O século 21 é o século da eletrônica de rádio, do átomo, da exploração espacial e do ultrassom. A ciência do ultra-som é relativamente jovem hoje. No final do século 19, P. N. Lebedev, um fisiologista russo, realizou seus primeiros estudos. Depois disso, muitos cientistas eminentes começaram a estudar ultra-som.
O que é ultrassom?
Ultrassom é um movimento oscilatório ondulante de propagação que as partículas do meio fazem. Possui características próprias, nas quais difere dos sons da faixa audível. É relativamente fácil obter radiação direcionada na faixa ultrassônica. Além disso, foca bem, e como resultado disso, a intensidade das oscilações feitas aumenta. Ao se propagar em sólidos, líquidos e gases, o ultrassom dá origem a fenômenos interessantes que encontraram aplicação prática em muitas áreas da tecnologia e da ciência. Isso é o ultrassom, cujo papel em várias esferas da vida hoje é muito grande.
O papel do ultrassom na ciência e na prática
Ultrassom nos últimos anos começou a jogar na pesquisa científicaum papel cada vez mais importante. Estudos experimentais e teóricos na área de fluxos acústicos e cavitação ultrassônica foram realizados com sucesso, o que permitiu aos cientistas desenvolver processos tecnológicos que ocorrem quando expostos ao ultrassom na fase líquida. É um método poderoso para estudar vários fenômenos em um campo de conhecimento como a física. O ultra-som é usado, por exemplo, na física de semicondutores e de estado sólido. Hoje, um ramo separado da química está sendo formado, chamado "química ultrassônica". Sua aplicação permite acelerar muitos processos químico-tecnológicos. Nascia também a acústica molecular - um novo ramo da acústica que estuda a interação molecular das ondas sonoras com a matéria. Surgiram novas áreas de aplicação do ultrassom: holografia, introscopia, acustoeletrônica, medição de fase ultrassônica, acústica quântica.
Além do trabalho experimental e teórico nesta área, muito trabalho prático tem sido feito hoje. Foram desenvolvidas máquinas ultrassônicas especiais e universais, instalações que operam sob pressão estática aumentada, etc. As instalações ultrassônicas automáticas incluídas nas linhas de produção foram introduzidas na produção, o que pode aumentar significativamente a produtividade do trabalho.
Mais sobre ultrassom
Vamos falar mais sobre o que é o ultrassom. Já dissemos que são ondas elásticas e oscilações. A frequência do ultra-som é superior a 15-20 kHz. As propriedades subjetivas de nossa audição determinam o limite inferior das frequências ultrassônicas, quesepara-o da frequência do som audível. Esse limite, portanto, é condicional, e cada um de nós define de maneira diferente o que é o ultrassom. O limite superior é indicado por ondas elásticas, sua natureza física. Eles se propagam apenas em um meio material, ou seja, o comprimento de onda deve ser significativamente maior que o caminho livre médio das moléculas presentes no gás ou as distâncias interatômicas em sólidos e líquidos. À pressão normal em gases, o limite superior das frequências ultrassônicas é 109 Hz, e em sólidos e líquidos - 1012-10 13 Hz.
Fontes ultrassônicas
O ultra-som é encontrado na natureza tanto como componente de muitos ruídos naturais (cachoeira, vento, chuva, seixos rolados pela arrebentação, bem como nos sons que acompanham as trovoadas, etc.), e como parte integrante da o mundo animal. Algumas espécies de animais o utilizam para orientação no espaço, detecção de obstáculos. Sabe-se também que os golfinhos utilizam o ultrassom na natureza (principalmente frequências de 80 a 100 kHz). Nesse caso, a potência dos sinais de localização emitidos por eles pode ser muito grande. Golfinhos são conhecidos por serem capazes de detectar cardumes de peixes até um quilômetro de distância.
Os emissores (fontes) de ultrassom são divididos em 2 grandes grupos. O primeiro são os geradores, nos quais as oscilações são excitadas devido à presença de obstáculos neles instalados no caminho de um fluxo constante - um jato de líquido ou gás. O segundo grupo no qual as fontes de ultrassom podem ser combinadas étransdutores eletroacústicos que convertem determinadas flutuações de corrente ou tensão elétrica em uma vibração mecânica produzida por um corpo sólido que irradia ondas acústicas para o ambiente.
