TORYUM, PROTAKTİNYUM VEYA DİĞER MALZEMELERİN KULLANIMI 2.21. Önceki tartışmaların tümü uranyumun şu veya bu kullanımı etrafında yoğunlaşıyordu; ancak hem toryumun hem de protaktinyumun hızlı nötronlarla bombardıman edildiğinde fisyona uğradığı bilinmektedir. Büyük

ASKERİ UYGULAMALAR 2.35. Bir kilogram U-235'in tüm atomları fisyona uğrarsa açığa çıkan enerji, 20.000 ton trinitrotoluenin patlamasıyla üretilen enerjiye eşdeğer olacaktır. Bombanın kritik boyutlarının pratik olarak mümkün olduğu ortaya çıkarsa - sınırlar dahilinde

ÇOK YÜKSEK FREKANSLI ALTERNATİF AKIMLARLA DENEYLER VE BUNLARIN YAPAY AYDINLATMA YÖNTEMLERİNE UYGULANMASI* Doğadan daha büyüleyici, daha incelenmeye değer bir konu yoktur. Bu büyük mekanizmayı anlayın, iş başındaki güçleri ve onu yöneten yasaları keşfedin

Giriş………………………………………………………………………………3

Ultrason………………………………………………………………………………….4

Elastik dalgalar halinde ultrason……………………………………..4

Ultrasonun spesifik özellikleri………………………………..5

Ultrason kaynakları ve alıcıları………………………………………..7

Mekanik yayıcılar……………………………………………………...7

Elektroakustik dönüştürücüler…………………………….9

Ultrason alıcıları……………………………………………………………..11

Ultrason uygulaması………………………………………………………………11

Ultrasonik temizleme……………………………………………………………11

İşleme süper sert ve kırılgan

malzemeler………………………………………………………13

Ultrasonik kaynak……………………………………………….14

Ultrasonik lehimleme ve kalaylama……………………………………14

Üretim süreçlerinin hızlandırılması………………..…………15

Ultrasonik kusur tespiti…………………………..…………15

Radyo elektroniklerinde ultrason………………………..…………………17

Tıpta ultrason……………………………..……………..18

Edebiyat……………………………………………………………..……………….19

Yirmi birinci yüzyıl atomun, uzay araştırmalarının, radyo elektroniğinin ve ultrasonun yüzyılıdır. Ultrason bilimi nispeten gençtir. Birinci laboratuvar çalışması ultrason araştırmaları büyük Rus fizikçi P. N. Lebedev tarafından gerçekleştirildi. XIX sonu ve daha sonra birçok önde gelen bilim adamı ultrason üzerinde çalıştı.

Ultrason, parçacıkların bir ortamdaki dalga benzeri yayılan salınımlı hareketidir. Ultrason, işitilebilir aralıktaki seslerle karşılaştırıldığında bazı özelliklere sahiptir. Ultrasonik aralıkta yönlendirilmiş radyasyonu elde etmek nispeten kolaydır; odaklanmaya iyi uyum sağlar ve bunun sonucunda ultrasonik titreşimlerin yoğunluğu artar. Gazlarda, sıvılarda ve katılarda yayıldığında ultrason, ilginç olaylar birçoğu bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında pratik uygulama bulmuştur.

Son yıllarda ultrason bilimsel araştırmalarda giderek daha önemli bir rol oynamaya başladı. Ultrasonik kavitasyon ve akustik akışlar alanındaki teorik ve deneysel araştırmalar başarıyla yürütülmüş ve bu da yeni gelişmelerin geliştirilmesini mümkün kılmıştır. teknolojik süreçler sıvı fazda ultrasonun etkisi altında meydana gelir. Şu anda, birçok kimyasal ve teknolojik süreci hızlandırmayı mümkün kılan yeni bir kimya yönü oluşturuluyor - ultrasonik kimya. Bilimsel araştırma Ses dalgalarının madde ile moleküler etkileşimini inceleyen yeni bir akustik dalının ortaya çıkmasına katkıda bulundu - moleküler akustik. Ultrasonun yeni uygulama alanları ortaya çıkmıştır: intraskopi, holografi, kuantum akustiği, ultrasonik faz ölçümü, akustoelektronik.

Ultrason alanında teorik ve deneysel araştırmaların yanı sıra pek çok şey yapılmıştır. pratik çalışma. Üniversal ve özel ultrasonik makineler, yüksek statik basınç altında çalışan tesisler, parçaların temizlenmesi için ultrasonik mekanize tesisler, artırılmış frekanslı jeneratörler ve yeni sistem soğutma, düzgün dağıtılmış alana sahip dönüştürücüler. Üretim hatlarına dahil edilen otomatik ultrasonik üniteler oluşturulmuş ve üretime sokularak işgücü verimliliğini önemli ölçüde artırılmıştır.

ultrason

Ultrason (ABD), frekansı 15-20 kHz'i aşan elastik titreşimler ve dalgalardır. Ultrasonik frekans bölgesinin, onu işitilebilir ses bölgesinden ayıran alt sınırı, insan işitmesinin öznel özellikleri tarafından belirlenir ve işitsel algının üst sınırı her kişi için farklı olduğundan koşulludur. Ultrasonik frekansların üst sınırı şu şekilde belirlenir: fiziksel doğa Yalnızca maddi bir ortamda yayılabilen elastik dalgalar, yani. dalga boyunun, bir gazdaki moleküllerin ortalama serbest yolundan veya sıvılar ve katılardaki atomlar arası mesafelerden önemli ölçüde daha büyük olması şartıyla. Normal basınçtaki gazlarda ultrasonik frekansların üst sınırı » 10 9 Hz'dir, sıvı ve katılarda sınır frekansı 10 12 -10 13 Hz'e ulaşır. Dalga boyu ve frekansa bağlı olarak ultrasonun farklı özellikleri vardır. belirli özellikler radyasyon, alım, yayılma ve uygulama, bu nedenle ultrasonik frekansların alanı üç alana bölünmüştür:

· düşük ultrasonik frekanslar (1,5×10 4 – 10 5 Hz);

· ortalama (10 5 – 10 7 Hz);

· yüksek (10 7 – 10 9 Hz).

Frekansları 10 9 – 10 13 Hz olan elastik dalgalara genel olarak hiper ses adı verilir.

Elastik dalgalar olarak ultrason.

Ultrason dalgaları (duyulamayan ses) doğası gereği duyulabilir aralıktaki elastik dalgalardan farklı değildir. Yalnızca gazlarda ve sıvılarda dağılır boyuna dalgalarda ve katılarda - boyuna ve kesme S.

Ultrasonun yayılması, herhangi bir frekans aralığındaki akustik dalgalarda ortak olan temel yasalara uyar. Yayılmanın temel yasaları şunları içerir: çeşitli ortamların sınırlarında ses yansıması ve ses kırılması yasaları, ses kırınımı ve ses saçılımıÇevredeki engeller ve homojensizlikler ile sınırlardaki düzensizliklerin varlığında, dalga kılavuzu yayılım yasalarıçevrenin sınırlı alanlarında. Ses dalga boyu l ile geometrik boyut D - ses kaynağının boyutu veya dalga yolundaki engelin boyutu, ortamın homojensizliklerinin boyutu arasındaki ilişki önemli bir rol oynar. D>>l olduğunda, engellerin yakınında sesin yayılması esas olarak geometrik akustik yasalarına göre gerçekleşir (yansıma ve kırılma yasaları kullanılabilir). Yayılımın geometrik deseninden sapma derecesi ve kırınım olayını dikkate alma ihtiyacı, parametre tarafından belirlenir; burada r, gözlem noktasından kırınıma neden olan nesneye olan mesafedir.

Ultrasonik dalgaların sınırsız bir ortamda yayılma hızı, ortamın esneklik özellikleri ve yoğunluğu ile belirlenir. Kapalı ortamlarda dalga yayılma hızı, sınırların varlığından ve doğasından etkilenir, bu da hızın frekansa bağımlılığına (ses hızı dağılımı) yol açar. Belirli bir yönde yayılan bir ultrasonik dalganın genliği ve yoğunluğundaki azalma, yani ses zayıflaması, herhangi bir frekanstaki dalgalarda olduğu gibi, dalga cephesinin kaynaktan uzaklığa göre sapması, saçılması ve sesin emilmesi. Hem işitilebilir hem de işitilemez aralıklardaki tüm frekanslarda, ortamın kayma viskozitesinden (iç sürtünme) kaynaklanan "klasik" emilim adı verilen olay meydana gelir. Ek olarak, genellikle “klasik” emilimi önemli ölçüde aşan ek (gevşeme) emilimi de vardır.

Ses dalgalarının önemli yoğunluğuyla doğrusal olmayan etkiler ortaya çıkar:

· süperpozisyon ilkesi ihlal edilir ve dalga etkileşimi meydana gelir, bu da tonların ortaya çıkmasına neden olur;

· Dalganın şekli değişir, spektrumu daha yüksek harmoniklerle zenginleşir ve buna bağlı olarak emilim artar;

· Sıvıda ultrason yoğunluğunun belirli bir eşik değerine ulaşıldığında kavitasyon meydana gelir (aşağıya bakın).

Doğrusal akustik yasalarının uygulanabilirliği ve doğrusal olmayan etkilerin ihmal edilme olasılığı için kriter: M<< 1, где М = v/c, v – колебательная скорость частиц в волне, с – скорость распространения волны.

M parametresine “Mach numarası” denir.

Ultrasonun spesifik özellikleri

Ultrasonun fiziksel doğası ve yayılmasını belirleyen temel yasalar, herhangi bir frekans aralığındaki ses dalgalarıyla aynı olmasına rağmen, bir takım spesifik özelliklere sahiptir. Bu özellikler nispeten yüksek ultrason frekanslarından kaynaklanmaktadır.

Dalga boyunun küçüklüğü belirler radyal karakter ultrasonik dalgaların yayılması. Vericinin yakınında dalgalar, enine boyutu yayıcının boyutuna yakın kalan ışınlar şeklinde yayılır. Böyle bir ışın (ultrasonik ışın) büyük engellere çarptığında yansıma ve kırılma yaşar. Işın küçük engellere çarptığında, ortamdaki küçük homojensizliklerin (mm'nin onda biri ve yüzde biri düzeyinde) tespit edilmesini mümkün kılan dağınık bir dalga ortaya çıkar. Ultrasonun ortamın homojensizlikleri üzerine yansıması ve saçılması, optik olarak opak ortamda oluşmayı mümkün kılar ses görselleri Işık ışınları kullanılarak yapılana benzer şekilde, ses odaklama sistemlerini kullanan nesneler.

