Despre ultrasunete

Ultrasunetele

(US) sunt o formă de energie mecanică ce se propagă sub forma unor unde de frecvenţă superioară limitei de percepţie a urechii umane.Omul percepe sunete cu frecvenţa cuprinsă intre 16 şi 20.000 Hz. Sunetele cu frecvenţa peste limita de audibilitate umană (20 MHz) se numesc ultrasunete, iar cele cu frecvenţă sub aceasta, infrasunete.Dacă o particulă dintr-un mediu elastic execută o mişcare nainte şi inapoi faţă de poziţia de echilibru numită oscilaţie mecanică, are lor o transformare a energiei in mediul care o inconjoară. Acest tip de mişcare a particulei se numeşte vibratorie. Particula care oscilează interacţionează cu cele vecine si astfel unda se propaga din aproape in aproape. Regiunea din spatiu in care se afla unde ultrasonice sau altfel spus campul de US este reprezentat de oscilatii ciclice in spatiu si timp.
Miscarea particulelor in jurul pozitiei de echilibru se repeta la anumite intervale de timp.
Perioada (T) este timpul necesar unei particule pentru descrierea unei oscilaţii complete si se exprima in secunde.
Frecventa (f) este numărul de oscilatii efectuate in unitatea de timp (secunda).
Unitatea de frecventă este Hertz (Hz). O frecventa de 1 Hz este ooscilatie/secundă:f=1/T
Amplitudinea oscilatiei este valoarea absoluta a distantei maxime parcurse de particula in jurul pozitiei de echilibru.
Lungimea de undă este distanţa dintre două maxime sau dintre două puncte succesive aflate in aceeaşi fază.
Viteza ultrasunetelor exprimă distanta parcursă de US in unitatea de timp. Se
măsoara in m/s.

Energia acustică.

Unda de ultrasunete transportă şi cedează o parte din energie mediului străbătut determinand oscilaţii ale particulelor. Se măsoara in Jouli(J).
Intensitatea US este cantitatea de energie care străbate unitatea de suprafata in unitatea de timp. Se exprimă n W/cm2.
Intensitatea US scade proporţional cu distanţa parcursă, atenuarea acustică fiind cu atat mai mare cu cat frecvenţa este mai ridicată. Deci pe măsură ce creşte frecvenţa scade adncimea de penetrare. Profunzimea de pentrare a US este limitată de scăderea intensităţii odată cu parcurgerea unei distanţe.
Impedanţa acustică exprimă rezistenţa la trecerea undelor fiind produsul dintre densitatea mediului şi viteza US. Impedanţa acustică este deci o constantă de material: Z=?c şi se măsoară in Rayl; 1 Rayl = 1 Kg 1 m-2s-1
Puterea acustică este cantitatea de energie care străbate o suprafaţă in unitatea de timp. Se măsoară in Watt.

Producerea ultrasunetelor

Undele ultrasonice se obtin prin metode mecanice,magnetostrictive si piezoelectrice. Corpul care vibreaza si genereaza unde ultrasonice este denumit sursa acustica sau sursa deultrasunete.La baza obtinerii ultrasunetelor se afla cel mai adesea
fenomenul piezoelectric,efect descoperit in anul 1880 de catre Pierre si Jacques Curie.
Aparitia polarizarii electrice la suprafata unui cristal atunci cand asupra lui se exercita o presiune mecanica sau otractiune se numeşte efect piezoelectric direct.
Aplicarea unui campelectric pe suprafata unui cristal piezoelectric duce la contractia saudilatarea acestuia si la emisia unor unde acustice. Acest fenomen se numeste
efect piezoelectric invers.
Materialele piezoelectrice cele mai folosite sunt: titanatul debariu, zirconatul de plumb (materiale piezoceramice) si fluorura de poliviniliden (material plastic). Cuartul natural sau cel sintetic posedade asemenea proprietati piezoelectrice, avantajele acestuia fiindrezistenţa mecanică şi frecarea internă redusă. Materialele piezoceramice poseda o mai buna eficienta a conversiei energiei electrice in energie mecanica, sunt ieftine, se prelucreaza usor sinecesita tensiuni scazute.
Efectul magnetostrictiv consta in faptul ca unele materialeferomagnetice isi modifica dimensiunile la magnetizare.
Atunci candaceste materiale se afla intr-un camp magnetic variabil, ele incep sa oscileze, devenind surse de unde acustice.In ambele cazuri de generare a ultrasunetelor, este necesar cadimensiunile placutelor oscilante sa fie astfel alese incat frecventa lor proprie sa coincida cu frecventa de excitatie (frecventa campuluielectric, respectiv a campului magnetic). Deci generatoarele deultrasunete lucreaza in regim de
rezonanta.Partea esentiala a generatorului consta dintr-o lamapiezoelectrica de obicei de cuart pe fetele careia sunt aplicati doi electrozi, sub forma unor straturi subtiri metalice, legati la o sursa detensiune alternativa. Sub actiunea câmpului electric alternativ lama începe sa vibreze cu o frecventa egala cu cea a tensiunii aplicate.Vibratiile lamei sunt transmise în mediul înconjurator sub forma deultrasunete. Cu astfel de generatori se poate ajunge pâna lafrecvente de cca. 150 000 kHz si la intensitati ale radiatiei ultrasonorede la câteva zeci de wati pe cm2 pâna la câteva sute de wati pe cm2.