Transcript Ultradźwięki

ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Dźwięk
1
Fale dźwiękowe należą do fal mechanicznych, sprężystych
Fale poprzeczne i podłużne
Właściwości fal podłużnych
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Prędkość dźwięku
Prędkość rozchodzenia się fal dźwiękowych
Zależność od częstotliwości
2
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Podział dźwięków
3
Podział dźwięków ze względu na ich częstotliwość
Dźwięki o częstotliwościach poniżej 16 Hz to infradźwięki
Dźwięki z zakresu 16 Hz - 20 kHz to zakres słyszalny
przez człowieka
Ultradźwięki to fale akustyczne o częstotliwościach
wyższych od 20 kHz i dochodzących do wielu MHz
Dźwięki o częstotliwościach wyższych od 10 MHz to
hiperdźwięki
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Właściwości ultradźwięków
Ultradźwięki - długość fali
l=Vt
=VT
=V/f
W powietrzu:
W wodzie:
20 kHz   = 1.72 cm
350 kHz   = 0.98 mm
5 MHz   = 0.069 mm
20 kHz   = 7.49 cm
350 kHz   = 4.27 mm
5 MHz   = 0.30 mm
Porównanie z dźwiękami słyszalnymi
Słabiej ulegają ugięciu i rozproszeniu, rozchodzą się
w większym stopniu prostoliniowo
(podobieństwo do światła)
Łatwiej wytwarzać ukierunkowane wiązki
Łatwiej generować ultradźwięki o dużym natężeniu
Nie są słyszalne ...
4
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Ultradźwięki w przyrodzie
5
Szerszy zakres częstotliwości dźwięków słyszanych przez
niektóre zwierzęta (np. psy)
Aktywna echolokacja (nietoperze, ssaki morskie)
Ultradźwięki towarzyszą również przyrodzie nieożywionej
(fale morskie, wiatr, wyładowania atmosferyczne itp.)
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Wytwarzanie ultradźwięków
Piszczałka Galtona (1883)
Możliwość regulacji częstotliwości
Tylko do około 30 kHz
Niewielkie natężenie dźwięku
Syrena
Możliwość regulacji częstotliwości
Duże natężenie dźwięku
Działa w gazach i w cieczach
Gwizdek wodny
Brak regulacji częstotliwości
Prosta budowa,
brak ruchomych części
Stosowany do wytwarzania
emulsji i do homogenizacji
6
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Wytwarzanie ultradźwięków
Przetwornik magnetostrykcyjny
Można uzyskać wysoką moc
fal ultradźwiękowych
Trwała, odporna konstrukcja
Częstotliwości - do 100 kHz
Duże straty energii (> 40%)
wydziela się ciepło,
konieczne chłodzenie
7
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Wytwarzanie ultradźwięków
Efekt piezoelektryczny
Odwrotny efekt piezoelektryczny
8
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Wytwarzanie ultradźwięków
Przetwornik piezoelektryczny
Szeroki zakres częstotliwości
(częstotliwość rezonansowa
zależy od grubości płytki)
Materiał - kwarc, BaTiO3,
PbNb2O6, inne
Mogą występować efekty
starzenia
9
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Zastosowania ultradźwięków
10
Zastosowania ultradźwięków
Echolokacja (nawigacja, badania oceanograficzne, technika
wojskowa, rybołówstwo)
Badania materiałów (nieniszczące badania defektoskopowe)
Diagnostyka medyczna (USG, 3-D USG, Doppler)
Terapia ultradźwiękowa (laryngologia, stomatologia, onkologia)
Oczyszczanie wody i ścieków
Niszczenie komórek (biologia, medycyna, higienizacja wody)
Oczyszczanie powierzchni
Mieszanie, emulgowanie, usuwanie gazów z cieczy
Spawanie ultradźwiękowe (tworzywa sztuczne, metale)
Mikroskopia ultradźwiękowa
Kryminalistyka/systemy zabezpieczeń (np. daktyloskopia)
Inicjowanie procesów fizykochemicznych
Sonochemia
Badania naukowe (akustyka, struktura materii, luminescencja,
reakcje mechanochemiczne i rodnikowe ....)
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Zastosowania ultradźwięków
Echolokacja
nawigacja,
bezpieczeństwo żeglugi
badania oceanograficzne
rybołówstwo
technika wojskowa
11
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Zastosowania ultradźwięków
Badania defektoskopowe
Częstotliwość powyżej 0.5 MHz
(długość fali powinna być mniejsza
od wykrywanych niejednorodności)
Badanie nieniszczące,
niepotrzebny dostęp z obu stron
obiektu
Badania szyn kolejowych z
szybkością do 70 km/h
12
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Zastosowania ultradźwięków
Badania defektoskopowe
13
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Zastosowania ultradźwięków
Badania ultrasonograficzne
Krótkie impulsy ultradźwięków
Częstotliwość: 1 - 5 MHz
Bez potencjalnie szkodliwego
promieniowania jonizującego
Czy zupełnie nieszkodliwe ?
14
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Zastosowania ultradźwięków
15
Badania ultrasonograficzne
Od około 2 lat - obrazy trójwymiarowe (komputerowa obróbka
wielu obrazów dwuwymiarowych)
Badania i obrazowanie szybkości przepływu krwi metodą
Dopplera
Terapia ultradźwiękowa
Laryngologia - np. upłynnianie treści zatok efekt cieplny oraz degradacja biopolimerów
Usuwanie kamienia nazębnego - efekt mechaniczny
Niszczenie tkanki nowotworowej (silny efekt cieplny i
degradacja biopolimerów), rodniki, efekt sonodynamiczny
Kontrolowane uwalnianie i transport leków
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Zastosowania ultradźwięków
Wybrane zastosowania techniczne
Oczyszczanie powierzchni
Mieszanie
Emulgowanie
Odgazowywanie
Krystalizacja
16
ULTRADŹWIĘKI
Sonochemia
Zastosowania ultradźwięków
17
Zastosowanie ultradźwięków w ochronie środowiska
Oczyszczanie wody
Oczyszczanie ścieków