante: un flusso di gas o liquido. Il secondo gruppo di emettitori sono i trasduttori elettroacustici; convertono le fluttuazioni già date della tensione elettrica o della corrente in vibrazioni meccaniche di un corpo solido, che emette onde acustiche nell'ambiente.
Il fischio di Galton
Il primo fischio ad ultrasuoni fu realizzato nel 1883 dall'inglese Galton. Gli ultrasuoni qui vengono creati in modo simile al suono acuto sul bordo di un coltello quando un flusso d'aria lo colpisce. Il ruolo di tale punta nel fischio Galton è svolto dal "labbro" in una piccola cavità cilindrica di risonanza. Il gas forzato ad alta pressione attraverso un cilindro cavo colpisce questo “labbro”; si verificano oscillazioni, la cui frequenza (è circa 170 kHz) è determinata dalla dimensione dell'ugello e del labbro. La potenza del fischio di Galton è bassa. Viene utilizzato principalmente per impartire comandi durante l'addestramento di cani e gatti.
Fischio ad ultrasuoni liquido
La maggior parte dei fischi ad ultrasuoni può essere adattata per funzionare in ambienti liquidi. Rispetto alle sorgenti elettriche di ultrasuoni, i fischi ultrasonici liquidi sono a bassa potenza, ma a volte, ad esempio, per l'omogeneizzazione ad ultrasuoni, presentano un vantaggio significativo. Poiché le onde ultrasoniche nascono direttamente in un mezzo liquido, non vi è alcuna perdita di energia dalle onde ultrasoniche quando passano da un mezzo all'altro. Forse il design di maggior successo è il fischio liquido ad ultrasuoni realizzato dagli scienziati inglesi Cottel e Goodman all'inizio degli anni '50 del XX secolo. In esso, un flusso di liquido ad alta pressione esce da un ugello ellittico e viene diretto su una piastra di acciaio. Varie modifiche di questo design sono diventate abbastanza diffuse per ottenere media omogenei. Grazie alla semplicità e alla stabilità del loro design (viene distrutta solo la piastra oscillante), tali sistemi sono durevoli ed economici.
Sirena
Un altro tipo di sorgente di ultrasuoni meccanica è una sirena. Ha una potenza relativamente elevata e viene utilizzato nei veicoli della polizia e dei vigili del fuoco. Tutte le sirene rotanti sono costituite da una camera chiusa superiormente da un disco (statore) in cui sono praticati numerosi fori. Sul disco rotante all'interno della camera: il rotore è presente lo stesso numero di fori. Mentre il rotore ruota, la posizione dei fori al suo interno coincide periodicamente con la posizione dei fori sullo statore. L'aria compressa viene continuamente fornita alla camera, che fuoriesce da essa in quei brevi istanti in cui i fori sul rotore e sullo statore coincidono.
Il compito principale nella produzione delle sirene è, in primo luogo, realizzare quanti più fori possibili nel rotore e, in secondo luogo, ottenere un'elevata velocità di rotazione. Tuttavia, nella pratica è molto difficile soddisfare entrambi questi requisiti.
Ultrasuoni in natura
Applicazioni degli ultrasuoni
Applicazioni diagnostiche degli ultrasuoni in medicina (ultrasuoni)
Grazie alla buona propagazione degli ultrasuoni nei tessuti molli umani, alla loro relativa innocuità rispetto ai raggi X e alla facilità d'uso rispetto alla risonanza magnetica, gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati per visualizzare le condizioni degli organi interni umani, in particolare nella cavità addominale e pelvica. .
Applicazioni terapeutiche degli ultrasuoni in medicina
Oltre al suo ampio utilizzo per scopi diagnostici (vedi Ultrasuoni), gli ultrasuoni vengono utilizzati in medicina come agente terapeutico.
Gli ultrasuoni hanno i seguenti effetti:
- antinfiammatorio, assorbente
- analgesico, antispasmodico
- miglioramento della cavitazione della permeabilità cutanea
La fonoforesi è un metodo combinato in cui il tessuto viene esposto agli ultrasuoni e alle sostanze medicinali introdotte con il suo aiuto (sia farmaci che di origine naturale). La conduzione di sostanze sotto l'influenza degli ultrasuoni è dovuta ad un aumento della permeabilità dell'epidermide e delle ghiandole cutanee, delle membrane cellulari e delle pareti dei vasi per sostanze di piccolo peso molecolare, in particolare ioni minerali bischofite. Convenienza dell'ultrafonoforesi di farmaci e sostanze naturali:
- la sostanza terapeutica non viene distrutta quando somministrata mediante ultrasuoni
- sinergismo tra ultrasuoni e sostanze medicinali
Indicazioni per la fonoforesi con bischofite: osteoartrite, osteocondrosi, artrite, borsiti, epicondilite, sperone calcaneare, condizioni dopo lesioni al sistema muscolo-scheletrico; Neuriti, neuropatie, radicoliti, nevralgie, lesioni nervose.