Receptores de ultrassom
Em médias e baixas frequências, os receptores ultrassônicos são na maioria das vezes transdutores eletroacústicos do tipo piezoelétrico. Eles podem reproduzir a forma do sinal acústico recebido, representado como uma dependência temporal da pressão sonora. Os dispositivos podem ser de banda larga ou ressonantes, dependendo das condições de aplicação a que se destinam. Os receptores térmicos são usados para obter as características do campo sonoro com média de tempo. São termistores ou termopares revestidos com uma substância absorvente de som. A pressão e a intensidade do som também podem ser estimadas por métodos ópticos, como a difração da luz por ultrassom.
Onde o ultrassom é usado?
Existem muitas áreas de sua aplicação, usando diferentes recursos de ultrassom. Essas áreas podem ser divididas em três áreas. O primeiro deles está relacionado com a obtenção de várias informações por meio de ondas ultrassônicas. A segunda direção é sua influência ativa na substância. E o terceiro está relacionado à transmissão e processamento de sinais. O US de uma determinada faixa de frequência é usado em cada caso. Abordaremos apenas algumas das muitas áreas em que ele encontrou seu caminho.
Limpeza Ultrassônica
A qualidade desta limpeza não pode ser comparada com outros métodos. Ao enxaguar peças, por exemplo, até 80% dos contaminantes permanecem em sua superfície, cerca de 55% - com limpeza por vibração, cerca de 20% - com limpeza manual e com limpeza ultrassônica, não permanecem mais que 0,5% de contaminantes. Detalhes que têm uma forma complexa podem ser bem limpos apenas com a ajuda de ultra-som. Uma importante vantagem de seu uso é a alta produtividade, bem como os baixos custos de mão de obra física. Além disso, você pode substituir solventes orgânicos caros e inflamáveis por soluções aquosas baratas e seguras, usar freon líquido, etc.
Um problema sério é a poluição do ar com fuligem, fumaça, poeira, óxidos metálicos, etc. Você pode usar o método ultrassônico de limpeza de ar e gás nas saídas de gás, independentemente da umidade e temperatura ambiente. Se um emissor ultrassônico for colocado em uma câmara de deposição de poeira, sua eficiência aumentará centenas de vezes. Qual é a essência de tal purificação? Partículas de poeira que se movem aleatoriamente no ar se chocam com mais força e mais frequentemente sob a influência de vibrações ultrassônicas. Ao mesmo tempo, seu tamanho aumenta devido ao fato de se fundirem. A coagulação é o processo de aumento de partículas. Filtros especiais capturam seus grupos ponderados e ampliados.
Usinagem de materiais quebradiços e super duros
Se você entrar entre a peça de trabalho e a superfície de trabalho da ferramenta usando ultra-som, material abrasivo, as partículas abrasivas durante a operaçãoemissor afetará a superfície desta peça. Nesse caso, o material é destruído e removido, submetido a processamento sob a ação de diversos micro-impactos direcionados. A cinemática do processamento consiste no movimento principal - o corte, ou seja, as vibrações longitudinais feitas pela ferramenta, e o auxiliar - o movimento de avanço que a máquina realiza.
Ultrasound pode fazer vários trabalhos. Para grãos abrasivos, a fonte de energia são as vibrações longitudinais. Eles destroem o material processado. O movimento de alimentação (auxiliar) pode ser circular, transversal e longitudinal. O processamento ultrassônico é mais preciso. Dependendo do tamanho do grão do abrasivo, varia de 50 a 1 mícron. Usando ferramentas de várias formas, você pode fazer não apenas furos, mas também cortes complexos, eixos curvos, gravar, retificar, fazer matrizes e até perfurar um diamante. Materiais usados como abrasivo - corindo, diamante, areia de quartzo, sílex.