Ultrason odaklama sadece ses görüntüleri (sesli görüş ve akustik holografi sistemleri) elde etmekle kalmaz, aynı zamanda konsantre olmak ses enerjisi. Ultrasonik odaklama sistemlerini kullanarak belirli formları oluşturmak mümkündür. yönlülük özellikleri yayıcılar ve onları kontrol edin.

Ultrasonik dalganın yoğunluğundaki değişiklikle ilişkili ışık dalgalarının kırılma indisindeki periyodik değişiklik, ışığın ultrasonla kırınımı, megahertz-gigahertz aralığındaki ultrasonik frekanslarda gözlemlendi. Bu durumda ultrasonik dalga bir kırınım ızgarası olarak düşünülebilir.

Ultrasonik alandaki en önemli doğrusal olmayan etki kavitasyon– sıvı içerisinde buhar, gaz veya bunların bir karışımı ile doldurulmuş titreşen kabarcıklardan oluşan bir kütlenin ortaya çıkması. Kabarcıkların karmaşık hareketi, çökmeleri, birbirleriyle birleşmeleri vb. sıvıda sıkıştırma darbeleri (mikroşok dalgaları) ve mikro akışlar oluşturarak ortamın lokal ısınmasına ve iyonizasyona neden olur. Bu etkilerin madde üzerinde etkisi vardır: sıvının içindeki katıların tahribatı meydana gelir ( kavitasyon erozyonu), sıvının karışması meydana gelir, çeşitli fiziksel ve kimyasal işlemler başlatılır veya hızlandırılır. Kavitasyon koşullarını değiştirerek, çeşitli kavitasyon etkilerini güçlendirmek veya zayıflatmak mümkündür; örneğin, ultrasonik frekans arttıkça, mikro akışların rolü artar ve sıvıdaki basınç arttıkça kavitasyon erozyonu azalır; mikro darbe etkilerinin rolü artar. Frekanstaki bir artış, sıvının türüne, gaz içeriğine, sıcaklığına vb. bağlı olarak kavitasyonun başlangıcına karşılık gelen eşik yoğunluk değerinde bir artışa yol açar. Atmosfer basıncındaki su için bu genellikle 0,3-1,0 W/cm'dir. 2. Kavitasyon karmaşık bir olay dizisidir. Ultrasonik dalgalar, sıvı formda yüksek ve alçak basınç alanlarını değiştirerek yayılır ve yüksek sıkıştırma ve seyrekleşme bölgeleri oluşturur. Seyreltilmiş bir bölgede hidrostatik basınç, sıvının moleküllerine etki eden kuvvetlerin moleküller arası yapışma kuvvetlerinden daha büyük olacağı ölçüde azalır. Hidrostatik dengedeki keskin bir değişimin sonucu olarak sıvı "patlar" ve çok sayıda küçük gaz ve buhar kabarcıkları oluşur. Bir sonraki an, sıvıda bir yüksek basınç periyodu oluştuğunda, önceden oluşmuş kabarcıklar çöker. Kabarcıkların çökmesi sürecine, birkaç yüz atmosfere ulaşan, çok yüksek yerel anlık basınca sahip şok dalgalarının oluşumu eşlik ediyor.

Ultrason kaynakları ve alıcıları.

Doğada, ultrason hem birçok doğal sesin bir bileşeni olarak (rüzgar, şelale, yağmur gürültüsünde, deniz sörfü tarafından yuvarlanan çakıl taşlarının gürültüsünde, fırtına akıntılarına eşlik eden seslerde vb.) hayvanlar dünyasının sesleri. Bazı hayvanlar engelleri tespit etmek ve uzayda gezinmek için ultrasonik dalgaları kullanır.

Ultrason yayıcılar iki büyük gruba ayrılabilir. Birincisi yayıcı-jeneratörleri içerir; İçlerindeki salınımlar, sabit bir akış yolundaki engellerin (bir gaz veya sıvı akışı) varlığı nedeniyle uyarılır. İkinci grup yayıcılar elektroakustik dönüştürücülerdir; elektrik voltajındaki veya akımındaki mevcut dalgalanmaları, çevreye akustik dalgalar yayan katı bir cismin mekanik titreşimlerine dönüştürürler.

Mekanik yayıcılar.

Birinci tip (mekanik) yayıcılarda, bir jetin (sıvı veya gaz) kinetik enerjisinin akustik enerjiye dönüştürülmesi, çeşitli türdeki engellere aktığında jetin (siren) periyodik olarak kesilmesi sonucu meydana gelir ( gaz jeti jeneratörleri, düdükler).

Ultrasonik siren, bir odaya yerleştirilmiş çok sayıda deliğe sahip iki disktir (Şekil 1).

burada N, rotor ve statorun çevresi etrafında eşit olarak dağıtılan deliklerin sayısıdır; w rotorun açısal hızıdır.

Siren odasındaki basınç genellikle 0,1 ila 5,0 kgf/cm2 arasındadır. Sirenlerin yaydığı ultrasonik frekansın üst sınırı 40-50 kHz'i aşmamaktadır ancak üst sınırı 500 kHz olan tasarımlar bilinmektedir. Jeneratörlerin verimliliği %60'ı geçmez. Sirenin çıkardığı sesin kaynağı deliklerden akan gaz darbeleri olduğundan sirenlerin frekans spektrumu bu darbelerin şekline göre belirlenir. Sinüzoidal salınımlar elde etmek için, aralarındaki mesafeler çaplarına eşit olan yuvarlak delikli sirenler kullanılır. Deliğin genişliği kadar aralıklı dikdörtgen delikler için darbe şekli üçgendir. Düzensiz yerleştirilmiş ve farklı şekillerde deliklere sahip birkaç rotorun (farklı hızlarda dönen) kullanılması durumunda, bir gürültü sinyali elde edilebilir. Sirenlerin akustik gücü onlarca kW'a ulaşabilir. Güçlü bir sirenin radyasyon alanına pamuk yünü koyarsanız, alev alır ve çelik talaşları kızgın bir şekilde ısınır.

Ultrasonik düdük üretecinin çalışma prensibi normal polis düdüğüyle hemen hemen aynıdır, ancak boyutları çok daha büyüktür. Yüksek hızdaki hava akışı, jeneratörün iç boşluğunun keskin kenarına çarparak rezonatörün doğal frekansına eşit frekansta salınımlara neden olur. Böyle bir jeneratör kullanarak nispeten düşük güçle 100 kHz'e kadar frekansta salınımlar oluşturmak mümkündür. Daha fazla güç elde etmek için, gaz akış hızının daha yüksek olduğu gaz jetli jeneratörler kullanılır. Sıvı jeneratörleri ultrasonu bir sıvıya yaymak için kullanılır. Sıvı jeneratörlerinde (Şekil 2), çift taraflı bir uç, bükülme titreşimlerinin uyarıldığı bir rezonans sistemi görevi görür.

Bir sıvı (hidrodinamik) jeneratörü çalıştırmak için 5 kg/cm2'lik aşırı sıvı basıncı gereklidir. böyle bir jeneratörün salınım frekansı aşağıdaki ilişkiyle belirlenir:

burada v, memeden dışarı akan sıvının hızıdır; d, uç ile nozül arasındaki mesafedir.

Sıvı içindeki hidrodinamik yayıcılar, yayıcının hemen yakınında birkaç W/cm2'ye varan yoğunlukla 30-40 kHz'e varan frekanslarda nispeten ucuz ultrasonik enerji sağlar.

Mekanik yayıcılar düşük frekanslı ultrasonik aralıkta ve ses dalgaları aralığında kullanılır. Tasarım ve kullanım açısından nispeten basittirler, üretimleri pahalı değildir, ancak tek renkli radyasyon oluşturamazlar, çok daha az kesin olarak belirlenmiş bir şekle sahip sinyaller yayarlar. Bu tür yayıcılar, frekans ve genlik kararsızlığı ile karakterize edilir, ancak gazlı ortamda yayıldığında nispeten yüksek verime ve radyasyon gücüne sahiptirler: verimlilikleri% birkaç ila% 50 arasında değişir, güç birkaç watt'tan onlarca kW'a kadar değişir.

Elektroakustik dönüştürücüler.

İkinci tip yayıcılar, elektromekanik dönüşümün çeşitli fiziksel etkilerine dayanmaktadır. Kural olarak doğrusaldırlar, yani heyecan verici elektrik sinyalini şekil olarak yeniden üretirler. Düşük frekanslı ultrasonik aralıkta kullanılırlar elektrodinamik yayıcılar ve yayıcılar manyetostriktif dönüştürücüler ve piezoelektrik dönüştürücüler. En yaygın kullanılan emitörler manyetostriktif ve piezoelektrik tiplerdir.

1847'de Joule, manyetik alana yerleştirilen ferromanyetik malzemelerin boyutlarının değiştiğini fark etti. Bu fenomene çağrıldı manyetostriktif etki . Ferromanyetik bir çubuk üzerine yerleştirilmiş bir sargıdan alternatif bir akım geçerse, değişen bir manyetik alanın etkisi altında çubuk deforme olacaktır. Nikel çekirdekler, demir çekirdeklerin aksine manyetik alanda kısalır. Vericinin sargısından alternatif akım geçtiğinde, çubuğu manyetik alanın herhangi bir yönünde bir yönde deforme olur. Bu nedenle mekanik titreşimlerin frekansı alternatif akımın frekansının iki katı olacaktır.

Vericinin salınım frekansının uyarıcı akımın frekansıyla eşleşmesini sağlamak için yayıcı sargıya sabit bir polarizasyon voltajı verilir. Polarize bir yayıcıda, alternatif manyetik indüksiyonun genliği artar, bu da çekirdek deformasyonunun artmasına ve gücün artmasına neden olur.

Manyetostriktif etki, ultrasonik manyetostriktif dönüştürücülerin üretiminde kullanılır (Şekil 3).

Çoğu zaman nikelden yapılmış dönüştürücüler kullanılır (korozyona karşı yüksek direnç, düşük fiyat). Manyetostriktif çekirdekler ferritlerden de yapılabilir. Ferritler yüksek dirence sahiptir ve bunun sonucunda girdap akımı kayıpları ihmal edilebilir düzeydedir. Ancak ferrit kırılgan bir malzemedir ve yüksek güçte aşırı yüklenme riski taşır. Manyetostriktif dönüştürücülerin sıvılara ve katılara yayılma verimliliği %50-90'dır. Radyasyon yoğunluğu birkaç on W/cm2'ye ulaşır.