Si applica il gel bischofite e si effettua un micromassaggio della zona da trattare utilizzando la superficie di lavoro dell'emettitore. La tecnica è labile, tipica dell'ultrafonoforesi (con UVF delle articolazioni e della colonna vertebrale, l'intensità nella regione cervicale è 0,2-0,4 W/cm2, nella regione toracica e lombare - 0,4-0,6 W/cm2).
Taglio del metallo mediante ultrasuoni
Sulle macchine per il taglio dei metalli convenzionali, è impossibile praticare un foro stretto di forma complessa, ad esempio, a forma di stella a cinque punte, in una parte metallica. Con l'aiuto degli ultrasuoni questo è possibile; un vibratore magnetostrittivo può praticare un foro di qualsiasi forma. Uno scalpello ad ultrasuoni sostituisce completamente una fresatrice. Inoltre, un tale scalpello è molto più semplice di una fresatrice e la lavorazione di parti metalliche con esso è più economica e veloce rispetto a una fresatrice.
Gli ultrasuoni possono essere utilizzati anche per eseguire tagli di viti su parti metalliche, vetro, rubini e diamanti. In genere, la filettatura viene prima realizzata in metallo morbido, quindi la parte viene indurita. Su una macchina ad ultrasuoni si possono realizzare filettature in metalli già temprati e nelle leghe più dure. È lo stesso con i francobolli. Di solito il timbro viene indurito dopo essere stato accuratamente rifinito. Su una macchina ad ultrasuoni, la lavorazione più complessa viene eseguita mediante abrasivo (smeriglio, polvere di corindone) nel campo dell'onda ultrasonica. Oscillando continuamente nel campo degli ultrasuoni, particelle di polvere solida incidono la lega in lavorazione e ritagliano un foro della stessa forma dello scalpello.
Preparazione di miscele mediante ultrasuoni
Gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati per preparare miscele omogenee (omogeneizzazione). Già nel 1927, gli scienziati americani Leamus e Wood scoprirono che se due liquidi immiscibili (ad esempio olio e acqua) vengono versati in un becher e irradiati con ultrasuoni, nel becher si forma un'emulsione, cioè una sospensione fine di olio in acqua. Tali emulsioni svolgono un ruolo importante nell'industria: vernici, vernici, prodotti farmaceutici, cosmetici.
Applicazione degli ultrasuoni in biologia
La capacità degli ultrasuoni di rompere le membrane cellulari ha trovato applicazione nella ricerca biologica, ad esempio, quando è necessario separare una cellula dagli enzimi. Gli ultrasuoni vengono utilizzati anche per distruggere strutture intracellulari come mitocondri e cloroplasti per studiare la relazione tra la loro struttura e funzione. Un altro uso degli ultrasuoni in biologia riguarda la loro capacità di indurre mutazioni. Una ricerca condotta a Oxford ha dimostrato che anche gli ultrasuoni a bassa intensità possono danneggiare la molecola del DNA. La creazione artificiale e mirata di mutazioni svolge un ruolo importante nella selezione delle piante. Il vantaggio principale degli ultrasuoni rispetto ad altri agenti mutageni (raggi X, raggi ultravioletti) è che è estremamente facile lavorarci.
L'uso degli ultrasuoni per la pulizia
L'uso degli ultrasuoni per la pulizia meccanica si basa sul verificarsi di vari effetti non lineari nel liquido sotto la loro influenza. Questi includono cavitazione, flussi acustici e pressione sonora. La cavitazione gioca il ruolo principale. Le sue bolle, sollevandosi e collassando vicino ai contaminanti, li distruggono. Questo effetto è noto come erosione da cavitazione. Gli ultrasuoni utilizzati per questi scopi hanno frequenze basse e potenza maggiore.
In condizioni di laboratorio e di produzione, per lavare piccole parti e stoviglie vengono utilizzati bagni ad ultrasuoni riempiti con un solvente (acqua, alcool, ecc.). A volte, con il loro aiuto, anche gli ortaggi a radice (patate, carote, barbabietole, ecc.) Vengono lavati dalle particelle di terreno.
Applicazione degli ultrasuoni nella misurazione del flusso
Dagli anni '60 del secolo scorso, i misuratori di portata ad ultrasuoni sono stati utilizzati nell'industria per controllare il flusso e contabilizzare l'acqua e il liquido di raffreddamento.
