声音是一种介质(如空气或水)的压力振荡。声音的波长随温度、介质和初始能量而变化。超声波是指超过人类听力范围的波长,约20000千赫。许多超声波应用利用声音的机械振动破坏细胞或颗粒结构。其他应用则利用声波的反射来探测或观察物体。
超声波应用源于声音的特性。声音不是光;它由气体或液体的机械振动组成,而光具有电磁性质。波从点源三维传播,在传播过程中能量消散,振幅减小。密度较低的介质(如气体)比液体传播声波的距离更远。固体通过波在一个表面上的冲击和气体或液体在固体另一个表面上的物理移动来传导声音。。
声波的物理冲击改善了实验室和商业规模超声波应用中固液混合物的一致性。均化是通过减小固体颗粒尺寸、分散固体或颗粒团聚体的破碎来实现的。声波的超高频能量会在液体中产生气穴。气蚀是在高压和低压交替区域发生的,它会导致微气泡的形成和剧烈的破裂。
生物实验室利用超声波的机械力分解细胞并分离细胞器,这些细胞器是细胞内的小组成部分。可以从细胞液中提取有用的生物化合物。同样,超声波破坏细胞也可以作为一种灭菌技术。清洗实验室器皿中的顽固有机物或矿物质沉积物通常是通过在超声波浴中浸泡工件来完成的。
声化学利用超声应用的剧烈空化混合来促进化学反应。由于反应物的混合增加或混合相催化剂的活性增加,反应速度增加。这项技术的商业应用包括将植物油转化为生物柴油。
其他超声波应用利用了声音的波动特性。声音从固体表面反射出来,可以被天线接收。许多超声应用在医学领域提供诊断信息,以帮助评估胎儿、肿瘤和损伤。这些非侵入性检查简单、无痛且便宜。
声纳利用声音作为测距装置,通过发射和接收波能来定位物体。波长可能从次声到超声波不等。测距应用被军事单位用于目标捕获、导航和安全。渔民经常使用声纳来帮助定位鱼群。无人机和机器人可以通过超声波命令进行控制。
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