1880'de Jacques ve Pierre Curie kardeşler şunu keşfettiler: piezoelektrik etkisi - bir kuvars plakayı deforme ederseniz, yüzlerinde zıt işaretli elektrik yükleri belirir. Bunun tersi de gözlenir - eğer bir kuvars plakanın elektrotlarına bir elektrik yükü uygulanırsa, sağlanan yükün polaritesine bağlı olarak boyutları azalacak veya artacaktır. Uygulanan voltajın işaretleri değiştiğinde, kuvars plaka ya sıkışacak ya da basıncı azaltacaktır, yani uygulanan voltajın işaretlerindeki değişikliklere göre zamanla salınacaktır. Plaka kalınlığındaki değişiklik uygulanan voltajla orantılıdır.

Piezoelektrik etki prensibi, elektriksel titreşimleri mekanik titreşimlere dönüştüren ultrasonik titreşim yayıcıların üretiminde kullanılır. Piezoelektrik malzemeler olarak kuvars, baryum titanat ve amonyum fosfat kullanılır.

Piezoelektrik dönüştürücülerin verimliliği %90'a ulaşır, radyasyon yoğunluğu birkaç on W/cm2'dir. Titreşimlerin yoğunluğunu ve genliğini arttırmak için ultrason kullanılır merkezler. Orta ultrasonik frekans aralığında, yoğunlaştırıcı, çoğunlukla içbükey şekilli bir piezoelektrik dönüştürücü formunda, yakınsak bir dalga yayan bir odaklama sistemidir. Bu tür yoğunlaştırıcıların odağında 10 5 -10 6 W/cm2 yoğunluk elde edilir.

Ultrason alıcıları.

Piezoelektrik tipteki elektroakustik dönüştürücüler çoğunlukla düşük ve orta frekanslarda ultrason alıcıları olarak kullanılır. Bu tür alıcılar, akustik sinyalin şeklinin, yani ses basıncının zamana bağımlılığının yeniden üretilmesini mümkün kılar. Uygulama koşullarına bağlı olarak alıcılar rezonanslı veya geniş bantlı olarak yapılır. Ses alanının zaman ortalamalı özelliklerini elde etmek için, termokupllar veya ses emici bir maddeyle kaplanmış termistörler formundaki termal ses alıcıları kullanılır. Yoğunluk ve ses basıncı aynı zamanda optik yöntemlerle, örneğin ultrasonla ışık kırınımıyla da değerlendirilebilir.

Ultrason uygulaması.

Çeşitli özelliklerinin kullanıldığı ultrasonun çeşitli uygulamaları üç alana ayrılabilir. Birincisi ultrasonik dalgalar aracılığıyla bilgi elde etmekle, ikincisi madde üzerinde aktif etkiyle, üçüncüsü ise sinyallerin işlenmesi ve iletilmesiyle ilgilidir. Her özel uygulama için belirli bir frekans aralığındaki ultrason kullanılır (Tablo 1). KM'nin uygulama bulduğu birçok alandan sadece birkaçı hakkında konuşalım.

Ultrasonik temizleme.

Ultrasonik temizliğin kalitesi diğer yöntemlerle kıyaslanamaz. Örneğin, parçaları durularken, yüzeylerinde% 80'e kadar kirletici madde kalır; titreşimli temizlemede - yaklaşık% 55, manuel temizlemede - yaklaşık% 20 ve ultrasonik temizlemede -% 0,5'ten fazla değil. Ayrıca karmaşık şekillere sahip parçalar ve ulaşılması zor yerler ancak ultrason kullanılarak iyi bir şekilde temizlenebilir. Ultrasonik temizlemenin özel bir avantajı, düşük fiziksel emek ile yüksek üretkenliği, yanıcı veya pahalı organik çözücüleri güvenli ve ucuz sulu alkali çözeltileri, sıvı freon vb. ile değiştirme yeteneğidir.

Ultrasonik temizleme, yerel kavitasyonu, temizleme sıvısındaki yüksek ivmelerin etkisi ile birleştiren ve kirletici maddelerin yok edilmesine yol açan karmaşık bir işlemdir. Kirlenmiş bir parça yerleştirilirse

Tablo 1

sıvı ve onu ultrasonla ışınlayın, ardından kavitasyon kabarcıklarının şok dalgasının etkisi altında parçanın yüzeyi kirden temizlenir.

Toz, duman, is, metal oksitler vb. ile hava kirliliğine karşı mücadele ciddi bir sorundur. Ultrasonik gaz ve hava temizleme yöntemi, ortamın sıcaklığına ve nemine bakılmaksızın mevcut gaz çıkışlarında kullanılabilir. Bir toz çökeltme odasına ultrasonik yayıcı yerleştirirseniz etkinliği yüzlerce kat artar. Ultrasonik hava temizlemenin özü nedir? Ultrasonik titreşimlerin etkisi altında havada rastgele hareket eden toz parçacıkları birbirlerine daha sık ve daha sert çarpar. Aynı zamanda birleşirler ve boyutları artar. Parçacık büyütme işlemine pıhtılaşma denir. Büyütülmüş ve ağırlıklandırılmış parçacıklar özel filtreler tarafından yakalanır.

Süper sertin mekanik işlenmesi

ve kırılgan malzemeler.

Ultrasonik aletin çalışma yüzeyi ile iş parçası arasına aşındırıcı bir malzeme sokulursa, yayıcının çalışması sırasında aşındırıcı parçacıklar iş parçasının yüzeyine çarpacaktır. Malzeme, çok sayıda yönlendirilmiş mikro darbenin etkisi altında işleme sırasında tahrip edilir ve çıkarılır (Şekil 4).

Ultrasonik işlemenin kinematiği ana hareket olan kesmeden oluşur; aletin uzunlamasına titreşimleri ve yardımcı hareket - ilerleme hareketi. Boyuna titreşimler, işlenen malzemeyi tahrip eden aşındırıcı tanecikler için enerji kaynağıdır. Yardımcı hareket - besleme hareketi - uzunlamasına, enine ve dairesel olabilir. Ultrasonik işleme, aşındırıcının tane boyutuna bağlı olarak 50 ila 1 mikron arasında daha fazla doğruluk sağlar. Çeşitli şekillerdeki aletleri kullanarak sadece delikler açmakla kalmaz, aynı zamanda karmaşık kesimler de yapabilirsiniz. Ayrıca kavisli eksenleri kesebilir, kalıplar yapabilir, taşlayabilir, gravürleyebilir ve hatta elmas delebilirsiniz. Aşındırıcı olarak kullanılan malzemeler elmas, korindon, çakmaktaşı, kuvars kumudur.

Ultrasonik kaynak.

Mevcut yöntemlerin hiçbiri, farklı metallerin kaynaklanması veya ince plakaların kalın parçalara kaynaklanmasının gerektiği durumlar için uygun değildir. Bu durumda ultrasonik kaynağın yeri doldurulamaz. Parçalar soğuk halde birleştirildiği için bazen soğuk olarak da adlandırılır. Ultrasonik kaynak sırasında bağlantıların oluşma mekanizması hakkında nihai bir fikir yoktur. Kaynak işlemi sırasında, ultrasonik titreşimlerin uygulanmasından sonra, kaynak yapılan plakalar arasında oldukça plastik bir metal tabakası oluşur ve plakalar, herhangi bir açıda dikey bir eksen etrafında çok kolay bir şekilde döner. Ancak ultrasonik radyasyon durdurulur durdurulmaz plakaların anında "yakalanması" meydana gelir.

Ultrasonik kaynak, erime noktasından önemli ölçüde daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleşir, böylece parçalar katı halde birleştirilir. Ultrasonik kullanarak birçok metal ve alaşımı (bakır, molibden, tantal, titanyum, birçok çelik) kaynaklayabilirsiniz. En iyi sonuçlar, farklı metallerden oluşan ince levhaların kaynağında ve ince levhaların kalın parçalara kaynaklanması sırasında elde edilir. Ultrasonik kaynak sırasında kaynak bölgesindeki metalin özellikleri minimum düzeyde değişir. Yüzey hazırlığına yönelik kalite gereklilikleri diğer kaynak yöntemlerine göre önemli ölçüde daha düşüktür. Metalik olmayan malzemeler (plastikler, polimerler) de ultrasonik kaynağa uygundur.

Ultrasonik lehimleme ve kalaylama.

Endüstride alüminyum, paslanmaz çelik ve diğer malzemelerin ultrasonik lehimlenmesi ve kalaylanması giderek önem kazanmaktadır. Alüminyumun lehimlenmesindeki zorluk, yüzeyinin her zaman metal atmosferik oksijenle temas ettiğinde neredeyse anında oluşan refrakter bir alüminyum oksit filmi ile kaplanmış olmasıdır. Bu film erimiş lehimin alüminyum yüzeyle temasını önler.

Şu anda alüminyum lehimlemenin etkili yöntemlerinden biri ultrasoniktir; ultrasonik lehimleme akı olmadan gerçekleştirilir. Lehimleme işlemi sırasında erimiş lehime ultrasonik frekansın mekanik titreşimlerinin verilmesi, oksit filmin mekanik olarak tahrip edilmesini teşvik eder ve yüzeyin lehimle ıslanmasını kolaylaştırır.

Alüminyumun ultrasonik lehimleme prensibi aşağıdaki gibidir. Havya ile parça arasında bir sıvı erimiş lehim tabakası oluşturulur. Ultrasonik titreşimlerin etkisi altında lehimde kavitasyon meydana gelir ve oksit filmi tahrip olur. Lehimlemeden önce parçalar lehimin erime noktasının üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Yöntemin en büyük avantajı seramik ve cam lehimlemede başarıyla kullanılabilmesidir.

Üretim süreçlerinin hızlandırılması

ultrason kullanarak.

¾ Ultrason kullanımı, çeşitli sıvıların karıştırılmasını önemli ölçüde hızlandırabilir ve stabil emülsiyonlar (hatta su ve cıva gibi) elde edebilir.

¾ Sıvıları yüksek yoğunluklu ultrasonik titreşimlere maruz bırakarak ince dağılmış yüksek yoğunluklu aerosoller elde etmek mümkündür.

¾ Nispeten yakın zamanda, elektrikli sargı ürünlerinin emprenye edilmesinde ultrason kullanılmaya başlandı. Ultrasonik kullanımı, emprenye süresinin 3-5 kat azaltılmasını ve 2-3 kez emprenye işleminin tek seferlik emprenye ile değiştirilmesini mümkün kılar.

¾ Ultrasonun etkisi altında, metallerin ve alaşımların galvanik biriktirme süreci önemli ölçüde hızlanır.

¾ Erimiş metale ultrasonik titreşimler uygulandığında, tanecik belirgin şekilde incelir ve gözeneklilik azalır.

