Odamlarda yuqori chastota chegarasi (taxminan 20 kHz) ning cheklovlari bilan bog'liq

Ultratovush bu tovush to'lqinlari bilan chastotalar insonning yuqori eshitiladigan chegarasidan yuqori eshitish. Ultratovush jismoniy xususiyatlariga ko'ra "normal" (eshitiladigan) tovushdan farq qilmaydi, faqat odamlar uni eshita olmaydi. Ushbu chegara odamda farq qiladi va taxminan 20 ga teng kilohertz (20000 gerts) sog'lom yosh kattalarda. Ultratovush qurilmalari 20 kHz dan bir necha gigagertsgacha bo'lgan chastotalarda ishlaydi.
Ultratovush ko'plab turli sohalarda qo'llaniladi. Ultrasonik qurilmalar ob'ektlarni aniqlash va masofani o'lchash uchun ishlatiladi. Ultratovushli ko'rish yoki sonografiya ko'pincha ishlatiladi Dori. In buzilmaydigan sinov mahsulotlar va tuzilmalar, ultratovush ko'rinmas nuqsonlarni aniqlash uchun ishlatiladi. Sanoat sohasida ultratovush kimyoviy jarayonlarni tozalash, aralashtirish va tezlashtirish uchun ishlatiladi. Kabi hayvonlar ko'rshapalaklar va tanglaylar joylashtirish uchun ultratovush tekshiruvidan foydalaning o'lja va to'siqlar.

• 
  7 Qayta ishlash va quvvat
  
  • 
    7.1 Jismoniy davolash
    
  • 
    7.2 Biotibbiy dasturlar
    
  • 
    7.3 Ultrasonik ta'sirni davolash
    
  • 
    7.4 Qayta ishlash
    
  • 
    7.5 Ultrasonik manipulyatsiya va zarralarning xarakteristikasi
    
  • 
    7.6 Ultrasonik tozalash
    
  • 
    7.7 Ultrasonik parchalanish
    
  • 
    7.8 Ultrasonik namlagich
    
  • 
    7.9 Ultrasonik payvandlash
    
  • 
    7.10 Sonokimyo
    
  • 
    7.11 Qurol
    
  • 
    7.12 Simsiz aloqa
    
• 
  8 Boshqa maqsadlar
  

11-savol:
Ultratovushning yuqori quvvatli dasturlarida ko'pincha 20 kHz dan bir necha yuz kHz gacha chastotalar qo'llaniladi. Zichlik juda yuqori bo'lishi mumkin; kvadrat santimetr uchun 10 vattdan yuqori bo'lsa, kavitatsiya suyuq muhitda paydo bo'lishi mumkin va ba'zi ilovalarda kvadrat santimetr uchun 1000 vattgacha foydalaniladi. Bunday yuqori intensivlik kimyoviy o'zgarishlarni keltirib chiqarishi yoki to'g'ridan-to'g'ri mexanik ta'sir orqali sezilarli ta'sir ko'rsatishi va zararli mikroorganizmlarni inaktiv qilishi mumkin.
Ultrasonikatsiya turli xil ilovalar va sohalarda aralashtirish va kimyoviy reaktsiyalarni takomillashtirish orqali suyuqlik va atala moylarini qayta ishlashda katta imkoniyatlarga ega. Ultrasonik suyuqlikdagi o'zgaruvchan past bosimli va yuqori bosimli to'lqinlarni hosil qiladi, bu kichik hosil bo'lishiga va shiddatli qulashiga olib keladi. vakuum pufakchalar. Ushbu hodisa nomlanadi kavitatsiya va yuqori tezlikka ta'sir qiluvchi suyuqlik oqimlari va kuchli gidrodinamik siljish kuchlarini keltirib chiqaradi. Ushbu effektlar mikrometr va nanometr o'lchamdagi materiallarni deagglomeratsiyasi va frezalashi, shuningdek hujayralarni parchalanishi yoki reaktivlarni aralashtirish uchun ishlatiladi. Shu nuqtai nazardan, ultrasonikatsiya yuqori tezlikda ishlaydigan mikserlar va aralashtiruvchi boncuk tegirmonlariga alternativa hisoblanadi. Qog'oz mashinasida harakatlanuvchi sim ostidagi ultratovushli plyonkalar tsellyuloza tolasini ishlab chiqarilgan qog'oz tarmog'ida bir tekis taqsimlash uchun imploding pufakchalardan keladigan zarba to'lqinlaridan foydalanadi, bu esa yanada tekis yuzalarga ega bo'lgan qog'oz hosil qiladi. Bundan tashqari, kimyoviy reaktsiyalar kavitatsiya natijasida hosil bo'lgan erkin radikallardan, shuningdek energiya kiritilishi va materialning chegara qatlamlari orqali uzatilishidan foyda ko'radi. Ko'p sonli jarayonlar uchun bu sonokimyoviy (qarang sonokimyo ) ta'siri reaktsiya vaqtining sezilarli darajada qisqarishiga olib keladi, masalan transesterifikatsiya ichiga neft kiradi biodizel.^{[iqtibos kerak ]}

