Ultrazvuk a defektoskopia

Ultrazvuk – Niektoré zvieratá môžu vnímať aj ultrazvuk, napríklad pes počuje ultrazvukovú píšťalku. Zdrojom ultrazvuku sú ultrazvukové generátory, ktoré sú založené na piezoelektrickom alebo magnetostrikčnom jave. Niektoré zvieratá majú vlastné ultrazvukové zariadenie. Ultrazvuk sa využíva v množstve odborov vedy a techniky. Pri ultrazvukovej defektopií sa ultrazvuk využíva na odhaľovanie skrytých puklín, dutín, trhlín v materiáloch. Ultrazvuk sa používa takisto v lekárstve na snímanie pacientov. Ultrazvukové vlny sa odrazia od vnútornosti človeka a vrátia sa späť a tým vytvárajú obraz na monitore čím dlhšie trvá ultrazvukovej vlne kým sa vráti tým ďalej sa nachádza prekážka od ktorej sa odrazila z tohto posunu času dokáže prístroje presne zobraziť tvary vnútorností. Vlnové dĺžky ultrazvuku sú omnoho menšie ako vlnové dĺžky počuteľných zvukov. Napríklad pre frekvenciu 100kHz je vlnová dĺžka 3,4mm. Ultrazvukové vlnenie sa šíri priamočiaro ktoré sa môžu lámať, odrážať a sústreďovať do ohniska. Toto je možné využiť pri obrábaní tvrdých materiálov. Na odraze ultrazvuku je založený lodný sonar. Sonarom sa meria hĺbka mora, na určovanie polohy ľadovcov, ťahu rýb a podobne.

Ponorky sa pomocou sonaru pri potopení vo veľkých hĺbkach orientujú funguje na podobnom princípe ako pri ultrazvuku ktorý sa používa na vyšetrenie pacientov v zdravotníctve. Intenzita ultrazvukových vĺn je v podstate väčšia ako intenzita počuteľného zvuku. Pri prechode ultrazvukovej vlny prostredím nastáva tlaková zmena väčšia ako 105 Pa. Ultrazvukom je možné prenášať energiu, a tak časticiam prostredia udeľovať značné zrýchlenie. Z tohto dôvodu sa môže ultrazvuk používať na tvorbu emulzií (zmieňanie nezlučiteľných častíc ako voda a olej), na urýchlenie rozpúšťania častíc tento spôsob čistenia s využíva v zlatníctve na čistenie šperkov alebo v optike na čistenie skiel, na urýchľovanie chemických reakcií, na urýchlenie procesov založených na vnikaní kvapaliny do pórovitej látky (farbenie látok). Ultrazvukom sa však aj spájajú drobné telieska ktoré obsahuje vzduch a plyn (častice prachu a dymu) do väčších celkov, a tie potom klesajú k zemi. Ultrazvuk odstraňuje ťažkosti pri spájkovaní niektorých kovov napríklad hliníka , pretože odstraňuje z hliníka z oxidovanú povrchovú vrstvu oxidu hlinitého, a tým umožnuje dokonalý kontakt kovu so spájkovačkou. Ultrazvukové vlny pri vhodnej voľbe ožarovanej doby dokonca podporujú klíčenie a rast poľnohospodárskych plodín. Na živočích naopak ultrazvu pôsobí nepriaznivo najme pri veľkej intenzite.

ULTRAZVUK

Vznik, vlastnosti a použitie ultrazvuku

Podľa všeobecného zvyku sa zvukom nazýva len také vlnenie hmotného prostredia, o ktorom sa môžeme presvedčiť sluchom, takže vlnenie v rozsahu frekvencie 16 – 20 000 Hz., pričom tieto hranice sú do istej miery individuálne. S ohľadom na túto okolnosť ( a podľa analogie s názvom vlnenie v optike ) sa vlnenie akéhokoľvek hmotného prostredia s frekvenciou menšou ako 16 Hz. Sa nazýva infrazvuk a vlnenie s frekvenciou väčšou ako približne 20 000 Hz. ultrazvuk. Prakticky zaujímavým javom je hlavne vlnenie ultrazvukové ( nadzvukové ).