Applicazione degli ultrasuoni nel rilevamento dei difetti
Gli ultrasuoni si propagano bene in alcuni materiali, il che rende possibile l'utilizzo per il rilevamento di difetti ad ultrasuoni di prodotti realizzati con questi materiali. Recentemente si è sviluppata la direzione della microscopia ad ultrasuoni, che consente di studiare lo strato sotterraneo di un materiale con una buona risoluzione.
Saldatura ad ultrasuoni
La saldatura ad ultrasuoni è una saldatura a pressione eseguita sotto l'influenza di vibrazioni ultrasoniche. Questo tipo di saldatura viene utilizzato per collegare parti difficili da riscaldare o per collegare metalli diversi o metalli con forti pellicole di ossido (alluminio, acciai inossidabili, nuclei magnetici in permalloy, ecc.). La saldatura ad ultrasuoni viene utilizzata nella produzione di circuiti integrati.
Applicazione degli ultrasuoni nella galvanica
Gli ultrasuoni vengono utilizzati per intensificare i processi galvanici e migliorare la qualità dei rivestimenti prodotti con metodi elettrochimici.
Le onde meccaniche con una frequenza di oscillazione superiore a 20.000 Hz non vengono percepite dall'uomo come suono. Di chiamata onde ultrasoniche o ultrasuoni. Gli ultrasuoni vengono assorbiti fortemente dai gas e molto più deboli dai solidi e dai liquidi. Pertanto, le onde ultrasoniche possono propagarsi su distanze significative solo nei solidi e nei liquidi.
Poiché l’energia trasportata dalle onde è proporzionale alla densità del mezzo e al quadrato della frequenza, gli ultrasuoni possono trasportare molta più energia delle onde sonore. Un'altra proprietà importante degli ultrasuoni è che la loro radiazione diretta è relativamente semplice. Tutto ciò consente l'uso diffuso degli ultrasuoni nella tecnologia.
Le proprietà descritte degli ultrasuoni vengono utilizzate in un ecoscandaglio, un dispositivo per determinare la profondità del mare (Fig. 25.11). La nave è dotata di una sorgente e di un ricevitore di ultrasuoni di una certa frequenza. La sorgente invia impulsi ultrasonici a breve termine e il ricevitore capta gli impulsi riflessi. Conoscendo il tempo che intercorre tra l'invio e la ricezione degli impulsi e la velocità di propagazione degli ultrasuoni nell'acqua, la profondità del mare si determina utilizzando la formula l = vt/2. In modo simile funziona un localizzatore ad ultrasuoni, che viene utilizzato per determinare la distanza da un ostacolo sul percorso di una nave in direzione orizzontale.. In assenza di tali ostacoli, gli impulsi ultrasonici non ritornano alla nave.
È interessante notare che alcuni animali, come i pipistrelli, hanno organi che funzionano secondo il principio di un localizzatore ad ultrasuoni, che consente loro di navigare bene nell'oscurità. I delfini hanno localizzatori ultrasonici perfetti.
Quando gli ultrasuoni attraversano un liquido, le particelle liquide acquisiscono grandi accelerazioni e influenzano fortemente i vari corpi posti nel liquido. Questo viene utilizzato per accelerare un'ampia varietà di processi tecnologici.(ad esempio preparazione soluzioni, lavaggio pezzi, concia pelli, ecc.).
Con intense vibrazioni ultrasoniche in un liquido, le sue particelle acquisiscono accelerazioni così elevate che si formano rotture nel liquido per un breve periodo ( vuoto), che si chiudono bruscamente, creando tanti piccoli urti, cioè si verifica la cavitazione. In tali condizioni, il liquido ha un forte effetto di frantumazione, che viene utilizzato per preparare sospensioni costituite da particelle atomizzate di un solido in un liquido ed emulsioni - sospensioni di piccole goccioline di un liquido in un altro.
Gli ultrasuoni vengono utilizzati per rilevare difetti nelle parti metalliche. Nella tecnologia moderna, l'uso degli ultrasuoni è così ampio che è difficile persino elencare tutte le aree del suo utilizzo.
Si noti che le onde meccaniche con una frequenza di oscillazione inferiore a 16 Hz sono chiamate onde infrasoniche o infrasuoni. Inoltre non provocano sensazioni udibili. Le onde infrasoniche si verificano in mare durante gli uragani e i terremoti. La velocità di propagazione degli infrasuoni nell'acqua è molto maggiore della velocità di un uragano o delle gigantesche onde di tsunami generate da un terremoto. Ciò consente ad alcuni animali marini che hanno la capacità di percepire le onde infrasuoni di ricevere segnali di pericolo in avvicinamento in questo modo.