¾ Ultrason, katı haldeki metallerin ve alaşımların işlenmesinde kullanılır, bu da yapının "gevşemesine" ve yapay yaşlanmasına yol açar.

¾ Metal tozlarını preslerken ultrasonikleştirme, daha yüksek yoğunlukta ve boyutsal stabiliteye sahip preslenmiş ürünlerin üretilmesini sağlar.

Ultrasonik kusur tespiti.

Ultrasonik kusur tespiti tahribatsız muayene yöntemlerinden biridir. Homojen bir ortamda, yönlü ve önemli bir zayıflama olmadan ve iki ortam (örneğin metal - hava) arasındaki arayüzde neredeyse tamamen yansıtılacak ultrasonik yayılma özelliği, kusurları (lavabolar, çatlaklar) tanımlamak için ultrasonik titreşimlerin kullanılmasını mümkün kılmıştır. , delaminasyonlar vb.) metal parçalara zarar vermeden temizlenebilir.

Ultrasonun metaldeki nüfuz derinliği 8-10 m'ye ulaştığından, ultrason kullanarak büyük parçaları kontrol edebilirsiniz. Ayrıca, ultrason çok küçük kusurları (10-6 mm'ye kadar) tespit edebilir.

Ultrasonik kusur dedektörleri yalnızca oluşan kusurları tespit etmekle kalmaz, aynı zamanda artan metal yorulma anını da belirlemeyi mümkün kılar.

Ultrasonik kusur tespitinin çeşitli yöntemleri vardır; bunların başlıcaları gölge, darbe, rezonans, yapısal analiz ve ultrasonik görselleştirmedir.

Gölge yöntemi, ultrasonik gölge oluşturan parçanın içindeki kusurların varlığında, geçen ultrasonik dalgaların zayıflatılması esasına dayanır. Bu yöntem iki dönüştürücü kullanır. Bunlardan biri ultrasonik titreşimler yayar, diğeri bunları alır (Şek. 5). Gölge yöntemi duyarsızdır; neden olduğu sinyal değişikliği en az %15-20 ise bir kusur tespit edilebilir. Gölge yönteminin önemli bir dezavantajı, kusurun hangi derinlikte bulunduğunun belirlenmesine izin vermemesidir.

Darbeli ultrasonik kusur tespit yöntemi, ultrasonik dalgaların yansıması olgusuna dayanmaktadır. Darbe kusuru dedektörünün çalışma prensibi Şekil 2'de gösterilmektedir. 6. Yüksek frekans jeneratörü kısa süreli darbeler üretir. Verici tarafından gönderilen darbe yansıtıldıktan sonra, o anda almakta olan dönüştürücüye geri döner. Dönüştürücüden sinyal amplifikatöre ve ardından katot ışın tüpünün saptırma plakalarına gider. Tüp ekranında sondalama ve yansıyan darbelerin görüntülerini elde etmek için bir tarama jeneratörü sağlanır. Yüksek frekans jeneratörünün çalışması, belirli bir frekansta yüksek frekanslı darbeler üreten bir senkronizatör tarafından kontrol edilir. Darbe gönderme sıklığı, yansıyan darbenin bir sonraki darbe gönderilmeden önce dönüştürücüye ulaşması için değiştirilebilir.

Darbe yöntemi, ürünleri tek taraflı erişimle incelemenize olanak tanır. Yöntemin hassasiyeti artırılmıştır; ultrason enerjisinin %1'inin bile yansıması fark edilecektir. Darbe yönteminin avantajı, kusurun hangi derinlikte bulunduğunu belirlemenize olanak sağlamasıdır.

Radyo elektroniklerinde ultrason.

Radyo elektroniklerinde genellikle bir elektrik sinyalini diğerine göre geciktirme ihtiyacı vardır. Bilim insanları ultrasonik gecikme hatları (LDL'ler) önererek başarılı bir çözüm buldular. Eylemleri, elektrik darbelerinin yayılma hızı elektromanyetik titreşimlerin yayılma hızından çok daha az olan ultrasonik mekanik titreşim darbelerine dönüştürülmesine dayanır. Mekanik titreşimlerin elektriksel titreşimlere ters çevrilmesinden sonra, hattın çıkışındaki voltaj darbesi giriş darbesine göre gecikecektir.

Manyetostriktif ve piezoelektrik dönüştürücüler, elektriksel titreşimleri mekanik titreşimlere dönüştürmek için kullanılır ve bunun tersi de geçerlidir. Buna göre LZ'ler manyetostriktif ve piezoelektrik olarak ikiye ayrılır.

Manyetostriktif LZ, giriş ve çıkış transdüserlerinden, mıknatıslardan, ses kanalından ve emicilerden oluşur.

Giriş dönüştürücüsü, içinden giriş sinyali akımının aktığı bir bobinden, ultrasonik frekansın mekanik titreşimlerinin meydana geldiği manyetostriktif malzemeden yapılmış bir akustik kanalın bir bölümünden ve dönüşüm bölgesinin kalıcı mıknatıslanmasını yaratan bir mıknatıstan oluşur. Çıkış dönüştürücünün tasarımı giriş dönüştürücüsünden neredeyse farklı değildir.

Ses borusu, yaklaşık 5000 m/s hızla yayılan, ultrasonik titreşimlerin uyarıldığı manyetostriktif malzemeden yapılmış bir çubuktur. Darbeyi örneğin 100 μs kadar geciktirmek için, ses borusunun uzunluğu yaklaşık 43 cm olmalıdır.İlk manyetik indüksiyonu oluşturmak ve dönüşüm bölgesini saptırmak için bir mıknatısa ihtiyaç vardır.

Manyetostriktif bir LP'nin çalışma prensibi, manyetik alanın etkisi altında ferromanyetik malzemelerin boyutunda bir değişikliğe dayanmaktadır. Giriş dönüştürücü bobininin manyetik alanının neden olduğu mekanik rahatsızlık, ses boru hattı yoluyla iletilir ve çıkış dönüştürücü bobinine ulaşıldığında, içinde bir elektromotor kuvvet indüklenir.

Piezoelektrik LP'ler aşağıdaki gibi tasarlanmıştır. Elektrik sinyalinin yoluna, metal bir çubuğa (ses kanalı) sıkı bir şekilde bağlanan bir piezoelektrik dönüştürücü (kuvars plaka) yerleştirilir. Çubuğun ikinci ucuna ikinci bir piezoelektrik dönüştürücü bağlanmıştır. Giriş dönüştürücüsüne yaklaşan sinyal, ultrasonik frekansın mekanik titreşimlerine neden olur ve bu titreşimler daha sonra ses hattında yayılır. İkinci dönüştürücüye ulaşan ultrasonik titreşimler tekrar elektriksel titreşimlere dönüştürülür. Ancak ses boru hattındaki ultrasonun yayılma hızı, elektrik sinyalinin yayılma hızından önemli ölçüde daha düşük olduğundan, ses boru hattının bulunduğu yol boyunca sinyal, hız farkına eşit bir miktarda diğerinin gerisinde kalır. Ultrason ve elektromanyetik sinyallerin belirli bir alanda yayılması.

Tıpta ultrason.

Tıpta ultrasonun canlı bir organizma üzerinde aktif etki için kullanılması, ultrason dalgaları içlerinden geçtiğinde biyolojik dokularda meydana gelen etkilere dayanmaktadır. Ortamın dalga içindeki parçacıklarının titreşimleri dokularda bir tür mikro masaja neden olur, ultrasonun emilmesi bunların lokal olarak ısınmasına yol açar. Aynı zamanda ultrasonun etkisi altında biyolojik ortamda fizikokimyasal dönüşümler meydana gelir. Orta düzeyde ses yoğunluğunda, bu olaylar geri dönüşü olmayan bir hasara neden olmaz, yalnızca metabolizmayı iyileştirir ve dolayısıyla vücudun işleyişine katkıda bulunur. Bu fenomenler ultrasonda kullanılır terapi(1 W/cm2'ye kadar ultrason yoğunluğu) . Yüksek yoğunluklarda güçlü ısınma ve kavitasyon doku tahribatına neden olur. Bu etki ultrasonda kullanılır ameliyat. Cerrahi operasyonlarda, çevre dokulara zarar vermeden beyin gibi derin yapılarda lokal tahribat sağlayan odaklanmış ultrason kullanılır (ultrasonik yoğunluk yüzlerce hatta binlerce W/cm2'ye ulaşır). Ameliyatta, çalışma ucu neşter, eğe, iğne vb. Gibi görünen ultrason aletleri de kullanılır. Cerrahide yaygın olarak kullanılan bu tür aletlere ultrasonik titreşimlerin uygulanması, onlara yeni nitelikler kazandırarak gerekli kuvveti ve dolayısıyla operasyonun travmasını önemli ölçüde azaltır; ayrıca hemostatik ve analjezik bir etki ortaya çıkar. Künt bir ultrason cihazıyla temasa maruz kalma, bazı tümörleri yok etmek için kullanılır.

Güçlü ultrasonun biyolojik doku üzerindeki etkisi, tıbbi aletlerin ve tıbbi maddelerin sterilizasyonu süreçlerinde mikroorganizmaları yok etmek için kullanılır.

Ultrason, tartarın giderilmesi için diş hekimliğinde uygulama alanı bulmuştur. Dişlerinizden acısız, kansız, hızlı bir şekilde tartar ve plakları çıkarmanızı sağlar. Bu durumda ağız mukozası zarar görmez ve boşluğun "cepleri" dezenfekte edilir ve hasta ağrı yerine sıcaklık hissi yaşar.

Edebiyat.

1. I.P. Golyamina. Ultrason. – M.: Sovyet Ansiklopedisi, 1979.

2.I.G. Khorbenko. Duyulamayan seslerin olduğu bir dünyada. – M.: Makine Mühendisliği, 1971.

3.V.P. Severdenko, V.V. Klubovich. Ultrasonun endüstride uygulanması. – Minsk: Bilim ve Teknoloji, 1967.

Akustik gevşeme, ultrasonik dalgadaki sıkışma ve seyrelme nedeniyle bozulan ortamın termodinamik dengesinin yeniden sağlanmasına yönelik dahili süreçlerdir. Enerjinin serbestlik dereceleri boyunca düzgün dağılımının termodinamik ilkesine göre, bir ses dalgasındaki öteleme hareketinin enerjisi iç serbestlik derecelerine aktarılır, onları heyecanlandırır ve bunun sonucunda öteleme hareketi başına enerji azalır. Bu nedenle gevşemeye her zaman ses emiliminin yanı sıra ses hızı dağılımı da eşlik eder.

Tek renkli bir dalgada, W salınım değerindeki zaman içindeki değişiklik sinüs veya kosinüs kanununa göre meydana gelir ve her noktada aşağıdaki formülle tanımlanır: .

