Sonochemia. Dźwięk. Fale dźwiękowe należą do fal mechanicznych, sprężystych. Fale poprzeczne i podłużne. Ciało stałe (sprężystość postaci)

Transkrypt

1 Dźwięk 1 Fale dźwiękowe należą do fal mechanicznych, sprężystych Fale poprzeczne i podłużne Ciało stałe (sprężystość postaci) fale poprzeczne i podłużne

2 Dźwięk 2 Właściwości fal podłużnych

3 Prędkość dźwięku 3 Prędkość rozchodzenia się fal dźwiękowych Zależność od częstotliwości

4 Podział dźwięków 4 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

5 Właściwości ultradźwięków 5 Ultradźwięki - długość fali l = V t = V T = V / f W powietrzu: W wodzie: 20 khz = 1.72 cm 20 khz = 7.49 cm 350 khz = 0.98 mm 350 khz = 4.27 mm 5 MHz = 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...

6 Ultradźwięki w przyrodzie 6 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.)

7 Wytwarzanie ultradźwięków 7 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

8 Wytwarzanie ultradźwięków 8 Przetwornik magnetostrykcyjny Można uzyskać wysoką moc fal ultradźwiękowych Trwała, odporna konstrukcja Częstotliwości - do 100 khz Duże straty energii (> 40%) wydziela się ciepło, konieczne chłodzenie

9 Wytwarzanie ultradźwięków 9 Efekt piezoelektryczny Odwrotny efekt piezoelektryczny

10 Wytwarzanie ultradźwięków 10 Przetwornik piezoelektryczny Szeroki zakres częstotliwości (częstotliwość rezonansowa zależy od grubości płytki) Materiał -kwarc, BaTiO 3, PbNb 2 O 6, inne Mogą występować efekty starzenia

11 Reaktory 11 Zasadnicze rodzaje reaktorów ultradźwiękowych: Łażnia (myjka) ultradźwiękowa

12 Reaktory 12 Zasadnicze rodzaje reaktorów ultradźwiękowych: Reaktor z zanurzonym prętem (horn, probe system)

13 Reaktory 13 Zasadnicze rodzaje reaktorów ultradźwiękowych: Nowoczesny reaktor z przetwornikiem w dnie naczynia Gaz Cover Pokrywa Komora Reaction reakcyjna Chamber H2O Woda Woda H2O V Przetwornik Ultrasonic Transducer ultradźwiękowy Generator Power Generator i wzmacniacz

14 Reaktory 14 Zasadnicze rodzaje reaktorów ultradźwiękowych: Nowoczesny reaktor z przetwornikiem w dnie naczynia URS 1000 (Allied Signal -Elac Nautik) Jednorodne pole ultradźwięków Duża stabilność mocy Możliwość kontrolowania mocy ultradźwięków i temperatury Praca przy różnych częstotliwościach (70 khz 1.1 MHz)

15 Zastosowania ultradźwięków 15 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) Oczyszczanie powierzchni Mieszanie, emulgowanie, usuwanie gazów z cieczy Spawanie ultradźwiękowe (tworzywa sztuczne, metale) Mikroskopia ultradźwiękowa Kryminalistyka/systemy zabezpieczeń (np. daktyloskopia) Inicjowanie procesów fizykochemicznych Sonochemia Nanotechnologia Badania naukowe (akustyka, struktura materii, luminescencja, reakcje mechanochemiczne i rodnikowe...)

16 Zastosowania ultradźwięków 16 Echolokacja nawigacja, bezpieczeństwo żeglugi badania oceanograficzne rybołówstwo technika wojskowa

17 Zastosowania ultradźwięków 17 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

18 Zastosowania ultradźwięków 18 Badania defektoskopowe

19 Zastosowania ultradźwięków 19 Badania ultrasonograficzne Krótkie impulsy ultradźwięków Częstotliwość: 1-5 MHz Bez potencjalnie szkodliwego promieniowania jonizującego Czy zupełnie nieszkodliwe?

20 Zastosowania ultradźwięków 20 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 Zwalczanie stanów zapalnych, rehabilitacja Usuwanie kamienia nazębnego, kamieni nerkowych - efekt mechaniczny Niszczenie tkanki nowotworowej (silny efekt cieplny i degradacja biopolimerów), rodniki, efekt sonodynamiczny Kontrolowane uwalnianie i transport leków

21 Zastosowania ultradźwięków 21 Wybrane zastosowania techniczne Oczyszczanie powierzchni Mieszanie Emulgowanie Odgazowywanie Krystalizacja

22 Zastosowania ultradźwięków 22 Zastosowanie ultradźwięków w ochronie środowiska Oczyszczanie wody Oczyszczanie ścieków