MATERIAŁY POMOCNICZE DO WYKŁADU Z PODSTAW ZASTOSOWAŃ ULTRADŹWIĘKÓW W MEDYCYNIE (wyłącznie do celów dydaktycznych zakaz rozpowszechniania)

Transkrypt

1 1 MATERIAŁY POMOCNICZE DO WYKŁADU Z PODSTAW ZASTOSOWAŃ ULTRADŹWIĘKÓW W MEDYCYNIE (wyłącznie do celów dydaktycznych zakaz rozowszechniania) 3. Przenikanie ultradźwięków rzez ośrodki warstwowe. Fala stojąca. Systeatyka zjawisk. Ciśnienie roieniowania. Kawitacja. **************************************************************** S-3. Przenikanie ultradźwięków rzez ośrodki warstwowe (Talarczyk E. Podstawy techniki ultradźwięków, Alitudowe ws. odbicia i rzenikania d wtedy : 1 n czyli d n 1 4 R 1 R1 d Z1 1c1 gdzie Z c 4 ctg 1 1 d dla ctg 0 1 dla n 0,1,,... ax d Dax 1 dla Rin dla ctg d wtedy : n czyli d n dla n 0,1,,... ====== S4. Przenikanie ultradźwięków rzez ośrodki warstwowe (Talarczyk E. Podstawy techniki ultradźwięków, =====

2 S5-6. Przenikanie ultradźwięków rzez ośrodki warstwowe (Talarczyk E. Podstawy techniki ultradźwięków, 3 środowiska 8 Zi ici D gdzie ik 4 d Zk kck cos Z Z Z lub Z Z Z D 4 dla d ax n 1 ZZ 1 3 Z 4 Z Z Z Z1 Z Z3 lub Z1 Z Z3 413 Dax dla d n ====== S7. Fale stojące (Obraz J., Ultradźwięki w technice oiarowej, WNT, Warszawa, 1983) P sin t l c v e e e P sin t l c v r r r Obie fale interferują ze sobą. Powstaje ole o nierównoierny rozkładzie ciśnienia: - suowanie ciśnień w zgodnej fazie (aksia), - odejowanie ciśnień w fazie rzeciwnej (inia), - aksia i inia wystęują w tych saych iejscach: owstaje fala stojąca. Gdy R < 1 część energii rzechodzi rzez rzeszkodę (fala stojąca + biegnąca) Gdy R = 1 tylko fala stojąca ======

3 3 S8. Fale stojące (Obraz J., Ultradźwięki w technice oiarowej, WNT, Warszawa, 1983) c c R R 1 1 D 1 D 0 1 W głąb rzeszkody doskonale sztywnej wnika fala ciśnienia o odwójnej alitudzie. P P P P P V V V V 0 d e r d r d e r d Energia fali za rzeszkodą = 0 (D = D D ) ====== S9. Fale stojące (Obraz J., Ultradźwięki w technice oiarowej, WNT, Warszawa, 1983) c c R R 1 1 D 0 1 D 1 W głąb rzeszkody doskonale odatnej wnika fala rędkości o odwójnej alitudzie. Pd Pe Pr Pd 0 V V V V V Energia fali za rzeszkodą = 0 (D = D D ) d e r d r ====== S Systeatyka zjawisk ultradźwiękowych (wg Senglera) (Matauschek J., Technika Ultradźwięków, WNT, Warszawa, 1957): ZJAWISKA PIERWOTNE Zienne ciśnienie i zienny rzeływ Fale cielne (teeraturowe)

4 4 Stały rzeływ ośrodka (wiatr kwarcowy, struień akustyczny) Zjawisko Rieanna (zniekształcenie czoła fali) Tarcie na owierzchni granicznej Absorcja (ochłanianie) ====== S14-1. Systeatyka zjawisk ultradźwiękowych (wg Senglera) (Matauschek J., Technika Ultradźwięków, WNT, Warszawa, 1957): ZJAWISKA WTÓRNE Zjawiska kierunkowe: Searacja: Hydrodynaiczne siły rzyciagania: Koagulacja: Odgazowanie cieczy i stoów: Dysersja (hydrozole, eulsje, aerozole): Zjawiska echaniczne Zjawiska cielne