İki tür manyetostriksiyon vardır: cismin geometrik boyutlarının uygulanan alan yönünde değiştiği doğrusal ve cismin geometrik boyutlarının her yöne değiştiği hacimsel. Doğrusal manyetostriksiyon, toplu manyetostriksiyona göre önemli ölçüde daha düşük alan kuvvetlerinde gözlemlenir. Bu nedenle, manyetostriktif dönüştürücülerde doğrusal manyetostriksiyon pratik olarak kullanılır.

Termistör, direnci sıcaklığa bağlı olan bir dirençtir. Termokupl, birbirine bağlı farklı metallerden oluşan iki iletkendir. İletkenlerin uçlarında sıcaklıkla orantılı olarak bir emk belirir.

Son zamanlarda bilim, teknoloji ve tıbbın çeşitli alanlarında ultrasonun kullanımı yaygınlaşmıştır.

Bu nedir? Ultrasonik titreşimler nerede kullanılır? İnsanlara ne gibi faydalar sağlayabilirler?

Ultrason, çevrenin etkisi altında ortaya çıkan ve insan kulağının duyamayacağı, frekansı 15-20 kilohertz'in üzerinde olan dalga benzeri salınım hareketlerine denir. Ultrasonik dalgalar kolayca odaklanır, bu da titreşimlerin yoğunluğunu artırır.

Ultrason kaynakları

Doğada ultrason çeşitli doğal seslere eşlik eder: yağmur, fırtına, rüzgar, şelale, deniz sörfü. Bazı hayvanlar (yunuslar, yarasalar) bunu üretebilir, bu da onların engelleri tespit etmelerine ve uzayda yön bulmalarına yardımcı olur.

Mevcut tüm yapay ultrason kaynakları 2 gruba ayrılır:

• jeneratörler - gaz veya sıvı jeti şeklindeki engellerin aşılması sonucu titreşimler meydana gelir.
• elektroakustik dönüştürücüler - elektrik voltajını mekanik titreşimlere dönüştürür, bu da akustik dalgaların çevreye yayılmasına yol açar.

Ultrason alıcıları

Ultrasonik titreşimlerin düşük ve orta frekansları esas olarak piezoelektrik tipteki elektroakustik dönüştürücüler tarafından algılanır. Kullanım koşullarına bağlı olarak rezonans ve geniş bant cihazları ayırt edilir.

Zaman ortalamalı ses alanı özelliklerini elde etmek için, ses emici özelliklere sahip bir maddeyle kaplanmış termokupllar veya termistörlerle temsil edilen termal alıcılar kullanılır.

Işık kırınımı da dahil olmak üzere optik yöntemler, ultrason yoğunluğunu ve ses basıncını tahmin edebilir.

Ultrasonik dalgalar nerede kullanılır?

Ultrasonik dalgalar çeşitli alanlarda uygulama alanı bulmuştur.

Geleneksel olarak ultrasonun kullanım alanları 3 gruba ayrılabilir:

• bilgi edinme;
• aktif etki;
• Sinyal işleme ve iletim.

Her durumda belirli bir frekans aralığı kullanılır.

Ultrasonik temizleme

Ultrasonik maruz kalma, parçaların yüksek kalitede temizlenmesini sağlar. Parçaların basit bir şekilde durulanmasıyla, kirin% 80'e kadarı, titreşimli temizlemede -% 55'e yakın, manuel temizlemede - yaklaşık% 20 ve ultrasonik temizlemede -% 0,5'ten az kalır.

Karmaşık şekillere sahip parçalar yalnızca ultrason kullanılarak kirlenmeden arındırılabilir.

Ultrasonik dalgalar ayrıca hava ve gazları arıtmak için de kullanılır. Toz çökeltme odasına yerleştirilen ultrasonik yayıcı, etkinliğini yüzlerce kat artırır.

Kırılgan ve ultra sert malzemelerin mekanik işlenmesi

Ultrason sayesinde malzemelerin ultra hassas şekilde işlenmesi mümkün hale geldi. Çeşitli şekillerde, matrislerde kesim yapmak, taşlamak, oymak ve hatta elmasları delmek için kullanılır.

Ultrasonun radyo elektroniğinde uygulanması

Radyo elektroniklerinde genellikle bir elektrik sinyalini başka bir sinyale göre geciktirme ihtiyacı vardır. Bu amaçla, eylemi elektriksel darbelerin ultrasonik dalgalara dönüştürülmesine dayanan ultrasonik gecikme hatları kullanılmaya başlandı. Ayrıca mekanik titreşimleri elektriksel titreşimlere dönüştürebilirler. Buna göre geciktirme hatları manyetostriktif ve piezoelektrik olabilir.

Ultrasonun tıpta kullanımı

Ultrasonik titreşimlerin tıbbi uygulamada kullanımı, ultrasonun biyolojik dokulardan geçişi sırasında biyolojik dokularda meydana gelen etkilere dayanmaktadır. Salınım hareketlerinin doku üzerinde masaj etkisi vardır ve ultrason emildiğinde lokal olarak ısıtılırlar. Aynı zamanda vücutta geri dönüşü olmayan değişikliklere neden olmayan çeşitli fiziksel ve kimyasal işlemler de gözlenir. Sonuç olarak, tüm vücudun işleyişi üzerinde faydalı bir etkiye sahip olan metabolik süreçler hızlanır.

Ultrasonun cerrahide uygulanması

Ultrasonun yoğun etkisi, ameliyatta uygulama alanı bulan güçlü ısınmaya ve kavitasyona neden olur. Operasyonlar sırasında fokal ultrason kullanılması, beyin bölgesi de dahil olmak üzere vücudun derin kısımlarında, yakındaki dokulara zarar vermeden lokal yıkıcı bir etkinin gerçekleştirilmesini mümkün kılar.

Cerrahlar çalışmalarında iğne, neşter veya testere şeklinde çalışma ucu olan aletler kullanırlar. Bu durumda cerrahın herhangi bir çaba sarf etmesine gerek kalmaz, bu da işlemin travmatik yapısını azaltır. Aynı zamanda ultrasonun analjezik ve hemostatik etkisi vardır.

Vücutta, tahribatına katkıda bulunan malign bir neoplazm tespit edildiğinde ultrasona maruz kalma reçete edilir.

Ultrasonik dalgaların antibakteriyel etkisi de vardır. Bu nedenle aletleri ve ilaçları sterilize etmek için kullanılırlar.

İç organların muayenesi

Ultrason, karın boşluğunda bulunan organların teşhis muayenesini yapmak için kullanılır. Bunun için özel bir aparat kullanılır.

Ultrason muayenesi sırasında çeşitli patolojileri ve anormal yapıları tespit etmek, iyi huylu neoplazmları kötü huylu neoplazmlardan ayırmak ve enfeksiyonu tespit etmek mümkündür.

Karaciğer teşhisinde ultrason titreşimleri kullanılır. Safra akışı hastalıklarını tanımlamanıza, safra kesesini taş ve patolojik değişiklikler açısından incelemenize, siroz ve iyi huylu karaciğer hastalıklarını tanımlamanıza olanak tanır.

Ultrason muayenesi jinekoloji alanında, özellikle rahim ve yumurtalıkların tanısında geniş uygulama alanı bulmuştur. Jinekolojik hastalıkların tespitine ve kötü huylu ve iyi huylu tümörlerin ayrımına yardımcı olur.

Ultrason dalgaları diğer iç organları incelemek için de kullanılır.

Ultrasonun diş hekimliğinde uygulanması

Diş hekimliğinde diş plağı ve tartar ultrason kullanılarak uzaklaştırılır. Bu sayede katmanlar mukoza zarına zarar vermeden hızlı ve ağrısız bir şekilde çıkarılır. Aynı zamanda ağız boşluğu dezenfekte edilir.

Ultrason………………………………………………………………………………….4

Elastik dalgalar halinde ultrason……………………………………..4

Ultrasonun spesifik özellikleri………………………………..5

Ultrason kaynakları ve alıcıları………………………………………..7

Mekanik yayıcılar……………………………………………………...7

Elektroakustik dönüştürücüler…………………………….9

Ultrason alıcıları……………………………………………………………..11

Ultrason uygulaması………………………………………………………………11

Ultrasonik temizleme……………………………………………………………11

Ultra sert ve kırılgan malzemelerin mekanik işlenmesi

malzemeler………………………………………………………13

Ultrasonik kaynak……………………………………………….14

Ultrasonik lehimleme ve kalaylama……………………………………14

Üretim süreçlerinin hızlandırılması………………..…………15

Ultrasonik kusur tespiti…………………………..…………15

Radyo elektroniklerinde ultrason………………………..…………………17

Tıpta ultrason……………………………..……………..18

Edebiyat……………………………………………………………..……………….19

Yirmi birinci yüzyıl atomun, uzay araştırmalarının, radyo elektroniğinin ve ultrasonun yüzyılıdır. Ultrason bilimi nispeten gençtir. Ultrason araştırmalarına ilişkin ilk laboratuvar çalışması, 19. yüzyılın sonunda büyük Rus fizikçi P. N. Lebedev tarafından gerçekleştirildi ve ardından birçok önde gelen bilim adamı ultrason üzerinde çalıştı.

Ultrason, parçacıkların bir ortamdaki dalga benzeri yayılan salınımlı hareketidir. Ultrason, işitilebilir aralıktaki seslerle karşılaştırıldığında bazı özelliklere sahiptir. Ultrasonik aralıkta yönlendirilmiş radyasyonu elde etmek nispeten kolaydır; odaklanmaya iyi uyum sağlar ve bunun sonucunda ultrasonik titreşimlerin yoğunluğu artar. Gazlar, sıvılar ve katılarda yayıldığında ultrason, birçoğu bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında pratik uygulama bulan ilginç olaylara yol açar.

Son yıllarda ultrason bilimsel araştırmalarda giderek daha önemli bir rol oynamaya başladı. Ultrasonik kavitasyon ve akustik akışlar alanında, sıvı fazda ultrasonun etkisi altında meydana gelen yeni teknolojik süreçlerin geliştirilmesini mümkün kılan teorik ve deneysel çalışmalar başarıyla yürütülmüştür. Şu anda, birçok kimyasal ve teknolojik süreci hızlandırmayı mümkün kılan yeni bir kimya yönü oluşturuluyor - ultrasonik kimya. Bilimsel araştırmalar, ses dalgalarının madde ile moleküler etkileşimini inceleyen yeni bir akustik dalının - moleküler akustik - ortaya çıkmasına katkıda bulundu. Ultrasonun yeni uygulama alanları ortaya çıkmıştır: intraskopi, holografi, kuantum akustiği, ultrasonik faz ölçümü, akustoelektronik.

