超声波\次生波在实际生活中的运用具体有哪些东西

来源:学生作业帮助网 编辑:作业帮 时间:2024/04/23 06:23:24
超声波\次生波在实际生活中的运用具体有哪些东西

超声波\次生波在实际生活中的运用具体有哪些东西
超声波\次生波在实际生活中的运用
具体有哪些东西

超声波\次生波在实际生活中的运用具体有哪些东西
一系列力学的、热学的、电磁学的和化学的超声效应,包括以下4种效应:
  ①机械效应.超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散.当超声波流体介质中形成驻波时 ,悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处,在空间形成周期性的堆积.超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时,由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化(见电介质物理学和磁致伸缩).
  ②空化作用.超声波作用于液体时可产生大量小气泡 .一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压,压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和,而从液体逸出,成为小气泡.另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞,称为空化.空洞内为液体蒸气或溶于液体的另一种气体,甚至可能是真空.因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭.破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压,同时产生激波.与空化作用相伴随的内摩擦可形成电荷,并在气泡内因放电而产生发光现象.在液体中进行超声处理的技术大多与空化作用有关.
  ③热效应.由于超声波频率高,能量大,被介质吸收时能产生显著的热效应.
  ④化学效应.超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应.例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢;溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸;染料的水溶液经超声处理后会变色或退色.这些现象的发生总与空化作用相伴随.超声波还可加速许多化学物质的水解、分解和聚合过程.超声波对光化学和电化学过程也有明显影响.各种氨基酸和其他有机物质的水溶液经超声处理后,特征吸收光谱带消失而呈均匀的一般吸收,这表明空化作用使分子结构发生了改变 .
  超声应用 超声效应已广泛用于实际,主要有如下几方面:
  ①超声检验.超声波的波长比一般声波要短,具有较好的方向性,而且能透过不透明物质,这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术.超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术 .把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上,从试样透出的超声波携带了被照部位的信息(如对声波的反射、吸收和散射的能力),经声透镜汇聚在压电接收器上,所得电信号输入放大器,利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上.上述装置称为超声显微镜.超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用,在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查,在材料科学中用来显示合金中不同组分的区域和晶粒间界等.声全息术是利用超声波的干涉原理记录和重现不透明物的立体图像的声成像技术,其原理与光波的全息术基本相同,只是记录手段不同而已(见全息术).用同一超声信号源激励两个放置在液体中的换能器,它们分别发射两束相干的超声波:一束透过被研究的物体后成为物波,另一束作为参考波.物波和参考波在液面上相干叠加形成声全息图,用激光束照射声全息图,利用激光在声全息图上反射时产生的衍射效应而获得物的重现像,通常用摄像机和电视机作实时观察.
  ②超声处理.利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应,可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化 、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等,在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用.
  ③基础研究.超声波作用于介质后,在介质中产生声弛豫过程,声弛豫过程伴随着能量在分子各自电度间的输运过程,并在宏观上表现出对声波的吸收(见声波).通过物质对超声的吸收规律可探索物质的特性和结构,这方面的研究构成了分子声学这一声学分支.普通声波的波长远大于固体中的原子间距,在此条件下固体可当作连续介质 .但对频率在1012赫以上的 特超声波 ,波长可与固体中的原子间距相比拟,此时必须把固体当作是具有空间周期性的点阵结构.点阵振动的能量是量子化的 ,称为声子(见固体物理学).特超声对固体的作用可归结为特超声与热声子、电子、光子和各种准粒子的相互作用.对固体中特超声的产生、检测和传播规律的研究,以及量子液体——液态氦中声现象的研究构成了近代声学的新领域——
  声波是属于声音的类别之一,属于机械波,声波是指人耳能感受到的一种纵波,其频率范围为16Hz-20KHz.当声波的频率低于16Hz时就叫做次声波,高于20KHz则称为超声波声波.
  超声波具有如下特性:
  1) 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播.
  2) 超声波可传递很强的能量.
  3) 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象.
  4) 超声波在液体介质中传播时,可在界面上产生强烈的冲击和空化现象.
  超声波是声波大家族中的一员.
