Ultradźwięki. Literatura: A. Śliwiński, Ultradźwięki i ich zastosowania, WNT, Warszawa 2003 Notatki z wykładów (prezentacje)

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

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Zastosowanie ultradźwięków w technikach multimedialnych

Sonochemia. Kawitacja. p(t) = p o + p s sin(2 f t) Oscylacje ciśnienia - - powstawanie naprężeń rozciągających w ośrodku

Zastosowanie ultradźwięków w kosmetologii. Słowa klucze: Ultradźwięki, fala dźwiękowa, infradźwięki, zjawisko kawitacji, sonoforeza, mikromasaż

Dźwięk. Cechy dźwięku, natura światła

Widmo fal elektromagnetycznych

Przykładowe poziomy natężenia dźwięków występujących w środowisku człowieka: 0 db - próg słyszalności 10 db - szept 35 db - cicha muzyka 45 db -

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera

Spis treści. Wykaz ważniejszych oznaczeń. Przedmowa 15. Wprowadzenie Ruch falowy w ośrodku płynnym Pola akustyczne źródeł rzeczywistych

2. Zapoczątkowanie kawitacji. - formy przejściowe. - spadek sprawności maszyn przepływowych

Fal podłużna. Polaryzacja fali podłużnej

Sonochemia. Schemat 1. Strefy reakcji. Rodzaje efektów sonochemicznych. Oscylujący pęcherzyk gazu. Woda w stanie nadkrytycznym?

4.3 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą fali biegnącej(f2)

Ćwiczenie nr 15 TEMAT: Badanie tłumienia dźwięku w wodzie. 1. Teoria

Fale akustyczne. Jako lokalne zaburzenie gęstości lub ciśnienia w ośrodkach posiadających gęstość i sprężystość. ciśnienie atmosferyczne

Instrukcja do laboratorium z Fizyki Budowli. Temat laboratorium: CZĘSTOTLIWOŚĆ

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Fale dźwiękowe. Jak człowiek ocenia natężenie bodźców słuchowych? dr inż. Romuald Kędzierski

SCULPTOR II. Strona 1 z 8

Ruch falowy. Parametry: Długość Częstotliwość Prędkość. Częstotliwość i częstość kołowa MICHAŁ MARZANTOWICZ

Fale dźwiękowe - ich właściwości i klasyfikacja ze względu na ich częstotliwość. dr inż. Romuald Kędzierski

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera.

5.1. Powstawanie i rozchodzenie się fal mechanicznych.

Focushape K R Ó T K I E W P R O WA D Z E N I E

Ma x licz ba pkt. Rodzaj/forma zadania

Drania i fale. Przykład drgań. Drgająca linijka, ciało zawieszone na sprężynie, wahadło matematyczne.

- spadek sprawności. - erozję elementów maszyn i urządzeń przepływowych. - generację drgań i emisji akustycznej

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

Opis modułu kształcenia / przedmiotu (sylabus)

Krzysztof Łapsa Wyznaczenie prędkości fal ultradźwiękowych metodami interferencyjnymi

- podaje warunki konieczne do tego, by w sensie fizycznym była wykonywana praca

Podstawy fizyki wykład 7

FIZYKA Podręcznik: Fizyka i astronomia dla każdego pod red. Barbary Sagnowskiej, wyd. ZamKor.

Zestaw ćwiczeń laboratoryjnych z Biofizyki dla kierunku elektroradiologia w roku akademickim 2017/2018.

DOŚWIADCZENIA POKAZOWE Z FIZYKI

Szczegółowy rozkład materiału z fizyki dla klasy II gimnazjum zgodny z nową podstawą programową.

Treści nauczania (program rozszerzony)- 25 spotkań po 4 godziny lekcyjne

Zasady oceniania karta pracy

Ultradźwięki i ich zastosowania wykład ZAGADNIENIA

Zestaw ćwiczeń laboratoryjnych z Biofizyki dla kierunku Elektroradiologia w roku akademickim 2016/2017.

