Il 21° secolo è il secolo della radioelettronica, dell'atomo, dell'esplorazione spaziale e degli ultrasuoni. La scienza degli ultrasuoni è relativamente giovane oggi. Alla fine del XIX secolo, P. N. Lebedev, un fisiologo russo, condusse i suoi primi studi. Successivamente, molti eminenti scienziati hanno iniziato a studiare gli ultrasuoni.
Cos'è l'ecografia?
L'ultrasuoni è un moto oscillatorio ondulatorio che si propaga, prodotto dalle particelle del mezzo. Ha le sue caratteristiche, in cui differisce dai suoni della gamma udibile. È relativamente facile ottenere una radiazione diretta nella gamma degli ultrasuoni. Inoltre, si focalizza bene e, di conseguenza, aumenta l'intensità delle oscillazioni effettuate. Quando si propagano in solidi, liquidi e gas, gli ultrasuoni danno origine a fenomeni interessanti che hanno trovato applicazione pratica in molti settori della tecnologia e della scienza. Ecco cos'è l'ecografia, il cui ruolo oggi nelle varie sfere della vita è molto ampio.
Il ruolo degli ultrasuoni nella scienza e nella pratica
Gli ultrasuoni negli ultimi anni hanno iniziato a giocare nella ricerca scientificaun ruolo sempre più importante. Sono stati condotti con successo studi sperimentali e teorici nel campo dei flussi acustici e della cavitazione ultrasonica, che hanno consentito agli scienziati di sviluppare processi tecnologici che si verificano quando esposti agli ultrasuoni nella fase liquida. È un metodo potente per studiare vari fenomeni in un campo della conoscenza come la fisica. Gli ultrasuoni sono usati, ad esempio, nella fisica dei semiconduttori e dello stato solido. Oggi si sta formando un ramo separato della chimica, chiamato "chimica ad ultrasuoni". La sua applicazione permette di accelerare molti processi chimico-tecnologici. È nata anche l'acustica molecolare, una nuova branca dell'acustica che studia l'interazione molecolare delle onde sonore con la materia. Sono apparse nuove aree di applicazione degli ultrasuoni: olografia, introscopia, acustoelettronica, misurazione di fase ultrasonica, acustica quantistica.
Oltre al lavoro sperimentale e teorico in quest'area, oggi è stato svolto molto lavoro pratico. Sono state sviluppate macchine a ultrasuoni speciali e universali, installazioni che funzionano a pressione statica aumentata, ecc.. Sono state introdotte in produzione installazioni automatiche a ultrasuoni incluse nelle linee di produzione, che possono aumentare significativamente la produttività del lavoro.
Ulteriori informazioni sugli ultrasuoni
Parliamo di più di cos'è l'ecografia. Abbiamo già detto che queste sono onde elastiche e oscillazioni. La frequenza degli ultrasuoni è superiore a 15-20 kHz. Le proprietà soggettive del nostro udito determinano il limite inferiore delle frequenze ultrasoniche, chelo separa dalla frequenza del suono udibile. Questo confine, quindi, è condizionato e ognuno di noi definisce in modo diverso cosa sono gli ultrasuoni. Il limite superiore è indicato dalle onde elastiche, dalla loro natura fisica. Si propagano solo in un mezzo materiale, cioè la lunghezza d'onda deve essere significativamente maggiore del percorso libero medio delle molecole presenti nel gas o delle distanze interatomiche nei solidi e nei liquidi. A pressione normale nei gas, il limite superiore delle frequenze ultrasoniche è 109 Hz, e nei solidi e liquidi - 1012-10 13 Hz.
Fonti ad ultrasuoni
Gli ultrasuoni si trovano in natura sia come componente di molti rumori naturali (cascate, vento, pioggia, ciottoli rotolati dalle onde, così come nei suoni che accompagnano i temporali, ecc.), sia come parte integrante di il mondo animale. Alcune specie di animali lo usano per l'orientamento nello spazio, il rilevamento di ostacoli. È anche noto che i delfini utilizzano gli ultrasuoni in natura (principalmente frequenze da 80 a 100 kHz). In questo caso, la potenza dei segnali di localizzazione da essi emessi può essere molto grande. È noto che i delfini sono in grado di rilevare banchi di pesci fino a un chilometro di distanza.
