超聲學是研究超聲的產(chǎn)生、接收和在媒質(zhì)中的傳播規(guī)律,超聲的各種效應,以及超聲在基礎(chǔ)研究和國民經(jīng)濟各部門的應用等內(nèi)容的聲學重要分支。頻率高于人類聽覺上限頻率(約20000赫)的聲波,稱為超聲波,或稱超聲。
超聲的研究和發(fā)展,與媒質(zhì)中超聲的產(chǎn)生和接收的研究密切相關(guān)。1883年首次制成超聲氣哨,此后又出現(xiàn)了各種形式的氣哨、汽笛和液哨等機械型超聲發(fā)生器(又稱換能器)。由于這類換能器成本低,所以經(jīng)過不斷改進,至今還仍廣泛地用于對流體媒質(zhì)的超聲處理技術(shù)中。
20世紀初,電子學的發(fā)展使人們能利用某些材料的壓電效應和磁致伸縮效應制成各種機電換能器。1917年,法國物理學家朗之萬用天然壓電石英制成了夾心式超聲換能器,并用來探查海底的潛艇。
隨著軍事和國民經(jīng)濟各部門中超聲應用的不斷發(fā)展,又出現(xiàn)更大超聲功率的磁致伸縮換能器,以及各種不同用途的電動型、電磁力型、靜電型換能器等多種超聲換能器。當超聲在媒質(zhì)中傳播時,由于聲波和媒質(zhì)之間的相互作用,使媒質(zhì)發(fā)生一系列物理的和化學的變化,也出現(xiàn)一系列力學、光學、電、化學等超聲效應。
當液體中有強度超過該液體的空化閾的超聲傳播時,液體內(nèi)會產(chǎn)生大量的氣泡,小氣泡將隨著超聲振動而逐漸生長和增大,然后又突然破滅和分裂,分裂后的氣泡又連續(xù)生長和破滅,這種現(xiàn)象稱之為空化。
這些小氣泡急速崩潰時在氣泡內(nèi)產(chǎn)生了高溫高壓,并且由于氣泡周圍的液體高速沖入氣泡,而在氣泡附近的液體中產(chǎn)生了強烈的局部激波,也形成了局部的高溫高壓,從而產(chǎn)生了超聲的清洗、粉碎、乳化、分散、促進化學反應等一系列的作用,同時還伴有強烈的空化噪聲和聲致發(fā)光。在液體中進行的超聲處理技術(shù),大多數(shù)都與空化作用有關(guān)。
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