Układ termodynamiczny Parametry układu termodynamicznego Proces termodynamiczny Układ izolowany Układ zamknięty Stan równowagi termodynamicznej

SPIS TREŚCI ««*» ( # * *»»

Przygotowała: prof. Bożena Kostek

Plan wynikowy fizyka rozszerzona klasa 3a

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ZAGADNIENIA DO PRZYGOTOWANIA DO ĆWICZEŃ Z BIOFIZYKI DLA STUDENTÓW I ROKU WYDZIAŁU LEKARKIEGO W SEMESTRZE LETNIM 2011/2012 ROKU.

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Feynmana wykłady z fizyki. [T.] 1.2, Optyka, termodynamika, fale / R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands. wyd. 7. Warszawa, 2014.

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Ponieważ zakres zmian ciśnień fal akustycznych odbieranych przez ucho ludzkie mieści się w przedziale od 2*10-5 Pa do 10 2 Pa,

1. Po upływie jakiego czasu ciało drgające ruchem harmonicznym o okresie T = 8 s przebędzie drogę równą: a) całej amplitudzie b) czterem amplitudom?

Badanie widma fali akustycznej

Fale w przyrodzie - dźwięk

Drgania i fale sprężyste. 1/24

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

Przemiany termodynamiczne

Szczegółowe kryteria oceniania z fizyki w gimnazjum. kl. III

podać przykład wielkości fizycznej, która jest iloczynem wektorowym dwóch wektorów.

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Człowiek najlepsza inwestycja FENIKS

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Reakcje jądrowe. X 1 + X 2 Y 1 + Y b 1 + b 2

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

L.P. DZIAŁ TEMAT NaCoBeZu kryteria sukcesu w języku ucznia

Rozkład nauczania fizyki w klasie II liceum ogólnokształcącego w Zespole Szkół nr 53 im. S. Sempołowskiej rok szkolny 2015/2016

Badanie ultradźwiękowe grubości elementów metalowych defektoskopem ultradźwiękowym

Warunki uzyskania oceny wyższej niż przewidywana ocena końcowa.

POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA POCHŁANIANIA I IMPEDANCJI AKUSTYCZNEJ

Nauka o słyszeniu. Wykład I Dźwięk. Anna Preis,

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

mgr Ewa Socha Gimnazjum Miejskie w Darłowie

ACOUSTIC WAVE THEAPY X-WAVE TERAPIA FALAMI AKUSTYCZNYMI

PL B1. Politechnika Warszawska,Warszawa,PL BUP 25/03. Mateusz Turkowski,Warszawa,PL Tadeusz Strzałkowski,Warszawa,PL

FIZYKA KLASA III GIMNAZJUM

Badanie USG - diagnostyka prenatalna

Wyznaczanie bezwzględnej aktywności źródła 60 Co. Tomasz Winiarski

SCENARIUSZ LEKCJI Z FIZYKI DLA KLASY III GIMNAZJUM. Temat lekcji: Co wiemy o drganiach i falach mechanicznych powtórzenie wiadomości.

Systemy i Sieci Radiowe

Wymagania na poszczególne oceny przy realizacji programu i podręcznika Świat fizyki

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Układ krążenia krwi. Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka Biofizyka 1

Świat fizyki Gimnazjum Rozkład materiału - WYMAGANIA KLASA II

Praktyczne aspekty ultrasonografii jamy brzusznej u małych zwierząt

TEMAT: OBSERWACJA ZJAWISKA DUDNIEŃ FAL AKUSTYCZNYCH

Rozkład nauczania fizyki w klasie II liceum ogólnokształcącego w Zespole Szkół nr 53 im. S. Sempołowskiej

Pole elektromagnetyczne. POLE ELEKTROMAGNETYCZNE - pewna przestrzeń, w której obrębie cząstki oddziałują na siebie elektrycznie i magnetycznie.

- Strumień mocy, który wpływa do obszaru ograniczonego powierzchnią A ( z minusem wpływa z plusem wypływa)

Badanie efektu Dopplera metodą fali ultradźwiękowej

Impedancja akustyczna, czyli o odbiciu fal podłużnych

MATERIAŁY POMOCNICZE DO WYKŁADU Z BIO-

Lekcja 81. Temat: Widma fal.

