超聲波是什么？
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2011-11-30 0:50:00
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超聲波是什么？
超聲
ultrasonic(ultrasound)
聲音是與人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲的頻率高到超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率極限(根據(jù)大量調(diào)查，取整數(shù)20000赫)時(shí)，
人們就覺(jué)察不出聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。
超聲波的特點(diǎn)
束射特性
由于超聲波的波長(zhǎng)短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且．遵守幾何光學(xué)上的定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時(shí)，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過(guò)一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射，也就是要改變它的傳插方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大，則折射也愈大。
吸收特性
聲波在各種物質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，強(qiáng)度會(huì)漸進(jìn)減弱，這是因?yàn)槲镔|(zhì)要吸收掉它的能量。
對(duì)于同一物質(zhì)，聲波的頻率越高，吸收越強(qiáng)。
對(duì)于一個(gè)頻率一定的聲波，在氣體中傳播時(shí)吸收最歷害，在液體中傳播時(shí)吸收比較弱，在固體中傳播時(shí)吸收最小。
超聲波的能量傳遞特性
超聲波所以往各個(gè)工業(yè)部門中有廣泛的應(yīng)用，主要之點(diǎn)還在于比聲波具有強(qiáng)大得多的功率。為什么有強(qiáng)大的功率呢?因?yàn)楫?dāng)聲波到達(dá)某一物資中時(shí)，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也跟著振動(dòng)，振動(dòng)的頻率和聲波頻率—樣，分子振動(dòng)的頻率決定了分子振動(dòng)的速度。頻率愈高速度愈大。物資分子由于振動(dòng)所獲得的能量除了與分子的質(zhì)量有關(guān)外，是由分子的振動(dòng)速度的平方?jīng)Q定的,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量、超聲波的頻率比聲波可以高很多，所以它可以使物資分子獲得很大的能量；換句話說(shuō)，超聲波本身可以供給物質(zhì)足夠大的功率。
超聲波的聲壓特性
當(dāng)聲波通入某物體時(shí),由于聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動(dòng)引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。
由于超聲波所具有的能量很大，就有可能使物質(zhì)分子產(chǎn)生顯諸的聲壓作用、例如當(dāng)水中通過(guò)一般強(qiáng)度的超聲波時(shí)，產(chǎn)生的附加壓力可以達(dá)到好幾個(gè)大氣壓力。液體中存起著如此巨大的聲壓作用，就會(huì)引起值得注意的現(xiàn)象。當(dāng)超聲波振動(dòng)使液體分子壓縮時(shí)，好象分子受到來(lái)直四面八方的壓力；當(dāng)超聲波振動(dòng)使液體分子稀疏時(shí)，好象受到向外散開(kāi)的拉力，對(duì)于液體，它們比較受得住附加壓力的作用，所以在受到壓縮力的時(shí)候；不大會(huì)產(chǎn)生反常情形。但是在拉力的作用下，液體就會(huì)支持不了,在拉力集中的 地方，液體就會(huì)斷裂開(kāi)來(lái)，這種斷裂作用特別容易發(fā)生在液體中存在雜質(zhì)或氣泡的地方，因?yàn)檫@些地方液體的強(qiáng)度特別低，也就特別經(jīng)受不起幾倍于大氣壓力的拉力作用。由于發(fā)生斷裂的結(jié)果，液體中會(huì)產(chǎn)生許多氣泡狀的小空腔，這種空泡存在的時(shí)間很短，一瞬時(shí)就會(huì)閉合起來(lái)?？涨婚]合的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很大的瞬時(shí)壓力，一般可以達(dá)到幾千甚至幾萬(wàn)個(gè)大氣壓力。液體在這種強(qiáng)大的瞬時(shí)壓力作用下，溫度會(huì)驟然增高。斷裂作用所引起的互大瞬時(shí)壓力，可以使浮懸在液體中的固體表面受到急劇破壞。我們常稱之為空化現(xiàn)象。
超聲波的應(yīng)用具有以下的特點(diǎn)：
1. 超聲波具有較好的指向性——頻率越高，指向性越強(qiáng)。這在諸如探傷和水下聲通訊等應(yīng)用場(chǎng)合是主要的考慮因素。
2. 頻率高時(shí)，相應(yīng)地波長(zhǎng)將變短，因而波長(zhǎng)可與傳播超聲波的試樣材料的尺寸相比擬，甚至波長(zhǎng)可遠(yuǎn)小于試樣材料的尺寸．這在厚度尺寸很小的測(cè)量應(yīng)用中以及在高分辨率的探傷應(yīng)用中是非常重要的。
3. 超聲波用起來(lái)很安靜，人們聽(tīng)不到它。這一點(diǎn)在高強(qiáng)度工作場(chǎng)合尤為重要。這些高強(qiáng)度的工作用可聞?lì)l率的聲波來(lái)完成時(shí)往往更有效，然而遺憾的是，可聞聲波工作時(shí)所產(chǎn)生的噪聲令人難以忍受，有時(shí)甚至是對(duì)人體有害的。
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