Gli emettitori (sorgenti) di ultrasuoni sono divisi in 2 grandi gruppi. Il primo sono i generatori, in cui le oscillazioni sono eccitate a causa della presenza di ostacoli al loro interno installati nel percorso di un flusso costante: un getto di liquido o gas. Il secondo gruppo in cui è possibile combinare le sorgenti ultrasoniche ètrasduttori elettroacustici che convertono determinate fluttuazioni di corrente o tensione elettrica in una vibrazione meccanica costituita da un corpo solido che irradia onde acustiche nell'ambiente.
Ricevitori a ultrasuoni
A frequenze medie e basse, i ricevitori ultrasonici sono spesso trasduttori elettroacustici di tipo piezoelettrico. Possono riprodurre la forma del segnale acustico ricevuto, rappresentato come una dipendenza temporale della pressione sonora. I dispositivi possono essere a banda larga o risonanti, a seconda delle condizioni applicative a cui sono destinati. I ricevitori termici vengono utilizzati per ottenere le caratteristiche del campo sonoro mediate nel tempo. Sono termistori o termocoppie rivestiti con una sostanza fonoassorbente. La pressione e l'intensità sonora possono essere stimate anche con metodi ottici, come la diffrazione della luce mediante ultrasuoni.
Dove vengono utilizzati gli ultrasuoni?
Ci sono molte aree di applicazione, mentre si utilizzano diverse funzionalità degli ultrasuoni. Queste aree possono essere approssimativamente suddivise in tre aree. Il primo è connesso all'ottenimento di varie informazioni per mezzo di onde ultrasoniche. La seconda direzione è la sua influenza attiva sulla sostanza. E il terzo è connesso con la trasmissione e l'elaborazione dei segnali. In ogni caso vengono utilizzati gli Stati Uniti di un determinato intervallo di frequenza. Tratteremo solo alcune delle molte aree in cui ha trovato la sua strada.
Pulizia a ultrasuoni
La qualità di questa pulizia non può essere paragonata ad altri metodi. Durante il risciacquo delle parti, ad esempio, fino all'80% dei contaminanti rimane sulla loro superficie, circa il 55% - con la pulizia a vibrazione, circa il 20% - con la pulizia manuale e con la pulizia a ultrasuoni non rimane più dello 0,5% dei contaminanti. I dettagli che hanno una forma complessa possono essere puliti bene solo con l'aiuto degli ultrasuoni. Un importante vantaggio del suo utilizzo è l'elevata produttività, nonché i bassi costi del lavoro fisico. Inoltre, puoi sostituire solventi organici costosi e infiammabili con soluzioni acquose economiche e sicure, utilizzare freon liquido, ecc.
Un problema serio è l'inquinamento dell'aria con fuliggine, fumo, polvere, ossidi di metallo, ecc. È possibile utilizzare il metodo ad ultrasuoni per pulire l'aria e il gas nelle prese del gas, indipendentemente dall'umidità e dalla temperatura ambiente. Se un emettitore di ultrasuoni viene posizionato in una camera di decantazione della polvere, la sua efficienza aumenterà centinaia di volte. Qual è l'essenza di tale purificazione? Le particelle di polvere che si muovono casualmente nell'aria si colpiscono più forte e più spesso sotto l'influenza delle vibrazioni ultrasoniche. Allo stesso tempo, le loro dimensioni aumentano a causa del fatto che si fondono. La coagulazione è il processo di allargamento delle particelle. I filtri speciali catturano i loro cluster ponderati e ingranditi.
Lavorazione di materiali fragili e super duri
Se si entra tra il pezzo in lavorazione e la superficie di lavoro dell'utensile utilizzando ultrasuoni, materiale abrasivo, quindi le particelle abrasive durante il funzionamentol'emettitore influenzerà la superficie di questa parte. In questo caso, il materiale viene distrutto e rimosso, sottoposto a lavorazione sotto l'azione di una varietà di micro-urti diretti. La cinematica della lavorazione è costituita dal movimento principale - il taglio, cioè le vibrazioni longitudinali effettuate dall'utensile, e quello ausiliario - il movimento di avanzamento che esegue la macchina.
Gli ultrasuoni possono fare vari lavori. Per i grani abrasivi, la fonte di energia sono le vibrazioni longitudinali. Distruggono il materiale lavorato. Il movimento di avanzamento (ausiliario) può essere circolare, trasversale e longitudinale. L'elaborazione ad ultrasuoni è più precisa. A seconda della granulometria dell'abrasivo, varia da 50 a 1 micron. Usando strumenti di varie forme, puoi realizzare non solo fori, ma anche tagli complessi, assi curvi, incidere, rettificare, creare matrici e persino forare un diamante. Materiali usati come abrasivi: corindone, diamante, sabbia di quarzo, selce.