  声波是物体机械振动状态(或能量)的传播形式.所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动.譬如,鼓面经敲击后,它就上下振动,这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播,这便是声波.
  超声波是指振动频率大于20KHz以上的,人在自然环境下无法听到和感受到的声波.
  超声波治疗的概念:
  超声治疗学是超声医学的重要组成部分.超声治疗时将超声波能量作用于人体病变部位,以达到治疗疾患和促进机体康复的目的.
  在全球,超声波广泛运用于诊断学、治疗学、工程学、生物学等领域.赛福瑞家用超声治疗机属于超声波治疗学的运用范畴.
  (一)工程学方面的应用:水下定位与通讯、地下资源勘查等
  (二)生物学方面的应用:剪切大分子、生物工程及处理种子等
  (三)诊断学方面的应用:A型、B型、M型、D型、双功及彩超等
  (四)治疗学方面的应用:理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等
  次声波会干扰人的神经系统正常功能,危害人体健康.一定强度的次声波,能使人头晕、恶心、呕吐、丧失平衡感甚至精神沮丧.有人论为,晕车、晕船就是车、船在运行时伴生的次声波引起的.住在十几层高的楼房里的人,遇到大风天气,往往感到头晕、恶心,这也是因为大风使高楼摇晃产生次声波的缘故.更强的次声波还能使人耳聋、昏迷、精神失常甚至死亡.
  从20世纪50年代起,核武器的发展对次声学的建立起了很大的推动作用,使得对次声接收、抗干扰方法、定位技术、信号处理和传播等方面的研究都有了很大的发展,次声的应用也逐渐受到人们的注意.其实,次声的应用前景十分广阔,大致有以下几个方面:
  1.研究自然次声的特性和产生机制,预测自然灾害性事件.例如台风和海浪摩擦产生的次声波,由于它的传播速度远快于台风移动速度,因此,人们利用一种叫“水母耳”的仪器,监测风暴发出的次声波,即可在风暴到来之前发出警报.利用类似方法,也可预报火山爆发、雷暴等自然灾害.
  2.通过测定自然或人工产生的次声在大气中传播的特性,可探测某些大规模气象过程的性质和规律.如沙尘暴、龙卷风及大气中电磁波的扰动等.
  3.通过测定人和其他生物的某些器官发出的微弱次声的特性,可以了解人体或其他生物相应器官的活动情况.例如人们研制出的“次声波诊疗仪”可以检查人体器官工作是否正常.
  4.次声在军事上的应用,利用次声的强穿透性制造出能穿透坦克、装甲车的武器,次声武器——般只伤害人员,不会造成环境污染.
  1890年, 一艘名叫“马尔波罗号”帆船在从新西兰驶往英国的途中,突然神秘地失踪了. 20年后,人们在火地岛海岸边发现了它.奇怪的是:船上的开都原封未动.完好如初.船长航海日记的字迹仍然依稀可辨;就连那些死已多年的船员,也都“各在其位”,保持着当年在岗时的“姿势”;
  1948年初,一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时,一场风暴过后,全船海员莫明其妙地死光;在匈牙利鲍拉得利山洞入口, 3名旅游者齐刷刷地突然倒地,停止了呼吸.
  上述惨案,引起了科学家们的普遍关注,其中不少人还对船员的遇难原因进行了长期的研究.就以本文开头的那桩惨案来说,船员们是怎么死的?是死于天火或是雷击的吗?不是,因为船上没有丝毫燃烧的痕迹;是死于海盗的刀下的吗?不!遇难者遗骸上看到死前打斗的迹象;是死于饥饿干渴的吗?也不是!船上当时贮存着足够的食物和淡水.至于前面提到的第二桩和第三桩惨案,是自杀还是他杀?死因何在?凶手是谁?检验的结果是:在所有遇难者身上,都没有找到任何伤痕,也不存在中毒迹象.显然,谋杀或者自杀之说已不成立.那么,是以及病一类心脑血管疾病的突然发作致死的吗?法医的解剖报告表明,死者生前个个都很健壮!
  经过反复调查,终于弄清了制造上述惨案的“凶手”,是一种为人们所不很了解的次声的声波.次声波是一种每秒钟振动数很少,人耳听不到的声波.次声的声波频率很低,一般均在20赫兹以下,波长却很长,传播距离也很远.它比一般的声波、光波和无线电波都要传得远.例如,频率低于1赫的次声波,可以传到几千以至上万公里以外的地方.1960年,南美洲的智利发生大地震,地震时产生的次声波传遍了全世界的每一个角落!1961年,苏联在北极圈内进行了一次核爆炸,产生的次声波竟绕地球转了5圈之后才消失!
  次声波具有极强的穿透力,不仅可以穿透大气、海水、土壤,而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物,甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下.次声穿透人体时,不仅能使人产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心、心悸、视物模糊,吞咽困难、胃痛、肝功能失调、四肢麻木,而且还可能破坏大脑神经系统,造成大脑组织的重大损伤.次声波对心脏影响最为严重,最终可导致死亡.
  为什么次声波能致人于死呢?
  原来,人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似(0.01~20赫),倘若外来的次声频率与体内脏的振动频率相似或相同,就会引起人体内脏的“共振”,从而使人产生上面提到的头晕、烦躁、耳鸣、恶心等等一系列症状.特别是当人的腹腔、胸腔等固有的振动频率与外来次声频率一致时,更易引起人体内脏的共振,使人体内脏受损而丧命.前面开头提到的发生在马六甲海峡的那桩惨案,就是因为这艘货船在驶近该海峡时,恰遇上海上起了风暴.风暴与海浪摩擦,产生了次声波.次声波使人的心脏及其它内脏剧烈抖动、狂跳,以致血管破裂,最后促使死亡.
  次声虽然无形,但它却时刻在产生并威胁着人类的安全.在自然界,例如太阳磁暴、海峡咆哮、雷鸣电闪、气压突变;在工厂,机械的撞击、摩擦;军事上的原子弹、氢弹爆炸试验等等,都可以产生次声波.
  由于次声波具有极强的穿透力,因此,国际海难救助组织就在一些远离大陆的岛上建立起“次声定位站”,监测着海潮的洋面.一旦船只或飞机失事附海,可以迅速测定方位,进行救助.
  近年来,一些国家利用次声能够“杀人”这一特性,致力次声武器——次声炸弹的研制尽管眼下尚处于研制阶段,但科学家们预言;只要次声炸弹一声爆炸,瞬息之间,在方圆十几公里的地面上,所有的人都将被杀死,且无一能幸免.次声武器能够穿透15米的混凝土和坦克钢板.人即使躲到防空洞或钻进坦克的“肚子”里,也还是一样地难逃残废的厄运.次声炸弹和中子弹一样,只杀伤生物而无损于建筑物.但两者相比,次声弹的杀伤力远比中子弹强得多.