Ultrason alanında teorik ve deneysel araştırmaların yanı sıra birçok uygulamalı çalışma yapılmıştır. Üniversal ve özel ultrasonik makineler, arttırılmış statik basınç altında çalışan tesisatlar, parçaların temizlenmesi için ultrasonik mekanize tesisatlar, artırılmış frekanslı ve yeni soğutma sistemli jeneratörler, alanı eşit dağıtılan dönüştürücüler geliştirilmiştir. Üretim hatlarına dahil edilen otomatik ultrasonik üniteler oluşturulmuş ve üretime sokularak işgücü verimliliğini önemli ölçüde artırılmıştır.

Ultrason (ABD), frekansı 15-20 kHz'i aşan elastik titreşimler ve dalgalardır. Ultrasonik frekans bölgesinin, onu işitilebilir ses bölgesinden ayıran alt sınırı, insan işitmesinin öznel özellikleri tarafından belirlenir ve işitsel algının üst sınırı her kişi için farklı olduğundan koşulludur. Ultrasonik frekansların üst sınırı, yalnızca maddi bir ortamda yayılabilen elastik dalgaların fiziksel doğasına göre belirlenir. dalga boyunun, bir gazdaki moleküllerin ortalama serbest yolundan veya sıvılar ve katılardaki atomlar arası mesafelerden önemli ölçüde daha büyük olması şartıyla. Normal basınçtaki gazlarda ultrasonik frekansların üst sınırı » 10 9 Hz'dir, sıvı ve katılarda sınır frekansı 10 12 -10 13 Hz'e ulaşır. Dalga boyuna ve frekansa bağlı olarak ultrasonun radyasyon, alım, yayılma ve uygulama gibi çeşitli spesifik özellikleri vardır, bu nedenle ultrason frekansları bölgesi üç bölgeye ayrılır:

· düşük ultrasonik frekanslar (1,5×10 4 – 10 5 Hz);

· ortalama (10 5 – 10 7 Hz);

· yüksek (10 7 – 10 9 Hz).

Frekansları 10 9 – 10 13 Hz olan elastik dalgalara genel olarak hiper ses adı verilir.

Elastik dalgalar olarak ultrason.

Ultrason dalgaları (duyulamayan ses) doğası gereği duyulabilir aralıktaki elastik dalgalardan farklı değildir. Yalnızca gazlarda ve sıvılarda dağılır boyuna dalgalarda ve katılarda - boyuna ve kesme S.

Ultrasonun yayılması, herhangi bir frekans aralığındaki akustik dalgalarda ortak olan temel yasalara uyar. Yayılmanın temel yasaları şunları içerir: çeşitli ortamların sınırlarında ses yansıması ve ses kırılması yasaları, ses kırınımı ve ses saçılımıÇevredeki engeller ve homojensizlikler ile sınırlardaki düzensizliklerin varlığında, dalga kılavuzu yayılım yasalarıçevrenin sınırlı alanlarında. Ses dalga boyu l ile geometrik boyut D - ses kaynağının boyutu veya dalga yolundaki engelin boyutu, ortamın homojensizliklerinin boyutu arasındaki ilişki önemli bir rol oynar. D>>l olduğunda, engellerin yakınında sesin yayılması esas olarak geometrik akustik yasalarına göre gerçekleşir (yansıma ve kırılma yasaları kullanılabilir). Geometrik yayılma modelinden sapma derecesi ve kırınım olayını dikkate alma ihtiyacı parametre tarafından belirlenir.

Ultrasonik dalgaların sınırsız bir ortamda yayılma hızı, ortamın esneklik özellikleri ve yoğunluğu ile belirlenir. Kapalı ortamlarda dalga yayılma hızı, sınırların varlığından ve doğasından etkilenir, bu da hızın frekansa bağımlılığına (ses hızı dağılımı) yol açar. Belirli bir yönde yayılan bir ultrasonik dalganın genliği ve yoğunluğundaki azalma, yani ses zayıflaması, herhangi bir frekanstaki dalgalarda olduğu gibi, dalga cephesinin kaynaktan uzaklığa göre sapması, saçılması ve sesin emilmesi. Hem işitilebilir hem de işitilemez aralıklardaki tüm frekanslarda, ortamın kayma viskozitesinden (iç sürtünme) kaynaklanan "klasik" emilim adı verilen olay meydana gelir. Ek olarak, genellikle “klasik” emilimi önemli ölçüde aşan ek (gevşeme) emilimi de vardır.

Ses dalgalarının önemli yoğunluğuyla doğrusal olmayan etkiler ortaya çıkar:

· süperpozisyon ilkesi ihlal edilir ve dalga etkileşimi meydana gelir, bu da tonların ortaya çıkmasına neden olur;

· Dalganın şekli değişir, spektrumu daha yüksek harmoniklerle zenginleşir ve buna bağlı olarak emilim artar;

· Sıvıda ultrason yoğunluğunun belirli bir eşik değerine ulaşıldığında kavitasyon meydana gelir (aşağıya bakın).

Doğrusal akustik yasalarının uygulanabilirliği ve doğrusal olmayan etkilerin ihmal edilme olasılığı için kriter: M<< 1, где М = v/c, v – колебательная скорость частиц в волне, с – скорость распространения волны.

M parametresine “Mach numarası” denir.

Ultrasonun fiziksel doğası ve yayılmasını belirleyen temel yasalar, herhangi bir frekans aralığındaki ses dalgalarıyla aynı olmasına rağmen, bir takım spesifik özelliklere sahiptir. Bu özellikler nispeten yüksek ultrason frekanslarından kaynaklanmaktadır.

Dalga boyunun küçüklüğü belirler radyal karakter ultrasonik dalgaların yayılması. Vericinin yakınında dalgalar, enine boyutu yayıcının boyutuna yakın kalan ışınlar şeklinde yayılır. Böyle bir ışın (ultrasonik ışın) büyük engellere çarptığında yansıma ve kırılma yaşar. Işın küçük engellere çarptığında, ortamdaki küçük homojensizliklerin (mm'nin onda biri ve yüzde biri düzeyinde) tespit edilmesini mümkün kılan dağınık bir dalga ortaya çıkar. Ultrasonun ortamın homojensizlikleri üzerine yansıması ve saçılması, optik olarak opak ortamda oluşmayı mümkün kılar ses görselleri Işık ışınları kullanılarak yapılana benzer şekilde, ses odaklama sistemlerini kullanan nesneler.

Ultrason odaklama sadece ses görüntüleri (sesli görüş ve akustik holografi sistemleri) elde etmekle kalmaz, aynı zamanda konsantre olmak ses enerjisi. Ultrasonik odaklama sistemlerini kullanarak belirli formları oluşturmak mümkündür. yönlülük özellikleri yayıcılar ve onları kontrol edin.

Ultrasonik dalganın yoğunluğundaki değişiklikle ilişkili ışık dalgalarının kırılma indisindeki periyodik değişiklik, ışığın ultrasonla kırınımı, megahertz-gigahertz aralığındaki ultrasonik frekanslarda gözlemlendi. Bu durumda ultrasonik dalga bir kırınım ızgarası olarak düşünülebilir.

Ultrasonik alandaki en önemli doğrusal olmayan etki kavitasyon– sıvı içerisinde buhar, gaz veya bunların bir karışımı ile doldurulmuş titreşen kabarcıklardan oluşan bir kütlenin ortaya çıkması. Kabarcıkların karmaşık hareketi, çökmeleri, birbirleriyle birleşmeleri vb. sıvıda sıkıştırma darbeleri (mikroşok dalgaları) ve mikro akışlar oluşturarak ortamın lokal ısınmasına ve iyonizasyona neden olur. Bu etkilerin madde üzerinde etkisi vardır: sıvının içindeki katıların tahribatı meydana gelir ( kavitasyon erozyonu), sıvının karışması meydana gelir, çeşitli fiziksel ve kimyasal işlemler başlatılır veya hızlandırılır. Kavitasyon koşullarını değiştirerek, çeşitli kavitasyon etkilerini güçlendirmek veya zayıflatmak mümkündür; örneğin, ultrasonik frekans arttıkça, mikro akışların rolü artar ve sıvıdaki basınç arttıkça kavitasyon erozyonu azalır; mikro darbe etkilerinin rolü artar. Frekanstaki bir artış, sıvının türüne, gaz içeriğine, sıcaklığına vb. bağlı olarak kavitasyonun başlangıcına karşılık gelen eşik yoğunluk değerinde bir artışa yol açar. Atmosfer basıncındaki su için bu genellikle 0,3-1,0 W/cm'dir. 2. Kavitasyon karmaşık bir olay dizisidir. Ultrasonik dalgalar, sıvı formda yüksek ve alçak basınç alanlarını değiştirerek yayılır ve yüksek sıkıştırma ve seyrekleşme bölgeleri oluşturur. Seyreltilmiş bir bölgede hidrostatik basınç, sıvının moleküllerine etki eden kuvvetlerin moleküller arası yapışma kuvvetlerinden daha büyük olacağı ölçüde azalır. Hidrostatik dengedeki keskin bir değişimin sonucu olarak sıvı "patlar" ve çok sayıda küçük gaz ve buhar kabarcıkları oluşur. Bir sonraki an, sıvıda bir yüksek basınç periyodu oluştuğunda, önceden oluşmuş kabarcıklar çöker. Kabarcıkların çökmesi sürecine, birkaç yüz atmosfere ulaşan, çok yüksek yerel anlık basınca sahip şok dalgalarının oluşumu eşlik ediyor.

Eserin metni görseller ve formüller olmadan yayınlanmaktadır.
Çalışmanın tam versiyonuna PDF formatında "Çalışma Dosyaları" sekmesinden ulaşılabilir.

Yirmi birinci yüzyıl atomun, uzay araştırmalarının, radyo elektroniğinin ve ultrasonun yüzyılıdır. Ultrason bilimi nispeten gençtir. Ultrason araştırmasına ilişkin ilk laboratuvar çalışması Rus bilim adamı P.N. 19. yüzyılın sonunda Lebedev ve ardından J.-D. Colladon, J. ve P. Curie, F. Galton.