Ultrazvuk

Ultrazvuk sa od obyčajného zvuku líši len svojou vysokou frekvenciou. Jeho pomerne príliš vysoká hodnota je príčinou, že sa ako zdroje ultrazvuku obyčajne používajú špeciálne prístroje a zariadenia. Z čisto mechanických zdrojov ultrazvuku sú to najmä: špeciálne skonštruovaná kovová uzavretá píšťala veľmi malých rozmerov, tzv. Galtonova píšťala, a na podobnom princípe založený Hartmanov akustický generátor, v ktorom prúd vzduchu unikajúci z kužeľovej trubice naráža na valcový rezonátor. Pomocou Hartmanového generátora je možné získať ultrazvuk s frekvenciou 130 kHz. A pri použití vodíka až 500 kHz. Pri pokusoch s ultrazvukom a pri jeho praktickom používaní sú zdroje ultrazvuku najčastejšie piezoelektrické alebo magnetostrikčné ultrazvukové generátory, ktoré sú o mnoho lepšie ovládateľné ako generátory mechanické.

Pretože sú ultrazvukové vlny veľmi krátke, ultrazvuk sa šíri prostredím prakticky priamočiaro a pri odraze od prekážok platí zákon odrazu. Jeho inou významnou vlastnosťou je, že na rozdiel od obyčajného zvukového vlnenia je ultrazvuk vo vzduchu a iných plynov značne absorbovaný, a to tým viac, čím je jeho vlnová dlžka menšia. Oproti tomu v kvapalinách, napríklad vo vode, sa ultrazvukové vlnenie môže rozšíriť i do veľmi veľkých vzdialeností. Túto vlastnosť ultrazvuku dobre vyjadrujú hlbky x vzduchové a vodné vrstvy, potrebné k zoslabeniu intenzity ultrazvuku na polovicu, uvedené v tabuľke.
ProstredieV =        10           100        500         1000 Hz
VzduchX =         220 mm  220 cm    4,8 cm        2,2 cm
VodaX =            400 km      4 km   100 m         40 m

Vrstvy zoslabujúce intenzitu ultrazvuku na polovicu.

DEFEKTOSKOPIA

Ultrazvuk sa v praktickom živote využíva pre svoje významné vlastnosti rôznymi spôsobmi. Jeho malá vsiakateľnosť vo vode umožňuje veľmi rýchlo a pohodlne merať napríklad hlbky morí, tzv. metodou ozveny ultrazvuku.

Zdroj ultrazvuku upevnený na lodi pod vodnou hladinou vysiela veľmi krátke ultrazvukové impulzy, ktoré sa po odraze od dna mora vracajú a účinkujú na prijímač ultrazvuku. Ak medzi vysielaním a zachytením ozveny ultrazvukového signálu uplynul čas a rýchlosť zvuku vo vode je delta v, potom hlbku mora určuje vzorec

h = 0,5v. delta t

Odraz ultrazvuku na rozhraní dvoch hmotných prostredí sa využíva i k hľadaniu kazov v kovových výrobkoch ( tzv. ultrazvuková defektoskopia )

Rýchle zmeny tlaku v kvapalinách, ktorými sa ultrazvuk šíri, vyvolávajú kmitavý pohyb častíc, ktoré sa v nich vznášajú. Ultrazvuk sa dá týmto spôsobom podporovať homogenizáciou heterogenných sústav, tj. vytvárať veľmi jemné disperzné (rozptýlené ) sústavy, akými sú suspenzia, emulzia, pena, koloidné roztoky. Ultrazvuk účinkuje i na väčšie molekuly a podporuje ich chemickú reakciu. Využívaním tohto účinku sa zaoberá odbor chémie, ktorý sa nazýva fonochémia.