Efekt Dopplera. dr inż. Romuald Kędzierski

Czy równowaga jest procesem korzystnym? dr hab. prof. nadzw. Małgorzata Jóźwiak

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

Transkrypt:

Ultradźwięki Tomasz Hornowski Instytut Akustyki Zakład Akustyki Molekularnej dyżury: wtorek i czwartek 13 00-14 00 e-mail: hornaku@amu.edu.pl; tel. 618295127 strona internetowa: www.amu.edu.pl/~hornaku Literatura: A. Śliwiński, Ultradźwięki i ich zastosowania, WNT, Warszawa 2003 Notatki z wykładów (prezentacje)

Co to są ultradźwięki? Ultradźwięki są to fale sprężyste o częstotliwościach większych od słyszalnych. Ultradźwięki o niższych częstotliwościach potrafi wytwarzać i odbierać wiele gatunków zwierząt. W praktyce technicznej i medycznej największą rolę odgrywają sztucznie wytwarzane ultradźwięki o częstotliwościach powyżej 100 khz.

Dlaczego ultradźwięki? Natura fal sprężystych w każdym zakresie częstotliwości jest taka sama - mechanizm powstawania i rozchodzenia się fal opisują te same prawa fizyczne. Proces oddziaływania fal sprężystych z materią (z ośrodkiem, w którym się rozchodzą) silnie zależy od długości fal. Fale krótsze w mniejszym stopni ulegają dyfrakcji i można przyjąć, że rozchodzą się po liniach prostych. c f

Prędkości fal ultradźwiękowych w materii w różnych stanach skupienia aa

Zastosowania fal ultradźwiękowych ZASTOSOWANIA BIERNE fale ultradźwiękowe o małej amplitudzie ZASTOSOWANIA CZYNNE fale ultradźwiękowe o amplitudzie skończonej

Techniczne zastosowania fal ultradźwiękowych Nieniszczące badania materiałów (NDT) Silniki i sensory ultradźwiękowe. Pomiary ciśnienia i prędkości przepływu cieczy. Spajanie i lutowanie. Koagulacja i dyspergowanie. Mycie i czyszczenie. Echolokacja (hydroakustyka).

Medyczne i biologiczne zastosowania ultradźwięków Badanie przepływu krwi i drożności tętnic (sonoangiografia) Obrazowanie ultradźwiękowe (ultrasonografia, elastografia) Rozbijanie kamieni (litotrypsja) Chirurgia ultradźwiękowa (FUS) Diagnostyka osteoporozy (ultradźwiękowe badanie kości)

Zastosowania ultradźwięków do badania materii Wnioskowanie o procesach molekularnych zachodzących w płynach (gazy+ciecze) na podstawie zależności stałych propagacji (prędkości fali, współczynnika pochłaniania i rozpraszania) od częstotliwości fali (spektroskopia ultradźwiękowa). Wyznaczanie parametrów termodynamicznych (stała Poissona, ściśliwość) ośrodka na podstawie zależności prędkości fal ultradźwiękowej od temperatury i ciśnienia. Wyznaczanie rozmiaru cząsteczek i długości łańcuchów polimerów za pomocą pomiaru prędkości fali. Wyznaczanie funkcji rozkładu cząsteczek w roztworach koloidalnych na podstawie zależności współczynnika tłumienia od częstotliwości.

Plan wykładu Elementy termodynamiki Prędkość propagacji fal ultradźwiękowych w różnych stanach materii Mechanizmy tłumienia fal ultradźwiękowych Rozchodzenie się fal sprężystych w ośrodkach anizotropowych kryształach Rozchodzenie się fal ultradźwiękowych w miękkiej materii Nieliniowe rozchodzenie się fal ultradźwiękowych

Ciśnienie promieniowania W przypadku fal o amplitudzie skończonej w ośrodku rzeczywistym fali towarzyszy ciśnienie promieniowania. Jest to siła, jaką wywiera czoło fali na powierzchnię przekroju wiązki. Ciśnienie promieniowania jest szczególnie duże na powierzchni rozgraniczającej ośrodki o różnych impedancjach Ciśnienie promieniowania wyraża wzór: 2 2 1 2 p0 u, 0u0 2 2 2 c Na powierzchni dzielącej dwa ośrodki o impedancjach Z 1 i Z 2 ciśnienie promieniowania wynosi 0 0 I c p 2 2 0 (1 R ), 2 2 1c1 R Z Z 1 1 Z Z 2 2

Lewitacja akustyczna Lewitacja akustyczna jest to unoszenie obiektów wywołane ciśnieniem promieniowania Zależność odległości lewitacji h od ciężaru na jednostkę powierzchni obiektu lewitującego przy stałej wartości ciśnienia promieniowania.