Ultrasuoni nell'elettronica radio
Gli ultrasuoni nella tecnologia sono spesso utilizzati nel campo della radioelettronica. In quest'area, diventa spesso necessario ritardare un segnale elettrico rispetto a un altro. Gli scienziati hanno trovato una buona soluzione suggerendo l'uso di linee di ritardo ultrasoniche (abbreviato LZ). La loro azione si basa sul fatto che gli impulsi elettrici vengono convertiti in vibrazioni meccaniche ultrasoniche. Come succede? Il fatto è che la velocità degli ultrasuoni è significativamente inferiore a quella sviluppata dalle oscillazioni elettromagnetiche. Polsola tensione dopo la trasformazione inversa in vibrazioni elettriche meccaniche sarà ritardata all'uscita della linea rispetto all'impulso di ingresso.
I trasduttori piezoelettrici e magnetostrittivi vengono utilizzati per convertire le vibrazioni elettriche in meccaniche e viceversa. LZ, rispettivamente, si dividono in piezoelettriche e magnetostrittive.
Ultrasuoni in medicina
Diversi tipi di ultrasuoni vengono utilizzati per influenzare gli organismi viventi. Nella pratica medica, il suo uso è ora molto popolare. Si basa sugli effetti che si verificano nei tessuti biologici quando gli ultrasuoni li attraversano. Le onde provocano fluttuazioni nelle particelle del mezzo, che creano una specie di micromassaggio tissutale. E l'assorbimento degli ultrasuoni porta al loro riscaldamento locale. Allo stesso tempo, si verificano alcune trasformazioni fisico-chimiche nei mezzi biologici. Questi fenomeni non provocano danni irreversibili in caso di intensità sonora moderata. Migliorano solo il metabolismo e quindi contribuiscono all'attività vitale del corpo ad essi esposto. Tali fenomeni sono utilizzati nella terapia ad ultrasuoni.
Ultrasuoni in chirurgia
La cavitazione e il forte riscaldamento ad alta intensità portano alla distruzione dei tessuti. Questo effetto è utilizzato oggi in chirurgia. L'ecografia focalizzata viene utilizzata per le operazioni chirurgiche, che consentono la distruzione locale nelle strutture più profonde (ad esempio il cervello), senza danneggiare quelle circostanti. Gli ultrasuoni sono utilizzati anche in chirurgiastrumenti in cui l'estremità di lavoro sembra una lima, un bisturi, un ago. Le vibrazioni loro imposte conferiscono nuove qualità a questi strumenti. La forza richiesta è significativamente ridotta, quindi il trauma dell'operazione è ridotto. Inoltre, si manifesta un effetto analgesico ed emostatico. L'impatto con uno strumento contundente che utilizza gli ultrasuoni viene utilizzato per distruggere alcuni tipi di neoplasie che sono apparse nel corpo.
L'impatto sui tessuti biologici viene effettuato per distruggere i microrganismi e viene utilizzato nei processi di sterilizzazione di medicinali e strumenti medici.
Ricerca sugli organi interni
Si tratta principalmente dello studio della cavità addominale. A tale scopo viene utilizzato un apparato speciale. Gli ultrasuoni possono essere utilizzati per trovare e riconoscere vari tessuti e anomalie anatomiche. La sfida è spesso la seguente: si sospetta un tumore maligno e deve essere distinto da una lesione benigna o infettiva.
L'ecografia è utile per l'esame del fegato e per altri compiti, che includono l'individuazione di ostruzioni e malattie dei dotti biliari, nonché l'esame della cistifellea per rilevare la presenza di calcoli e altre patologie in essa. Inoltre, possono essere utilizzati test per la cirrosi e altre malattie epatiche benigne diffuse.
Nel campo della ginecologia, principalmente nell'analisi delle ovaie e dell'utero, l'uso degli ultrasuoni è lungola direzione principale in cui viene eseguita con particolare successo. Spesso qui è necessaria anche la differenziazione delle formazioni benigne e maligne, che di solito richiede il miglior contrasto e risoluzione spaziale. Conclusioni simili possono essere utili nello studio di molti altri organi interni.
L'uso degli ultrasuoni in odontoiatria
L'ultrasuono ha trovato la sua strada anche in odontoiatria, dove viene utilizzato per rimuovere il tartaro. Ti permette di rimuovere la placca e la pietra in modo rapido, incruento e indolore. Allo stesso tempo, la mucosa orale non viene ferita e le "tasche" della cavità vengono disinfettate. Invece del dolore, il paziente prova una sensazione di calore.