Skameyka va sanoat miqyosidagi ultratovushli suyuq protsessorlarning sxemasi

Nano-kristallanish, nano-emulsifikatsiya, kabi ko'plab qayta ishlash dasturlari uchun juda katta ultratovushli intensivlik va yuqori ultratovushli tebranish amplitudalari talab qilinadi.^[42] deagglomeratsiya, ekstraktsiya, hujayraning buzilishi va boshqalar. Odatda, jarayon laboratoriya miqyosida sinovdan o'tkazilib, maqsadga muvofiqligini isbotlash va kerakli ultratovush ta'sir qilish parametrlarining bir qismini belgilash mumkin. Ushbu bosqich tugagandan so'ng, jarayon oqimdan oldin ishlab chiqarishni optimallashtirish uchun sinov (skameyka) o'lchoviga, so'ngra doimiy ishlab chiqarish uchun sanoat miqyosiga o'tkaziladi. Ushbu kattalashtirish bosqichlarida barcha mahalliy ta'sir qilish sharoitlariga (ultratovushli amplituda, kavitatsiya intensivligi, faol kavitatsiya zonasida o'tkazgan vaqti va boshqalar) bir xil bo'ladi. Agar ushbu shart bajarilsa, yakuniy mahsulot sifati optimallashtirilgan darajada saqlanib qoladi, hosildorlik esa bashorat qilinadigan "ko'lamni oshirish koeffitsienti" bilan oshiriladi. Hosildorlikning oshishi laboratoriya, dastgoh va sanoat miqyosidagi ultratovushli protsessor tizimlari tobora kattaroq hajmga ega bo'lishidan kelib chiqadi. ultratovushli shoxlar, tobora kattaroq yuqori intensivlikni yaratishga qodir kavitatsiya zonalar va shuning uchun vaqt birligiga ko'proq materialni qayta ishlash. Bunga "to'g'ridan-to'g'ri ölçeklenebilirlik" deyiladi. Shuni ta'kidlash kerakki, faqat ultratovushli protsessorning kuchini oshirish kerak emas to'g'ridan-to'g'ri o'lchovga olib keladi, chunki u ultratovushli amplituda va kavitatsiya intensivligining pasayishi bilan birga (va tez-tez) bo'lishi mumkin. To'g'ridan-to'g'ri masshtablash paytida barcha ultratovushli shoxning ishlashini ta'minlash uchun uskunaning quvvat darajasi oshirilib, barcha ishlov berish shartlari saqlanishi kerak.^[43][44][45]
Ultrasonik manipulyatsiya va zarralarning xarakteristikasi
Sanoat materiallari tadqiqot instituti tadqiqotchisi Alessandro Malutta ultratovushli turgan to'lqinlarning suvda suyultirilgan yog'och massasi tolalariga tutash ta'sirini va ularning teng masofadagi bosim tekisliklariga parallel yo'nalishini ko'rsatadigan tajriba ishlab chiqdi.^[46] Elyaflarni teng masofada joylashgan tekisliklarga yo'naltirish vaqti lazer va elektro-optik sensor yordamida o'lchanadi. Bu qog'oz sanoatida tolaning o'lchamlarini tezkor ravishda o'lchash tizimini ta'minlashi mumkin. Pensilvaniya shtati universitetida mikrochip yordamida bir-biridan farqli ravishda amalga oshirilgan narsa namoyish etildi, bu bir juft perpendikulyar turgan sirt akustik to'lqinlarini hosil qilib, ularning zarralarini panjarada bir-biriga teng joylashishiga imkon berdi. Ushbu tajriba akustik pinset, material fanlari, biologiya, fizika, kimyo va nanotexnologiyalarda qo'llanilishi mumkin.
Ultrasonik tozalash
Asosiy maqola: Ultrasonik tozalash