Ultrassom em eletrônica de rádio
Ultrassom em tecnologia é frequentemente usado no campo da eletrônica de rádio. Nesta área, muitas vezes torna-se necessário atrasar um sinal elétrico em relação a algum outro. Os cientistas encontraram uma boa solução sugerindo o uso de linhas de atraso ultrassônicas (LZ para abreviar). Sua ação é baseada no fato de que os impulsos elétricos são convertidos em vibrações mecânicas ultrassônicas. Como isso acontece? O fato é que a velocidade do ultrassom é significativamente menor do que a desenvolvida por oscilações eletromagnéticas. Pulsotensão após a transformação reversa em vibrações elétricas mecânicas será atrasada na saída da linha em relação ao pulso de entrada.
Transdutores piezoelétricos e magnetostritivos são usados para converter vibrações elétricas em mecânicas e vice-versa. LZ, respectivamente, são divididos em piezoelétricos e magnetostritivos.
Ultrassom na medicina
Diferentes tipos de ultra-som são usados para influenciar os organismos vivos. Na prática médica, seu uso agora é muito popular. Baseia-se nos efeitos que ocorrem nos tecidos biológicos quando o ultra-som passa por eles. As ondas provocam flutuações nas partículas do meio, o que cria uma espécie de micromassagem tecidual. E a absorção do ultra-som leva ao seu aquecimento local. Ao mesmo tempo, certas transformações físico-químicas ocorrem em meios biológicos. Esses fenômenos não causam danos irreversíveis no caso de intensidade sonora moderada. Eles apenas melhoram o metabolismo e, portanto, contribuem para a atividade vital do corpo exposto a eles. Tais fenômenos são usados na terapia de ultra-som.
Ultrassom em cirurgia
Cavitação e forte aquecimento em altas intensidades levam à destruição do tecido. Este efeito é usado hoje em cirurgia. O ultra-som focalizado é utilizado para operações cirúrgicas, o que permite a destruição local nas estruturas mais profundas (por exemplo, o cérebro), sem danificar as vizinhas. O ultra-som também é usado em cirurgiaferramentas em que a extremidade de trabalho se parece com uma lima, bisturi, agulha. As vibrações impostas a eles conferem novas qualidades a esses instrumentos. A força necessária é significativamente reduzida, portanto, o traumatismo da operação é reduzido. Além disso, manifesta-se um efeito analgésico e hemostático. O impacto com um instrumento contundente usando ultrassom é usado para destruir certos tipos de neoplasias que apareceram no corpo.
O impacto nos tecidos biológicos é realizado para destruir microrganismos e é utilizado nos processos de esterilização de medicamentos e instrumentos médicos.
Pesquisa de órgãos internos
Principalmente estamos falando do estudo da cavidade abdominal. Para este fim, um aparelho especial é usado. O ultrassom pode ser usado para encontrar e reconhecer vários tecidos e anomalias anatômicas. O desafio geralmente é o seguinte: há suspeita de malignidade e precisa ser diferenciada de uma lesão benigna ou infecciosa.
Ultrassom é útil no exame do fígado e para outras tarefas, que incluem a detecção de obstruções e doenças dos ductos biliares, bem como o exame da vesícula biliar para detectar a presença de cálculos e outras patologias na mesma. Além disso, testes para cirrose e outras doenças hepáticas benignas difusas podem ser usados.
Na área da ginecologia, principalmente na análise dos ovários e útero, o uso do ultrassom é antigoa direção principal em que é realizado com especial sucesso. Muitas vezes, a diferenciação de formações benignas e malignas também é necessária aqui, o que geralmente requer o melhor contraste e resolução espacial. Conclusões semelhantes podem ser úteis no estudo de muitos outros órgãos internos.
O uso do ultrassom na odontologia
Ultrassom também chegou à odontologia, onde é usado para remover o tártaro. Ele permite que você remova rapidamente, sem sangue e sem dor, a placa e a pedra. Ao mesmo tempo, a mucosa oral não é lesada e os "bolsões" da cavidade são desinfetados. Em vez de dor, o paciente experimenta uma sensação de calor.
