Jakie są różne rodzaje zastosowań ultradźwiękowych?
Dźwięk jest oscylacją ciśnienia ośrodka, takiego jak powietrze lub woda. Długość fali dźwięku zmienia się w zależności od temperatury, medium i energii początkowej. Ultradźwiękowy odnosi się do długości fali powyżej ludzkiego zasięgu słyszenia, około 20 000 kiloherców. Wiele aplikacji ultradźwiękowych wykorzystuje mechaniczne wibracje dźwięku do zakłócania struktury komórkowej lub cząstek stałych. Inne aplikacje wykorzystują odbicie fal dźwiękowych do wykrywania lub obserwacji obiektów.
Zastosowania ultradźwiękowe wynikają z właściwości dźwięku. Dźwięk nie jest światłem; składa się z drgań mechanicznych gazu lub cieczy, podczas gdy światło ma charakter elektromagnetyczny. Fale propagują się w trzech wymiarach ze źródła punktowego, rozpraszając energię i zmniejszając amplitudę podczas podróży. Media o mniejszej gęstości, takie jak gazy, przenoszą fale dźwiękowe dalej niż ciecze. Ciała stałe przewodzą dźwięk w wyniku uderzenia fali o jedną powierzchnię i fizycznie przemieszczając gaz lub ciecz na drugą powierzchnię ciała stałego.
Fizyczny wpływ fal dźwiękowych poprawia konsystencję mieszanin ciało stałe z cieczą w zastosowaniach ultradźwiękowych w skali laboratoryjnej i komercyjnej. Homogenizacja zachodzi przez zmniejszenie wielkości cząstek ciał stałych, rozproszenie ciał stałych lub rozpad aglomeratów cząstek. Energia ultra wysokich częstotliwości fal dźwiękowych powoduje kawitację w cieczy. Kawitacja występuje jako naprzemienne obszary wysokiego i niskiego ciśnienia, co powoduje gwałtowne tworzenie i zapadanie się mikropęcherzyków.
Laboratoria biologiczne wykorzystują siłę mechaniczną ultradźwięków do rozbicia komórek i oddzielenia organelli, które są małymi składnikami wewnątrzkomórkowymi. Przydatne związki biologiczne można ekstrahować z płynu komórkowego. Podobnie, ultradźwiękowe rozerwanie komórek można zastosować jako technikę sterylizacji. Czyszczenie naczyń laboratoryjnych upartej materii organicznej lub osadów mineralnych często odbywa się poprzez zanurzenie ich w kąpieli ultradźwiękowej.
Sonochemia promuje reakcje chemiczne, stosując gwałtowne mieszanie kawitacyjne w zastosowaniach ultradźwiękowych. Prędkości reakcji zwiększają się ze względu na zwiększone mieszanie reagentów lub zwiększoną aktywność katalizatorów mieszanych faz. Zastosowania komercyjne tej technologii obejmują przekształcanie olejów roślinnych w paliwa biodiesel.
Inne zastosowania ultradźwiękowe wykorzystują falowy charakter dźwięku. Dźwięk odbija się od stałych powierzchni i może być odbierany przez antenę. Wiele aplikacji ultradźwiękowych dostarcza informacji diagnostycznych w dziedzinie medycyny, aby pomóc w ocenie płodów, guzów i urazów. Te nieinwazyjne badania są proste, bezbolesne i niedrogie.
Sonar wykorzystuje dźwięk jako urządzenie określające zasięg, sprzęt, który przesyła i odbiera energię falową do lokalizacji obiektów. Długości fal mogą się różnić od infradźwiękowych do ultradźwiękowych. Jednostki wojskowe używają różnorodnych aplikacji do pozyskiwania celów, nawigacji i bezpieczeństwa. Rybacy często używają sonaru, aby zlokalizować ławice ryb. Drony i roboty mogą być kontrolowane za pomocą poleceń ultradźwiękowych.