Thế kỷ 21 là thế kỷ của điện tử vô tuyến, nguyên tử, thám hiểm không gian và siêu âm. Khoa học về siêu âm ngày nay còn tương đối non trẻ. Vào cuối thế kỷ 19, P. N. Lebedev, một nhà sinh lý học người Nga, đã tiến hành những nghiên cứu đầu tiên của mình. Sau đó, nhiều nhà khoa học lỗi lạc bắt đầu nghiên cứu về siêu âm.
Siêu âm là gì?
Siêu âm là một chuyển động dao động nhấp nhô lan truyền mà các phần tử của môi trường tạo ra. Nó có những đặc điểm riêng, trong đó nó khác với những âm thanh trong phạm vi có thể nghe được. Tương đối dễ dàng thu được bức xạ định hướng trong phạm vi siêu âm. Ngoài ra, nó tập trung tốt, và do đó, cường độ của các dao động được tạo ra tăng lên. Khi lan truyền trong chất rắn, chất lỏng và chất khí, siêu âm làm phát sinh những hiện tượng thú vị đã được ứng dụng thực tế trong nhiều lĩnh vực công nghệ và khoa học. Đây là siêu âm, vai trò của nó trong các lĩnh vực khác nhau của cuộc sống ngày nay là rất lớn.
Vai trò của siêu âm trong khoa học và thực hành
Siêu âm trong những năm gần đây bắt đầu đóng vai trò trong nghiên cứu khoa họcngày càng có vai trò quan trọng. Các nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết trong lĩnh vực dòng âm thanh và tạo lỗ siêu âm đã được thực hiện thành công, cho phép các nhà khoa học phát triển các quy trình công nghệ xảy ra khi tiếp xúc với sóng siêu âm trong pha lỏng. Nó là một phương pháp mạnh mẽ để nghiên cứu các hiện tượng khác nhau trong một lĩnh vực kiến thức như vật lý. Ví dụ, siêu âm được sử dụng trong vật lý bán dẫn và vật lý trạng thái rắn. Ngày nay, một nhánh hóa học riêng biệt đang được hình thành, được gọi là "hóa học siêu âm". Ứng dụng của nó cho phép đẩy nhanh nhiều quá trình công nghệ-hóa học. Âm học phân tử cũng ra đời - một nhánh mới của âm học nghiên cứu sự tương tác phân tử của sóng âm với vật chất. Các lĩnh vực ứng dụng mới của siêu âm đã xuất hiện: ảnh ba chiều, nội soi, điện tử âm học, đo pha siêu âm, âm học lượng tử.
Ngoài công việc thực nghiệm và lý thuyết trong lĩnh vực này, rất nhiều công việc thực tế đã được thực hiện ngày nay. Các máy siêu âm đặc biệt và phổ thông, các thiết bị hoạt động dưới áp suất tĩnh tăng lên, v.v. đã được phát triển. Các thiết bị siêu âm tự động trong dây chuyền sản xuất đã được đưa vào sản xuất, có thể làm tăng đáng kể năng suất lao động.
Thông tin thêm về siêu âm
Chúng ta hãy nói thêm về siêu âm là gì. Chúng ta đã nói rằng đây là các sóng và dao động đàn hồi. Tần số của siêu âm là hơn 15-20 kHz. Các thuộc tính chủ quan của thính giác của chúng ta xác định giới hạn dưới của tần số siêu âm,tách nó khỏi tần số của âm thanh nghe được. Do đó, ranh giới này là có điều kiện, và mỗi người chúng ta định nghĩa khác nhau về siêu âm. Giới hạn trên được biểu thị bằng sóng đàn hồi, bản chất vật lý của chúng. Chúng chỉ lan truyền trong môi trường vật chất, tức là bước sóng phải lớn hơn đáng kể so với đường đi tự do trung bình của các phân tử có trong chất khí hoặc khoảng cách giữa các nguyên tử trong chất rắn và chất lỏng. Ở áp suất bình thường trong chất khí, giới hạn trên của tần số siêu âm là 109Hz, và trong chất rắn và chất lỏng - 1012-10 13Hz.