Ultrasonik tozalagichlar, ba'zida xato bilan chaqiriladi ovozdan tez tozalagichlar, 20 dan 40 gacha bo'lgan chastotalarda ishlatiladi kHz uchun zargarlik buyumlari, linzalar va boshqa optik qismlar, soatlar, stomatologik asboblar, jarrohlik asboblari, sho'ng'in regulyatorlari va sanoat qismlar. Ultrasonik tozalovchi asosan millionlab mikroskoplarning qulashidan chiqadigan energiya bilan ishlaydi kavitatsiyalar iflos yuzaga yaqin. Kavitatsiya natijasida hosil bo'lgan pufakchalar yuzaga yo'naltirilgan mayda samolyotlarni hosil qiladi.
Ultrasonik parchalanish
Ultrasonik tozalashga o'xshash, biologik hujayralar shu jumladan bakteriyalar parchalanishi mumkin. Yuqori quvvatli ultratovush ishlab chiqaradi kavitatsiya zarrachalarning parchalanishini yoki reaktsiyalarini osonlashtiradi. Buning ichida biologik fan analitik yoki kimyoviy maqsadlar uchun (sonikatsiya va sonoporatsiya ) va bakteriyalarni yo'q qilishda kanalizatsiya. Yuqori quvvatli ultratovushli makkajo'xori shlamini parchalashi va quruq makkajo'xori tegirmon zavodlarida etanolning yuqori rentabelligi uchun suyultirish va sakkarifikatsiyani kuchaytirishi mumkin.^[47][48]
Ultrasonik namlagich
Ultrasonik namlagich, biri nebulizer (juda nozik purkagichni yaratadigan qurilma), mashhur namlagich turi. U ultratovush chastotalaridagi metall plitani suvni nebulize qilish (ba'zida noto'g'ri "atomizatsiya" deb nomlanadi) uchun tebranish orqali ishlaydi. Bug'lanish uchun suv isitilmagani uchun salqin tuman hosil qiladi. Ultrasonik bosim to'lqinlari nafaqat suvni, balki suvdagi moddalarni, shu jumladan kaltsiy, boshqa minerallar, viruslar, zamburug'lar, bakteriyalarni, shuningdek^[49] va boshqa aralashmalar. Namlagichning suv omborida joylashgan iflosliklar natijasida kelib chiqqan kasallik "Namlagich isitmasi" sarlavhasi ostiga tushadi.
Ultrasonik namlagichlar tez-tez ishlatiladi aeroponika, bu erda ular odatda deb nomlanadi tumanlar.
Ultrasonik payvandlash
Yilda ultratovushli payvandlash birlashtiriladigan materiallar orasidagi ishqalanish usuli bilan issiqlik hosil qilish uchun yuqori chastotali (15 kHz dan 40 kHz gacha) past amplituda tebranish plastiklardan foydalaniladi. Ikkala qismning interfeysi maksimal darajada payvandlash quvvati uchun energiyani konsentratsiya qilish uchun mo'ljallangan.
Sonokimyo
Asosiy maqola: Sonokimyo
20-100 kHz diapazonida quvvat ultratovush ishlatiladi kimyo. Ultratovush to'g'ridan-to'g'ri o'zaro ta'sir qilmaydi molekulalar kimyoviy o'zgarishni qo'zg'atish uchun, chunki uning odatdagi to'lqin uzunligi (millimetr oralig'ida) molekulalarga nisbatan juda uzun. Buning o'rniga energiya sabab bo'ladi kavitatsiya reaktsiya sodir bo'ladigan suyuqlikda haddan tashqari harorat va bosim hosil qiladi. Shuningdek, ultratovush qattiq moddalarni parchalaydi va yo'q qiladi passivlashtiruvchi qatlamlari inert kattaroq berish uchun material sirt maydoni reaktsiya tugashi uchun. Ushbu ikkala ta'sir ham reaktsiyani tezlashtiradi. 2008 yilda, Atul Kumar suvda ko'p komponentli reaktsiya protokoli orqali Xantsz efirlari va polihidroxinolin hosilalarini sintezi haqida xabar berilgan misellar ultratovush yordamida.^[50]
Ultratovush ishlatiladi qazib olish, turli xil chastotalar yordamida.
Qurol
Ultratovush tekshiruvi asos sifatida o'rganilgan ovozli qurollar, tartibsizliklarni boshqarish, tajovuzkorlarning yo'nalishini buzish, o'lim darajasidagi tovush darajalariga qadar dasturlar uchun.
