Понятия обратимых и необратимых процессов 12 глава
Для плоской волны ρс называют волновым сопротивлением, которое определяет условие отражения и преломления ультразвуковых волн на границе раздела двух сред.
Затухание ультразвука определяется не только его поглощением, но и отражением на границе двух сред, которое характеризуется акустическим сопротивлением. Этот факт имеет большое значение при распространении ультразвука в живых организмах, ткани которых обладают самым различным акустическим сопротивлением (мышца, надкостница, кость). На границе воздух-ткань происходит почти полное отражение ультразвука. Это создает трудности при ультразвуковой терапии. Слой воздуха всего в 0,01 мм между вибратором и кожей является непреодолимым препятствием для ультразвука. В качестве контактных веществ обычно используют вазелиновое масло, глицерин, ланолин.
Для получения ультразвука используют механические и электромеханические генераторы. К механическим генераторам относят газоструйные излучатели и сирены, которые создают ультразвук частотой 500 кГц. К электрическим относятся пьезопреобразователи и магнитострикционные преобразователи, дающие частоту 100 кГц.
Для медицинских целей используют генераторы мощностью 10-20 Вт.
7.5. Взаимодействие ультразвука с веществом
Звуковая волна, распространясь в среде, несет с собой определенную энергию. Количество энергии, переносимое звуковой волной за 1 секунду через площадку 1 см2 перпендикулярно к направлению распространения, называется силой звука или интенсивностью. Для плоской бегущей волны интенсивность определяется как:
.(7.17)
Учитывая формулы (6.4) и (6.15), получим
.
Силу звука измеряют в ваттах на квадратный сантиметр (1 Вт/см2=107 эрг/(с·см2)).
Из формулы (7.17) следует
или . (7.18)
Акустическое давление в воде, облученной ультразвуком ν=500 кГц и I=108 эрг/(с·см2) будет равно 5,4 атм.
Так как , то можно рассчитать амплитуду колебаний
см. (7.19)
Найдем амплитуду ускоренных частиц:
см/с2. (7.20)
Таким образом, максимальное ускорение колеблющихся частиц в 100000 раз больше, чем при действии силы тяжести. При распространении ультразвука возникают растягивающие силы, которые могут привести к разрыву жидкости и образованию пузырьков, заполненных паром этой жидкости. Такое явление называется кавитацией. Для чистой воды порог кавитации Pk=1,5·108 Па=1500 атм. Захлопывание кавитационных пузырьков сопровождается сильным нагревом их содержимого. Вещество в кавитационной области подвергается сильным воздействиям.
При интенсивности меньше 3000 Вт/м2 в жидкости могут возникать ультразвуковые потоки или "звуковой ветер", скорость которого достигает десятков метров в секунду.
Если в жидкости находятся частицы, которые обладают противоположными электрическими зарядами и разными массами, то в ультразвуковой волне эти частицы будут отклоняться от положения равновесия, и в поле волны возникнет переменная разность потенциалов - эффект Дебая. При больших разницах в массах потенциал Дебая может достигнуть десятков и сотен мегавольт. В УЗ-поле могут протекать как окислительные, так и восстановительные процессы. Одной из характерных реакций является расщепления молекул воды на радикалы H+ и ОН- с последующим образованием перекиси водорода Н2О2.
Дата добавления: 2020-11-18; просмотров: 243;