5 5 Zjawiska elektryczne Sonoluinescencja: Zjawisko elektrokinetyczne: Zjawisko Debeye a: Zjawiska otyczne *************************** Zjawiska biologiczne S-4. Ciśnienie roieniowania (Talarczyk E. Podstawy techniki ultradźwięków, r 1 T I dt T r w c 0 I I r w1 w c c 1 1 Kierunek działania: od większej do niejszej gęstości energii I r w1 w I c1 c c1 c I I I r w1 w c c 1 1

6 6 S5. Ciśnienie roieniowania (Talarczyk E. Podstawy techniki ultradźwięków, Wrocław, 1990) Wzór ogólny r 1R cos 1 R c I c c c 1 sin cos 1 1 S6-7. Ciśnienie roieniowania (Talarczyk E. Podstawy techniki ultradźwięków, Zastosowanie r I cos c 1 F r Pa cos c 1 Ciśnienie roieniowania jest niezależne od częstotliwości. Mierząc r określay energię rzenoszoną rzez wiązkę rzez daną owierzchnię natężenie dźwięku. Znając oc elektryczną ożna wyznaczyć srawność rzetwornika. S8. Kawitacja ultradźwiękowa (Talarczyk E. Podstawy techniki ultradźwięków, Wrocław, 1990) Rozrywanie srężystej cieczy oddanej działanio dynaiczny: owstawanie ja kawitacyjnych; wyaga okonania sił kohezji (sójności) cząstek cieczy; w czystej otrzebne ciśnienia rzędu MPa; zarodniki kawitacji obszary o zniejszonej soistości (ta siły rzylegania adhezji są niejsze niż siły soistości); fazy kawitacji (ciśnienie hydrostatyczne, lekość cieczy, zawartość i roienie ęcherzyków gazu, inne).

7 7 S9-31. Kawitacja ultradźwiękowa (Talarczyk E. Podstawy techniki ultradźwięków, Pęcherzyki gazu w cieczy R R rez > R > R kr 3 0 P P P 3 3 kr Rkr o 7 o o f 1 3 Po Rrez Rrez f c a w f 3.3 [Hz/ ] a S3-34. Kawitacja ultradźwiękowa (Talarczyk E. Podstawy techniki ultradźwięków, Fazy kawitacji I wstęna faza kawitacji: stoniowy wzrost ęcherzyka rzez kilkadziesiąt okresów II krytyczna faza kawitacji: asynchroniczny rzebieg wzrostu i kurczenia ęcherzyka do zian ciśnienia ax 3 R ax / 1 rzy zaniku ęcherzyka (ilozji) fala udarowa (energia) niszczenie obiektów stałych organizów żywych (bakterie, drobnoustroje)

8 8 S Kawitacja ultradźwiękowa (Talarczyk E. Podstawy techniki ultradźwięków, Oscylacje i ilozje ęcherzyków (niszczące działanie, ikro-wybuchy, wido kawitacji szu kawitacyjny) S Kawitacja ultradźwiękowa (Talarczyk E. Podstawy techniki ultradźwięków, Próg kawitacji Rodzaj cieczy (niewielki wływ); Czystość cieczy (duży wływ); Ciśnienie hydrostatyczne cieczy P o (wzrost większa efektywność kawitacji); Ciśnienie akustyczne (a wływ); Czas nadźwiękawiania (związany z I (czyli z )); Częstotliwość ultradźwiękowa (decydujący wływ, nieliniowy): 0 khz 1 W/c 00 khz 10 W/c 500 khz 00 W/c 3 MHz 50 kw/c Dotychczas nie udało się wytworzyć kawitacji dla f > 5 MHz.