Ultrasuoni- vibrazioni sonore elastiche ad alta frequenza. L'orecchio umano percepisce le onde elastiche che si propagano nel mezzo con una frequenza di circa 16-20 kHz; Le vibrazioni a frequenza più alta sono ultrasuoni (oltre il limite udibile). Tipicamente, la gamma ultrasonica è considerata la gamma di frequenze da 20.000 a un miliardo di Hz. Le vibrazioni sonore con una frequenza più alta sono chiamate ipersuoni. Nei liquidi e nei solidi le vibrazioni sonore possono raggiungere i 1000 GHz [
Sebbene gli scienziati conoscano l’esistenza degli ultrasuoni da molto tempo, il loro utilizzo pratico nella scienza, nella tecnologia e nell’industria è iniziato relativamente di recente. Ora gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati in vari campi della fisica, della tecnologia, della chimica e della medicina.
Applicazione degli ultrasuoni [Applicazione diagnostica degli ultrasuoni in medicina (ultrasuoni)
Grazie alla buona propagazione degli ultrasuoni nei tessuti molli umani, alla loro relativa innocuità rispetto ai raggi X e alla facilità d'uso rispetto alla risonanza magnetica, gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati per visualizzare le condizioni degli organi interni umani, in particolare la cavità addominale e pelvica.
Applicazioni terapeutiche degli ultrasuoni in medicina
Oltre al suo ampio utilizzo per scopi diagnostici (vedi Ultrasuoni), gli ultrasuoni vengono utilizzati in medicina come agente terapeutico.
Gli ultrasuoni hanno i seguenti effetti:
antinfiammatorio, assorbente
analgesico, antispasmodico
miglioramento della cavitazione della permeabilità cutanea
La fonoforesi è un metodo combinato in cui il tessuto viene esposto agli ultrasuoni e alle sostanze medicinali introdotte con il suo aiuto (sia farmaci che di origine naturale). La conduzione di sostanze sotto l'influenza degli ultrasuoni è dovuta ad un aumento della permeabilità dell'epidermide e delle ghiandole cutanee, delle membrane cellulari e delle pareti dei vasi per sostanze di piccolo peso molecolare, in particolare ioni minerali bischofite. Convenienza dell'ultrafonoforesi di farmaci e sostanze naturali:
la sostanza terapeutica non viene distrutta quando somministrata mediante ultrasuoni
sinergismo tra ultrasuoni e sostanze medicinali
Indicazioni per la fonoforesi con bischofite: osteoartrosi, osteocondrosi, artrite, borsiti, epicondilite, sperone calcaneare, condizioni dopo lesioni al sistema muscolo-scheletrico; Neuriti, neuropatie, radicoliti, nevralgie, lesioni nervose.
Si applica il gel bischofite e si effettua un micromassaggio della zona da trattare utilizzando la superficie di lavoro dell'emettitore. La tecnica è labile, tipica dell'ultrafonoforesi (con UVF delle articolazioni e della colonna vertebrale, l'intensità nella regione cervicale è 0,2-0,4 W/cm2, nella regione toracica e lombare - 0,4-0,6 W/cm2).
11. Infrasuoni e loro effetti sul corpo
Infrasuoni(dal lat. infra- sotto, sotto) - onde elastiche, simili alle onde sonore, ma aventi una frequenza inferiore a quella percepita dall'orecchio umano. Il limite superiore della gamma di frequenze degli infrasuoni è solitamente compreso tra 16 e 25 Hz. Il limite inferiore della gamma degli infrasuoni è convenzionalmente definito come 0,001 Hz. Possono essere di interesse pratico oscillazioni che vanno dai decimi e anche dai centesimi di hertz, cioè con periodi di decine di secondi. La natura delle oscillazioni infrasoniche è la stessa di quella del suono udibile, quindi gli infrasuoni obbediscono alle stesse leggi, e per descriverlo viene utilizzato lo stesso apparato matematico del suono udibile ordinario (ad eccezione dei concetti relativi al livello sonoro). Gli infrasuoni vengono assorbiti debolmente dal mezzo, quindi possono diffondersi a distanze considerevoli dalla sorgente. A causa della lunghezza d'onda molto lunga, la diffrazione è pronunciata e gli infrasuoni generati nel mare sono considerati una delle possibili ragioni per il ritrovamento di navi abbandonate dall'equipaggio (vedi Triangolo delle Bermuda, Nave fantasma).