Simsiz aloqa
2015 yil iyul oyida, Iqtisodchi tadqiqotchilarining xabar berishicha Berkli Kaliforniya universiteti yordamida ultratovush tekshiruvlarini o'tkazdilar grafen diafragmalar. Grafenning ingichka va past og'irligi uning kuchi bilan birgalikda ultratovush aloqalarida foydalanish uchun samarali materialga aylanadi. Ushbu texnologiyani qo'llashning bir usuli radio to'lqinlari odatda yaxshi tarqalmaydigan suv osti aloqasi bo'lishi mumkin.^[51]
Ultrasonik signallar "audio mayoqlarda" ishlatilgan qurilmalararo kuzatuv Internet foydalanuvchilari.^[52]
Boshqa maqsadlar
Ultratovush maxsus konfiguratsiyalarda qo'llanilganda, ekzotik hodisada qisqa nurlanish paydo bo'lishi mumkin sonoluminesans. Ushbu hodisa qisman mumkinligi sababli tekshirilmoqda ko'pikli birlashma (a yadro sintezi sonolüminesans paytida yuzaga keladigan gipoteza).
Ultratovush usuli yordamida zarrachalarni xarakterlashda foydalaniladi ultratovush susaytiradigan spektroskopiya yoki kuzatish orqali elektroakustik hodisalar yoki tomonidan transkranial impulsli ultratovush.
12-savol:
Biologik muhitlarning toMqin qarshiliklari havonikiga nisbatan 3000 marta katta. Shu sababli UT-nurlatgichlar odam tanasiga qo‘yilsa, ultratovush tana ichkarisiga otmasdan nurlatgich va odam tanasi orasida hosil bo'lgan yupqa havo 110 ustunidan qaytadi. Havo qatlami hosil bo‘lmasligi uchun nurlatgichning sirti yuzasiga yupqa moy qatlami surtiladi. Ultratovush to‘lqinlarining tarqalish tezligi va ulaming yutilishi muhitning holatiga bog‘liq; shunga asoslanib moddalaming molekular xossalarini o'rganishda ultratovushdan foydalaniladi. Bu turdagi tadqiqotlar molekular akustika foniga taalluqlidir. To‘lqinlar intensivligi doiraviy chastota kvadratiga to‘g‘ri proporsional, shunga asoslanib nisbatan kichik amplitudali to‘lqinlardan ham katta intensivliklarga ega bo‘lgan to‘lqinlami hosil qilish mumkin. Ultratovush tolqinlari ta’siridagi zarrachalar tezlanishi juda katta bo‘lishi mumkin, bu esa katta ta’sir kuchlari paydo bo‘lishini, biologik obyektlar ultratovush yordamida nurlantirilganda ularga ham zarrachalarga shunday kuchlar ta’sir qilishini ko‘rsatadi. Ultratovush tarqalishida hosil bo‘ladigan zichlashish va siyraklashishlar suyuqliklar ichida uzilishlar hosil qiladi, bunga kavitatsiya deyiladi. Kavitatsiya uzoq vaqt ushlanib qolmay, tez yopiladi, bunda uncha katta bo'lmagan hajmda ko‘p miqdorda energiya ajralib chiqib, moddalaming isishi va shu bilan birga molekulalarning ionizatsiyasi va dissotsiatsiyasi yuz beradi. Biologik obyektlarda ultratovush ta’siri bilan bog‘liq holda yuz beradigan fizik jarayonlaming asosiy effektlari quyidagilardan iborat: — hujayra va subhujayra darajasidagi mikrovibratsiyalar; — biomakromolekulalami parchalash; — biologik membranalarini jarohatlash va ulaming joylanishlarini o'zgartirish, membranalar o‘tuvchanligini o‘zgartirish; — issiqlik ta’siri; —hujayra va mikroorganizmlaming buzilishi. Ultratovushning tibbiybiologik qoMlanishlarini asosan ikki yo‘nalishga ajratish mumkin: birinchisi kuzatish va diagnostika usullari, ikkinchisi ta’sir etish uslublari.