Nguồn siêu âm
Siêu âm được tìm thấy trong tự nhiên, vừa là thành phần của nhiều tiếng ồn tự nhiên (thác nước, gió, mưa, đá cuội lăn trên sóng, cũng như trong âm thanh kèm theo giông bão, v.v.), vừa là một phần không thể thiếu của thế giới động vật. Một số loài động vật sử dụng nó để định hướng trong không gian, phát hiện các chướng ngại vật. Người ta cũng biết rằng cá heo sử dụng sóng siêu âm trong tự nhiên (chủ yếu là tần số từ 80 đến 100 kHz). Trong trường hợp này, sức mạnh của các tín hiệu vị trí do chúng phát ra có thể rất lớn. Cá heo được biết là có thể phát hiện ra các đàn cá cách xa hàng km.
Bộ phát (nguồn) siêu âm được chia thành 2 nhóm lớn. Đầu tiên là máy phát điện, trong đó các dao động được kích thích do sự hiện diện của các chướng ngại vật trong chúng được lắp đặt trên đường dẫn của một dòng chảy không đổi - một tia chất lỏng hoặc khí. Nhóm thứ hai mà các nguồn siêu âm có thể được kết hợp làbộ chuyển đổi âm thanh chuyển đổi các dao động nhất định của dòng điện hoặc điện áp thành dao động cơ học tạo ra bởi một vật rắn phát ra sóng âm vào môi trường.
Máy thu siêu âm
Ở tần số trung bình và thấp, máy thu siêu âm thường là đầu dò điện âm kiểu áp điện. Chúng có thể tái tạo dạng tín hiệu âm thanh nhận được, được biểu thị dưới dạng sự phụ thuộc vào thời gian của áp suất âm thanh. Các thiết bị có thể là băng thông rộng hoặc cộng hưởng, tùy thuộc vào điều kiện ứng dụng mà chúng được sử dụng. Máy thu nhiệt được sử dụng để thu được các đặc tính trường âm trung bình theo thời gian. Chúng là nhiệt điện trở hoặc cặp nhiệt điện được phủ một chất hấp thụ âm thanh. Cường độ và áp suất âm thanh cũng có thể được ước tính bằng các phương pháp quang học, chẳng hạn như nhiễu xạ ánh sáng bằng sóng siêu âm.
Siêu âm được sử dụng ở đâu?
Có nhiều lĩnh vực ứng dụng của nó, trong khi sử dụng các tính năng khác nhau của sóng siêu âm. Những khu vực này có thể được chia thành ba khu vực. Đầu tiên trong số chúng được kết nối với việc thu thập thông tin khác nhau bằng sóng siêu âm. Hướng thứ hai là ảnh hưởng tích cực của nó đối với chất. Và thứ ba là kết nối với việc truyền và xử lý tín hiệu. US của một dải tần số nhất định được sử dụng trong từng trường hợp. Chúng tôi sẽ chỉ đề cập đến một vài trong số rất nhiều lĩnh vực mà nó đã phát triển.
Làm sạch bằng sóng siêu âm
Chất lượng của phương pháp làm sạch này không thể so sánh với các phương pháp khác. Ví dụ, khi rửa các bộ phận, có đến 80% chất bẩn vẫn còn trên bề mặt của chúng, khoảng 55% - với làm sạch bằng rung, khoảng 20% - với làm sạch thủ công và với làm sạch bằng sóng siêu âm, không quá 0,5% chất bẩn còn lại. Các chi tiết có hình dạng phức tạp có thể được làm sạch chỉ với sự trợ giúp của siêu âm. Một lợi thế quan trọng của việc sử dụng nó là năng suất cao, cũng như chi phí lao động thể chất thấp. Hơn nữa, bạn có thể thay thế dung môi hữu cơ đắt tiền và dễ cháy bằng dung dịch nước rẻ và an toàn, sử dụng freon lỏng, v.v.
