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什么是超声波的机械效应

超声波能量作用于介质,会引起质点高速细微的振动,产生速度、加速度、声压、声强等力学量的变化,从而引起机械效应。

超声波是机械能量的传播形式,与波动过程有关,会产生线性效变的振动作用。超声波在介质中传播时,质点位移振幅虽然很小,但超声引起的质点加速度却非常大。若20kHz,lW/cm2的超声波在水中传播,则其产生的声压帽值为173kPa,这意味着声压幅值每秒钟内要在正负173kPa之间变化2万次,最大质点的加速度达1440km/s2,大约为重力加速度的1500倍,这样激烈而快速变化的机械运动就是功率超声的机械振动效应。

当超声介质不是均匀的分层介质时(例如生物组织、人体等),各层介质的声阻抗不同将使传播的声波产生反射、形成驻波,驻波的波腹、波节造成压力、张力和加速度的变化。由于不同介质质点(例如生物分子)的质量不同,则压力变化引起的振动速度有差异,使介质质点间的相对运动所造成的压力变化.是引起超声机械效应的另一原因。利用超声的机械效应应进行加工处理(打孔、切割、压实、表面强化、焊接、清洗、抛光及去除不希望的薄膜和脏物等),也用于加速分徽、均质、乳化、粉碎、杀菌等其他过程。

超声的机械作用在生产中得到了广泛的应用。

机械搅拌

超声的高频振动及辐射压力可在气、液体中形成有效的搅动与流动。空化气泡振动对团体表面产生的强烈射流及局部微冲流,均能显著减弱液体的表面张力及摩擦力,

并破坏固响液界面的附面层。肉而达到普通低频机械搅动达不到的效果.这一作用是药物透人,美容品导人皮肤,超声除气.食品及化妆品调匀细化等应用的物理基础。

相互扩散

利用超声振动及空化的压力、高温效应,促使两种液体,两种固体,或液固、液-气界面之间.发生分子的相互渗透,形成新的物质属性。金属或塑料的超声焊接,超声乳化、清洗、第化可归为此类作用。

均匀化

空化气泡闭合后产生的局部冲击波,可粉碎液体中的颗粒,使其细化;使结品均匀;将较大、不均匀乳滴分散为微小均匀药剂(如医用造影剂、治癌药剂等);甚至可包括消溶血栓等作用。

凝聚作用

超声振动可使气、液媒质中悬浮粒子以不同速度运动,增加相碰撞机会;或利用驻波使它们趋于波腹处.从而发生凝聚过程。烟道收尘、人工降雨可属此类。

机械切割作用

因超声振动加速度甚大,加上空化的声腐蚀作用.可对硬脆材料(宝石、陶瓷、玻璃、磁钢等)进行特形精密加工。

粉碎作用

利用高强度超声脉冲,可以粉碎人体内的肾结石和胆结石而不损伤软组织。

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