Modern dünyada ultrason, bilimsel araştırmalarda giderek daha önemli bir rol oynamaktadır. Ultrasonik kavitasyon ve akustik akışlar alanında, sıvı fazda ultrasonun etkisi altında meydana gelen yeni teknolojik süreçlerin geliştirilmesini mümkün kılan teorik ve deneysel çalışmalar başarıyla yürütülmüştür. Şu anda, birçok kimyasal ve teknolojik süreci hızlandırmayı mümkün kılan yeni bir kimya yönü oluşturuluyor - ultrasonik kimya. Bilimsel araştırmalar, ses dalgalarının madde ile moleküler etkileşimini inceleyen yeni bir akustik dalının - moleküler akustik - ortaya çıkmasına katkıda bulundu. Ultrasonun yeni uygulama alanları ortaya çıkmıştır. Ultrason alanında teorik ve deneysel araştırmaların yanı sıra birçok uygulamalı çalışma yapılmıştır.

Hastaneyi gezerken ultrasona dayalı çalışan cihazlar gördüm. Bu tür cihazlar, insan dokularındaki maddelerin çeşitli homojenliklerini veya heterojenliklerini, beyin tümörlerini ve diğer oluşumları, beynin patolojik durumlarını tespit etmeyi ve kalp ritmini kontrol etmeyi mümkün kılar. Bu kurulumların ultrason yardımıyla nasıl çalıştığı ve genel olarak ultrasonun ne olduğu ile ilgilenmeye başladım. Okulun fizik dersinde ultrason ve özellikleri hakkında hiçbir şey söylenmiyor, bu yüzden ultrason olaylarını kendim incelemeye karar verdim.

İşin amacı: Ultrasonu inceleyin, özelliklerini deneysel olarak araştırın, ultrasonu teknolojide kullanma olanaklarını inceleyin.

Görevler:

ultrason oluşumunun nedenlerini teorik olarak düşünün;

ultrasonik çeşmeyi alın;

sudaki ultrasonik dalgaların özelliklerini keşfetmek;

farklı çözeltiler (viskoz ve viskoz olmayan) için çeşmenin yüksekliğinin çözünmüş maddenin konsantrasyonuna bağımlılığını araştırmak;

Ultrasonun teknolojideki modern uygulamalarını incelemek.

Hipotez: ultrasonik dalgalar ses dalgalarıyla aynı özelliklere sahiptir (yansıma, kırılma, girişim), ancak maddeye daha fazla nüfuz etme güçleri nedeniyle ultrasonun teknolojide uygulama olanakları daha fazladır; Çözelti konsantrasyonu (sıvı yoğunluğu) arttıkça ultrasonik çeşmenin yüksekliği azalır.

Araştırma yöntemleri:

Teorik bilgilerin analizi ve seçimi; bir araştırma hipotezi ileri sürmek; deney; hipotez testi.

II. - Teorik kısım.

1. Ultrasonun tarihçesi.

Akustiğe dikkat, önde gelen güçlerin (İngiltere ve Fransa) donanmasının ihtiyaçlarından kaynaklandı, çünkü akustik, suda uzaklara gidebilen tek sinyal türüdür. 1826'da Fransız bilim adamları J.-D. Colladon ve C.-F. Saldırı sudaki sesin hızını belirledi. Deneyleri modern hidroakustiğin doğuşu olarak kabul ediliyor. Barutun aynı anda ateşlenmesiyle Cenevre Gölü'ndeki su altı zili vuruldu. Barutun parlaması bilim adamları tarafından 10 mil mesafeden gözlemlendi. Zilin sesi de su altı işitme tüpü kullanılarak duyuldu. Bu iki olay arasındaki zaman aralığı ölçülerek ses hızının 1435 m/sn olduğu hesaplandı. Modern hesaplamalarla arasındaki fark sadece 3 m/sn'dir.

Ses ilk kez 1838 yılında ABD'de telgraf kablosu döşemek amacıyla deniz tabanının profilini belirlemek için kullanıldı. Sesin kaynağı, Colladon'un deneyinde olduğu gibi, su altında çalan bir zildi ve alıcı da geminin yan tarafına indirilen büyük işitsel tüplerdi. Deneyin sonuçları hayal kırıklığı yarattı. Zil sesi (ve barut fişeklerinin sudaki patlaması), denizin diğer sesleri arasında neredeyse duyulamayacak kadar zayıf bir yankı verdi. Yönlendirilmiş ses ışınlarının oluşturulmasına, yani ultrasona geçilmesine izin veren daha yüksek frekanslar bölgesine gitmek gerekiyordu.

İlk ultrason jeneratörü 1883 yılında İngiliz Francis Galton tarafından yapıldı. Ultrason, bıçağın ucuna üflediğinizde çıkan ıslık sesi gibi yaratıldı. Galton'un düdüğündeki böyle bir ucun rolü, keskin kenarlı bir silindir tarafından oynandı. Silindirin kenarıyla aynı çapa sahip halka şeklindeki bir ağızlıktan basınç altında çıkan hava veya başka bir gaz, kenara doğru aktı ve yüksek frekanslı salınımlar meydana geldi. Hidrojenle düdük çalarak 170 kHz'e kadar salınımlar elde etmek mümkün oldu.

1880'de Pierre ve Jacques Curie ultrason teknolojisi için belirleyici bir keşif yaptı. Curie kardeşler, kuvars kristallerine basınç uygulandığında, kristale uygulanan kuvvetle doğru orantılı bir elektrik yükünün oluştuğunu fark ettiler. Bu olguya Yunanca "basmak" anlamına gelen kelimeden "piezoelektriklik" adı verildi. Ayrıca kristale hızla değişen bir elektrik potansiyeli uygulandığında meydana gelen ve kristalin titreşmesine neden olan ters piezoelektrik etkiyi de gösterdiler. Bu titreşim ultrasonik bir frekansta meydana geldi. Artık teknik olarak küçük boyutlu ultrason yayıcı ve alıcıları üretmek mümkün.

Elektrostriksiyon olgusu (ters piezoelektrik etki), bazı su moleküllerinin amino asitlerin iyonik grupları etrafında yönlendirilmesi ve yoğun bir şekilde paketlenmesinden kaynaklanır ve buna bipolar iyon çözeltilerinin ısı kapasitesinde ve sıkıştırılabilirliğinde bir azalma eşlik eder. Elektrostriksiyon olgusu, belirli bir cismin bir elektrik alanında deformasyonundan oluşur. Elektrostriksiyon olgusu nedeniyle dielektrik içinde mekanik kuvvetler ortaya çıkar. Her ne kadar birçok dielektrikte elektrostriksiyon olayı gözlemlense de çoğu kristalde bunlar zayıf bir şekilde ifade edilir. Rochelle tuzu ve baryum titanat gibi bazı kristallerde elektrostriksiyon olgusu çok yoğundur.

III. - Pratik kısım.

Ultrasonik çeşmelerin oluşturulması.

Ultrason elde etmek için çalışmada 2 farklı ultrasonik kurulum kullanıldı: 1) okul ultrasonik kurulumu UD-1 ve 2) ultrasonik gösteri kurulumu UD-6.

Bir çeşme elde etmek için, bir mercek camı aldık ve onu yayıcının üstüne yerleştirdik, böylece camın alt kısmı ile piezoelektrik eleman arasında deneylere büyük ölçüde müdahale edecek hava kabarcıkları oluşmadı. Bunu yapmak için, cam, yayıcı kapağın alt kısmı boyunca, cam yayıcının çıkıntısına çarpana kadar hareket ettirilerek yerleştirildi. Lens camını doğru şekilde taktıktan sonra gözlem yapmaya başladık. Lens camına sıradan içme suyu döktük.

Jeneratöre şebekeden güç verildikten yaklaşık bir dakika sonra, frekans ayar düğmesi ve ayar vidaları kullanılarak ayarlanan bir ultrasonik çeşme (Ek 1, Şekil 1) gözlemlendi. Frekans ayar düğmesini çevirerek, camın kenarından su sıçramaya başlayacak yükseklikte bir çeşme elde ettik (Ek 1, Şekil 3, 12). Ayar kapasitörünü bir tornavidayla tekrar çevirdik, çeşmeyi küçülttük ve vidayı çeşmenin yeni maksimum yüksekliğine (fıskiyenin maksimum yüksekliği 13-15 cm) ayarlamaya devam ettik. Çeşmenin görünmesiyle eş zamanlı olarak su sisi ortaya çıktı. kavitasyon olgusunun sonucudur (Ek 1, Şekil 2).

Sıvı sıçraması ile çeşmedeki azalma, seviyedeki bir azalmaya bağlı olarak kaptaki sıvı seviyesi düzleminin ultrasonik merceğin odağından hareket etmesiyle açıklanmaktadır. Çeşmenin uzun süreli gözlemlenmesi için, ikincisi, fışkıran sıvının aktığı iç duvar boyunca bir cam tüp içine yerleştirildi, böylece kaptaki seviyesi değişmez. Bunu yapmak için çapı mercek kabının iç çapından (d=3 cm) daha büyük olmayan 50 cm yüksekliğinde bir tüp aldık. Cam tüp kullanıldığında, tüpün iç duvarına sıçraması nedeniyle sıvı seviyesini korumak için camın üst kenarının 5 mm altından lens camına sıvı döküldü (Ek 1, Şekil 4, 5, 6) .

Ultrason Özelliklerinin Gözlemlenmesi .

Dalgaların yansımasını sağlamak için üzerine gliserin ve su dökülen bir küvete düz metal bir plaka yerleştirildi ve su yüzeyine 45 0 açıyla yerleştirildi. Jeneratörü açtık ve dalgaların yerleştirilen plakadan ve küvet duvarından yansıması sonucu elde edilen duran dalgaların oluşumunu sağladık (Ek 1, Şekil 10). Bu deneyde eş zamanlı olarak dalga girişimi gözlendi (Ek 1, Şekil 8, 9). Tamamen aynı deneyi yaptık, ancak suyla güçlü bir potasyum permanganat çözeltisi (Ek 1, Şekil 11), ardından üstüne gliserin ve su döktük. Bu deneyde dalga kırılması da sağlandı: ultrasonik dalgalar iki sıvının arayüzünden geçtiğinde, gliserinde duran dalganın uzunluğunda bir değişiklik gözlendi; dalgası sudan daha büyüktü ve içinde çözünmüş manganez vardı. bu sıvılarda ultrasonun yayılma hızındaki farkla açıklanmaktadır. Parçacık pıhtılaşması olgusu da elde edilmiştir: temiz su içeren bir küvete nişasta eklenmiştir ve iyice karıştırılmıştır; Jeneratörü açtıktan sonra parçacıkların duran dalgaların düğümlerinde nasıl toplandığını ve jeneratörü kapattıktan sonra aşağıya düşerek suyu arındırdığını gördük. Böylece bu deneylerde parçacıkların yansımasını, kırılmasını, ultrason girişimini ve pıhtılaşmasını gözlemledik.

Çeşmenin yüksekliğinin çözünen molekülün boyutuna ve çözelti türüne bağımlılığının gözlemlenmesi.