Một vấn đề nghiêm trọng là ô nhiễm không khí với muội, khói, bụi, ôxít kim loại, v.v. Bạn có thể sử dụng phương pháp siêu âm để làm sạch không khí và khí trong các cửa hàng gas, bất kể độ ẩm và nhiệt độ xung quanh. Nếu một bộ phát sóng siêu âm được đặt trong buồng lắng bụi, hiệu quả của nó sẽ tăng lên hàng trăm lần. Thực chất của sự thanh lọc như vậy là gì? Các hạt bụi di chuyển ngẫu nhiên trong không khí va đập vào nhau mạnh hơn và thường xuyên hơn dưới tác động của rung động siêu âm. Đồng thời, kích thước của chúng tăng lên do thực tế là chúng hợp nhất. Đông tụ là quá trình mở rộng hạt. Các bộ lọc đặc biệt bắt giữ các cụm được mở rộng và có trọng số của chúng.
Gia công vật liệu giòn và siêu cứng
Nếu bạn đi vào giữa phôi và bề mặt làm việc của dụng cụ bằng sóng siêu âm, vật liệu mài mòn, thì các hạt mài mòn trong quá trình hoạt độngemitter sẽ ảnh hưởng đến bề mặt của bộ phận này. Trong trường hợp này, vật liệu bị phá hủy và loại bỏ, được xử lý dưới tác động của nhiều loại tác động vi mô trực tiếp. Động học của quá trình xử lý bao gồm chuyển động chính - cắt, nghĩa là, các dao động dọc do dụng cụ tạo ra và phụ trợ - chuyển động tiến dao mà máy thực hiện.
Siêu âm có thể làm nhiều công việc khác nhau. Đối với hạt mài, nguồn năng lượng là dao động dọc. Chúng phá hủy vật liệu đã qua xử lý. Chuyển động của thức ăn (phụ trợ) có thể là tròn, ngang và dọc. Xử lý siêu âm chính xác hơn. Tùy thuộc vào kích thước hạt của chất mài mòn, nó dao động từ 50 đến 1 micron. Bằng cách sử dụng các công cụ có hình dạng khác nhau, bạn không chỉ có thể tạo lỗ mà còn có thể tạo ra các vết cắt phức tạp, các trục cong, khắc, mài, tạo ma trận và thậm chí là khoan kim cương. Vật liệu được sử dụng làm chất mài mòn - corundum, kim cương, cát thạch anh, đá lửa.
Siêu âm trong điện tử vô tuyến
Siêu âm trong công nghệ thường được sử dụng trong lĩnh vực điện tử vô tuyến. Trong lĩnh vực này, việc làm trễ tín hiệu điện so với một số tín hiệu khác thường trở nên cần thiết. Các nhà khoa học đã tìm ra một giải pháp tốt bằng cách đề xuất sử dụng đường trễ siêu âm (viết tắt là LZ). Hoạt động của chúng dựa trên thực tế là các xung điện được chuyển thành dao động cơ học siêu âm. Nó xảy ra như thế nào? Thực tế là tốc độ của siêu âm nhỏ hơn đáng kể so với tốc độ phát triển của dao động điện từ. Xungđiện áp sau khi biến đổi ngược thành dao động cơ điện sẽ bị trễ ở đầu ra của dòng so với xung đầu vào.
Bộ chuyển đổi áp điện và từ trở được sử dụng để biến đổi các dao động điện thành cơ học và ngược lại. LZ, tương ứng, được chia thành áp điện và từ trở.