Lewitacja demonstracje

Kawitacja Kawitacja oznacza proces powstawania w cieczy pulsujących pęcherzyków pod wpływem dużych sił rozciągających, spowodowanych nagłym obniżeniem ciśnienia i rozerwaniem ośrodka. Powstające w fazie rozrzedzeń fali pęcherzyki na ogół w fazie zagęszczeń zapadają się, powodując powstanie fali udarowej i emisję szumów kawitacyjnych. Niektóre pęcherzyki przeżywają fazę zagęszczeń, rozrastając się i pulsując przez czas dłuższy niż okres fali. Widmo szumów kawitacyjnych składa się więc z dyskretnego widma pulsujących pęcherzyków o składowych harmonicznych i subharmonicznych (kawitacja czynna lub stabilna) nałożonego na szerokopasmowe widmo fal udarowych (kawitacja bierna lub przejściowa).

Kawitacja przykłady Generacja pęcherzyków kawitacyjnych w wodzie Usuwanie pęcherzyków kawitacyjnych z żywicy epoksydowej

Ultradźwiękowa litotrypsja Litorypsja jest procesem polegającym na rozkruszaniu kamieni nerkowych, żółciowych falą udarową, których fragmenty o wielkości nie przekraczającej 2 mm są wydalane z moczem drogą naturalną. Rozbicie kamieni w polu fali ultradźwiękowej jest spowodowane z jednej strony bezpośrednio falą udarową (LSW, lithotripter shock wave), a z drugiej strony pośrednio rozpadem pęcherzyków kawitacyjnych na granicy tkanka-kamień. Kamienie nerkowe, żółciowe itp. są w ogólności dość kruche i mniej wytrzymałe na ściskanie niż na rozciągnie, przy czym maksimum wytrzymałości w obu przypadkach wynosi 1-2 MPa i 0,5-1 MPa. Wartości te są dużo mniejsze od osiąganych w litotrypterach, gdzie sięgają od 30 do 100 MPa.

Schemat i struktura sygnału litotryptera Obliczone i zmierzone profile impulsów ciśnienia akustycznego generowanych przez litotrypter w ognisku i ogniskiem.

Ultradźwiękowa liposukcja Ultradźwięki rozbijają błony komórkowe komórek tłuszczowych, co prowadzi do pozbycia się zbędnych kilogramów oraz do ładnego wymodelowania sylwetki. W odróżnieniu od tradycyjnej liposukcji, zabieg ten nie narusza integralności skóry. Kawitacja rozbija komórki tłuszczowe i przekształca je w emulsję, następuje też drenaż limfatyczny oraz poprawa elastyczności skóry. Polepsza się również metabolizm, a rozpuszczony tłuszcz i toksyny są usuwane z organizmu.

Sonoluminescencja Sonoluminescencją nazywa się świecenie zapadającego się podczas kawitacji pęcherzyka gazowego w polu fali ultradźwiękowej.

Sonoluminescencja a fuzja jądrowa Przyjmując, że początkowy promień pęcherzyka kawitacyjnego, do którego dyfundują deuter i tryt, wynosi R 0 = 0,2 m, to przy częstotliwości f = 2 khz i ciśnieniu akustycznym P a = 10 MPa w ujemnej fazie pęcherzyk rozszerzy się do R max = 2680 m, natomiast w fazie zagęszczenia skurczy się do R min = 0,012 m. Stąd w warunkach przemiany adiabatycznej Rmax 5 Vmax 16 7 2,2 10, 1,1 10, T 4,22 10 K, P 1,67 10 R V min min W takich warunkach temperatury i ciśnienia mogą zajść reakcje syntezy jądrowej 11 MPa 1 1 H H 2 2 1 1 H H 2 3 1 H H 4,03 MeV 2 1 2 H n 17,6 MeV 1 3 1 o 2

Sonoluminescencja - prezentacja

Silniki ultradźwiękowe Silniki ultradźwiękowe działają na zasadzie wytwarzania siły posuwistej (silniki liniowe) lub momentu obrotowego za pomocą odpowiednio wygenerowanych modów drgań ultradźwiękowych w elementach piezoelektrycznych