Ultrasonik çeşmenin yüksekliğinin sıvının yoğunluğuna (çözeltinin konsantrasyonu) ve molekül boyutuna bağlı olduğu hipotezini test ettik. Bunun için içerisinde farklı moleküler büyüklükteki maddeler (nişasta, şeker, yumurta akı) çözülerek yoğunluk değiştirildi.

Çeşmenin yüksekliğinin çözeltinin yoğunluğuna ve çözünen molekülün boyutuna nasıl bağlı olduğunu bulmak için aşağıdaki deneyler yapıldı. Sabit frekans, voltaj ve sıvı hacminde (25 ml), içinde çözünmüş nişasta, şeker ve yumurta akı ile suyu ultrasonla ışınladım. Her madde için 4 deney yaptım, sonraki her deneyde maddelerin konsantrasyonunu 2 kat azalttım, yani. ikinci deneyde konsantrasyon 2 kat daha düşük, üçüncü deneyde - 4 kat daha düşük, dördüncüde - 8 kat daha düşük. Tüm gözlemler kaydedildi ve yukarıdaki tabloda sunuldu. Ekte ayrıca madde konsantrasyonunun nasıl azaldığını açıkça gösteren bir diyagram da bulunmaktadır (Ek 2, diyagram 1).

Böylece çeşmenin yüksekliğinin madde konsantrasyonuna bağımlılığını elde ettik (Ek 2, Diyagram 2), yumurta akı ve nişasta ile yapılan deneylerde çeşmenin yüksekliği artarken, şeker ile yapılan deneylerde azaldı.

Bu, nişasta ve protein moleküllerinin biyolojik polimerler (HMC'ler yüksek molekül ağırlıklı bileşiklerdir) olmasıyla açıklanmaktadır. Suda çözündüklerinde yüksek viskoziteye sahip kolloidal çözeltiler oluştururlar (kolloidal parçacığın çapı 1-100 nm'dir). Çok sayıda hidrokso grubunun (-OH) varlığı nedeniyle, bu tür maddelerin moleküllerinde (su ve nişasta molekülleri, su ve protein arasında) hidrojen bağları oluşur ve bu, parçacıkların daha düzgün bir şekilde dağılmasına katkıda bulunur. Dalga iletimini olumsuz yönde etkileyen çözüm.

Şeker bir dimerdir (C12H22O11)n, çözünmesi gerçek bir çözeltinin oluşmasına yol açar (çözünen parçacıkların boyutu, çözücü moleküllerin boyutuyla karşılaştırılabilir), viskoz olmayan, yüksek nüfuz etme yeteneği sayesinde bu çözüm yapısı, dalga enerjisinin daha güçlü bir şekilde aktarılmasına katkıda bulunur.

Böylece, viskoz sıvılar için çözelti konsantrasyonunun artmasıyla ultrasonik çeşmenin yüksekliği azalır ve viskoz olmayan sıvılar için çözelti konsantrasyonunun artmasıyla ultrasonik çeşmenin yüksekliği artar.

IV. -Ultrason teknik uygulamaları.

Ultrasonun çeşitli uygulamaları üç alana ayrılabilir:

bir madde hakkında bilgi edinmek;

madde üzerindeki etki;

Sinyal işleme ve iletim.

Akustik dalgaların yayılma ve zayıflama hızının maddenin özelliklerine ve bunlarda meydana gelen süreçlere bağımlılığı aşağıdaki çalışmalarda kullanılmaktadır:

gazlar, sıvılar ve polimerlerdeki moleküler süreçlerin incelenmesi;

kristallerin ve diğer katıların yapısının incelenmesi;

kimyasal reaksiyonların, faz geçişlerinin, polimerizasyonun vb. kontrolü;

çözeltilerin konsantrasyonunun belirlenmesi;

mukavemet özelliklerinin ve malzemelerin bileşiminin belirlenmesi;

safsızlıkların varlığının belirlenmesi;

Sıvı ve gaz akış hızının belirlenmesi.

Bir maddenin moleküler yapısı hakkında bilgi, içindeki sesin hızı ve soğurma katsayısı ölçülerek elde edilir. Bu, hamur ve sıvılardaki çözeltilerin ve süspansiyonların konsantrasyonunu ölçmenize, ekstraksiyon sürecini, polimerizasyonu, yaşlanmayı ve kimyasal reaksiyonların kinetiğini izlemenize olanak tanır. Ultrason kullanarak maddelerin bileşimini ve yabancı maddelerin varlığını belirlemenin doğruluğu çok yüksektir ve yüzde bir kesir kadardır.

Katılarda ses hızının ölçülmesi, yapı malzemelerinin elastiklik ve mukavemet özelliklerinin belirlenmesini mümkün kılar. Gücü belirlemenin bu dolaylı yöntemi, basitliği ve gerçek koşullarda kullanım olasılığı nedeniyle uygundur.

Ultrasonik gaz analizörleri, tehlikeli yabancı maddelerin birikimini izler. Ultrasonik hızın sıcaklığa bağımlılığı, gazların ve sıvıların temassız termometresi için kullanılır.

K. Doppler etkisine göre çalışan ultrasonik akış ölçerler, homojen olmayanlar (emülsiyonlar, süspansiyonlar, hamurlar) dahil olmak üzere hareketli sıvı ve gazlardaki ses hızının ölçülmesine dayanır. Klinik çalışmalarda da kanın hızını ve akış hızını belirlemek için benzer ekipmanlar kullanılmaktadır.

Büyük bir grup ölçüm yöntemi, ultrason dalgalarının ortamlar arasındaki sınırlarda yansımasına ve saçılmasına dayanmaktadır. Bu yöntemler, ortamdaki yabancı cisimlerin yerini doğru bir şekilde belirlemenizi sağlar ve aşağıdaki gibi alanlarda kullanılır:

sonar;

tahribatsız muayene ve kusur tespiti;

tıbbi teşhis;

kapalı kaplardaki sıvıların ve granül katıların seviyelerinin belirlenmesi;

ürün boyutlarının belirlenmesi;

ses alanlarının görselleştirilmesi - ses görüşü ve akustik holografi.

Yansıma, kırılma ve ultrasona odaklanma yeteneği, ultrasonik kusur tespitinde, ultrasonik akustik mikroskoplarda, tıbbi teşhiste ve maddenin makro-homojenliklerini incelemek için kullanılır. Homojenliklerin varlığı ve koordinatları yansıyan sinyaller veya gölgenin yapısı tarafından belirlenir.

Rezonans salınımlı bir sistemin parametrelerinin, onu yükleyen ortamın özelliklerine (empedans) bağımlılığına dayanan ölçüm yöntemleri, sıvıların viskozitesinin ve yoğunluğunun sürekli ölçümü ve yalnızca erişilebilen parçaların kalınlığının ölçülmesi için kullanılır. bir taraftan. Aynı prensip ultrasonik sertlik test cihazlarının, seviye göstergelerinin ve seviye anahtarlarının temelini oluşturur. Ultrasonik test yöntemlerinin avantajları: kısa ölçüm süresi, patlayıcı, agresif ve toksik ortamları kontrol edebilme yeteneği, cihazın kontrol edilen ortam ve süreçler üzerinde etkisinin olmaması.

V. - Sonuç:

Araştırma çalışması sürecinde ultrason oluşumunun nedenlerini teorik olarak inceledim; teknolojide ultrasonun modern uygulamalarını inceledi: ultrason, bir maddenin moleküler yapısını bulmanızı, yapısal malzemelerin elastik ve mukavemet özelliklerini belirlemenizi ve tehlikeli yabancı maddelerin birikme süreçlerini izlemenizi sağlar; Ultrasonik kusur tespitinde, ultrasonik akustik mikroskoplarda, tıbbi teşhislerde, bir maddenin makro-homojenliklerinin incelenmesinde, sıvıların viskozitesinin ve yoğunluğunun sürekli ölçümünde, yalnızca bir taraftan erişilebilen parçaların kalınlığının ölçülmesinde kullanılır. Deneysel olarak ultrasonik bir çeşme elde ettim: Çeşmenin maksimum yüksekliğinin 13-15 cm olduğunu buldum (bardaktaki su seviyesine, ultrason frekansına, çözelti konsantrasyonuna, çözelti viskozitesine bağlı olarak). Sudaki ultrasonik dalgaların özelliklerini deneysel olarak inceledi: bir ultrasonik dalganın özelliklerinin bir ses dalgasınınkilerle aynı olduğunu belirledi, ancak yüksek ultrason frekansı nedeniyle tüm işlemler, suyun derinliğine daha fazla nüfuz ederek gerçekleşir. madde.

Deneyler, çözeltilerin konsantrasyon, yoğunluk, şeffaflık ve çözünmüş parçacıkların boyutu gibi özelliklerini incelemek için ultrasonik bir çeşmenin kullanılabileceğini kanıtladı. Bu araştırma yöntemi, uygulama hızı ve kolaylığı, araştırmanın doğruluğu ve farklı çözümleri kolayca karşılaştırabilme yeteneği ile öne çıkıyor. Bu tür çalışmalar çevresel izlemenin yürütülmesiyle ilgilidir. Örneğin, Olenegorsk şehrinde çeşitli derinliklerdeki maden atıklarının bileşimini incelerken veya atık su arıtma tesislerinde suyun izlenmesi için.

Böylece, ultrasonik dalgaların ses dalgalarıyla aynı özelliklere (yansıma, kırılma, girişim) sahip olduğu, ancak maddeye daha fazla nüfuz etme güçleri nedeniyle ultrasonun teknolojide uygulama için daha fazla olasılığa sahip olduğu hipotezimi doğruladım. Ultrasonik çeşmenin yüksekliğinin sıvının yoğunluğuna bağlı olduğu hipotezi kısmen doğrulandı: çözünmüş maddenin konsantrasyonu değiştiğinde, yoğunluk değişir ve çeşmenin yüksekliği değişir, ancak ultrasonik dalga enerjisinin aktarımı bağlıdır çözeltinin viskozitesine büyük ölçüde bağlı olduğundan, farklı sıvılar için (viskoz ve viskoz olmayan), çeşmenin yüksekliğinin konsantrasyonlara bağımlılığının farklı olduğu ortaya çıktı.

VI. - Kaynakça:

Myasnikov L.L. Duyulamayan ses. Leningrad "Gemi İnşası", 1967. 140 s.

Pasaport Ultrasonik gösteri ünitesi UD-76 3.836.000 PS

Khorbenko I.G. Ses, ultrason, infrason. M., “Bilgi”, 1978. 160 s. (Bilim ve İlerleme)

Ek 1

Ek 2

Diyagram 1