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超声振动作用在物体上会产生什么力

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超声振动作用在物体上会产生什么力

2018-07-24 10:34

物体的振动能够产生的波动,频率在16Hz到20kHz之间的机械波能引起人类听觉,这个波段的机械波叫做声波。频率低于20kHz的叫做次声波,平率超过20kHz的叫做超声波,常见的超声波频率段为几十kHz到几十mHz之间。超声波和其他为人所熟知的波一样可以在液体、固体、气体中传播,并且在传播过程中会衰减。超声波具有声波的一般属性,在不同媒质中传播时,会在交界面上发生射、反射现象,当两列超声波相遇时,会发生干涉现象。

超声波是一种会在弹性介质中的机械振荡,与声波相比,超声波的频率会高出很多、因而超声波的波长比较短,直线传播能力强于声波,具有方向性良好、束射性集中的特点。超声波通常可以分为横向振荡波和纵向振荡波。其中纵向超声波在实际应用中比较多见。超声波在固体和液体中传播时衰减速率较小,传播的距离较远,可采用较高频率的超声波;超声波在空气中传播时的频率衰减较快,所以一般采用较低频率超声波。不同类型、不同频率的超声传感器和发生器,配合实现不同功能的电路,就可以开发出不同类型的超声波应用设备,并在医疗、通迅、工业、国防等各方面获得广泛应用。

超声波在介质中进行传播时,会与传播介质发生多种效应,使得介质产生相应的机械、物理、电磁、化学变化,进而产生诸如机械的、电磁的、热能的、化学的相关效应:

(1)机械效应:超声波所产生的机械振动作用会使得固体介质分散化,液体介质产生乳化,凝胶体介质产生液化。流体介质在超声波作用下,产生驻波现象,导致流体中的微小悬浮粒子在机械力作用下聚集于波节上,在空间上表现为周期性的粒子聚集。磁致伸缩材料在超声波的机械振动作用下,会产生机械压缩,从而引起磁化。压电材料在超声波的机械振动作用下,会产生机械压缩,从而引起感应电荷。

(2)空化效应:超声波在液体中传播时,液体中的微小粒子在超声波作用下产生剧烈运动,从而产生很多微小气泡。这些小气泡会随着超声波的作用而瞬间膨胀并破裂,从而使得这些微小粒子产生非常强的高速碰撞,并产生极高的压强。这种微粒间剧烈的碰撞和摩擦作用,使得两种不相溶的液体产生乳化现象,同时还会使得液体的温度急剧升高,从而加速溶质的溶解过程,提高了液体的化学反应速度。这种液体在超声波作用下产生的效应叫做空化效应。

(3)热效应:超声波在介质中传播时会引起质点振动和粒子摩擦,部分超声波能量被粒子吸收转变为热能,介质温度就会相应升高。同时由于高频超声波携带的能量非常大,撞击作用时,能量被介质吸收而产生显著的热效应。

(4)化学效应:超声波的空化作用同时还会使得液体的温度急剧升高,从而加速溶质的溶解,加速液体的化学反应速度。超声波还可以对大量化学物质的聚合、分解和水解过程产生明显的催化和加速作用。超声波效应对电化学和光化学的某些过程也能产生明显的影响。

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