Siêu âm trong y học
Các loại sóng siêu âm khác nhau được sử dụng để tác động lên các cơ thể sống. Trong thực hành y tế, việc sử dụng nó hiện nay rất phổ biến. Nó dựa trên các hiệu ứng xảy ra trong các mô sinh học khi siêu âm đi qua chúng. Các sóng gây ra dao động trong các phần tử của môi trường, tạo ra một loại vi mô. Và sự hấp thụ của sóng siêu âm dẫn đến hiện tượng nóng cục bộ của chúng. Đồng thời, trong môi trường sinh học cũng xảy ra một số biến đổi lý hóa nhất định. Những hiện tượng này không gây ra thiệt hại không thể phục hồi trong trường hợp cường độ âm thanh vừa phải. Chúng chỉ cải thiện sự trao đổi chất, và do đó góp phần vào hoạt động quan trọng của cơ thể tiếp xúc với chúng. Hiện tượng như vậy được sử dụng trong liệu pháp siêu âm.
Siêu âm trong phẫu thuật
Hốc và làm nóng mạnh ở cường độ cao dẫn đến phá hủy mô. Hiệu ứng này ngày nay được sử dụng trong phẫu thuật. Siêu âm hội tụ được sử dụng cho các hoạt động phẫu thuật, cho phép phá hủy cục bộ các cấu trúc sâu nhất (ví dụ, não) mà không làm tổn hại đến các cấu trúc xung quanh. Siêu âm cũng được sử dụng trong phẫu thuậtcác công cụ mà đầu làm việc giống như một cái dũa, dao mổ, kim. Những rung động áp đặt lên chúng mang lại những phẩm chất mới cho những nhạc cụ này. Lực yêu cầu giảm đáng kể, do đó, giảm chấn thương của hoạt động. Ngoài ra, tác dụng giảm đau và cầm máu được biểu hiện. Tác động bằng một thiết bị cùn sử dụng sóng siêu âm được sử dụng để tiêu diệt một số loại khối u đã xuất hiện trong cơ thể.
Tác động lên các mô sinh học nhằm tiêu diệt vi sinh vật và được sử dụng trong quá trình tiệt trùng thuốc và dụng cụ y tế.
Nghiên cứu các cơ quan nội tạng
Chủ yếu chúng ta đang nói về nghiên cứu của khoang bụng. Với mục đích này, một thiết bị đặc biệt được sử dụng. Siêu âm có thể được sử dụng để tìm và nhận ra các bất thường về mô và giải phẫu khác nhau. Thách thức thường gặp phải như sau: nghi ngờ một khối u ác tính và cần được phân biệt với một tổn thương lành tính hoặc nhiễm trùng.
Siêu âm hữu ích trong việc kiểm tra gan và các nhiệm vụ khác, bao gồm phát hiện các vật cản và bệnh của đường mật, cũng như kiểm tra túi mật để phát hiện sự hiện diện của sỏi và các bệnh lý khác trong đó. Ngoài ra, có thể áp dụng xét nghiệm xơ gan và các bệnh gan lành tính lan tỏa khác.
Trong lĩnh vực sản phụ khoa, chủ yếu là phân tích buồng trứng và tử cung, việc sử dụng siêu âm đã có từ lâu.hướng chính mà nó được thực hiện một cách đặc biệt thành công. Thông thường, việc phân biệt các hình thành lành tính và ác tính cũng cần thiết ở đây, thường đòi hỏi độ tương phản và độ phân giải không gian tốt nhất. Các kết luận tương tự có thể hữu ích trong việc nghiên cứu nhiều cơ quan nội tạng khác.
Việc sử dụng sóng siêu âm trong nha khoa
Siêu âm cũng đã tìm thấy đường vào nha khoa, nơi nó được sử dụng để loại bỏ cao răng. Nó cho phép bạn loại bỏ mảng bám và đá một cách nhanh chóng, không tốn máu và không đau. Đồng thời, niêm mạc miệng không bị tổn thương, khử trùng các “túi” khoang miệng. Thay vì đau, bệnh nhân có cảm giác ấm áp.
