Page 155 - 6374
P. 155
швидкість якої залежить від в’язкості середовища, інтенсивності ультразвуку та його
частоти.
До важливих нелінійних явищ, що виникають при поширенні інтенсивних
ультразвукових хвиль у рідинах, належить акустична кавітація. Це явище полягає в тому, що
при випромінюванні у рідину інтенсивних звукових хвиль з амплітудою звукового тиску, яка
перевищує деяку величину, протягом півперіодів розріджень виникають кавітаційні
бульбашки. При їх захлопуванні протягом півперіодів стискання створюються короткочасні
імпульси тиску, які здатні руйнувати навіть досить міцні матеріали. Інтенсивність, яка
відповідає пороговому значенню амплітуди звукового тиску, при якій виникає явище
кавітації, залежить від природи рідини, частоти звуку, температури та інших факторів.
Для одержання ультразвукових хвиль застосовують різні пристрої, які можна
поділити на дві групи: механічні і електромеханічні. Механічні джерела ультразвуку являють
собою повітряні та рідинні свистки і сирени. Основними випромінювачами ультразвуку є
електромеханічні джерела, які здатні перетворювати електричні коливання в механічні. До
них належать електродинамічні, п’єзоелектричні і магнітострикційні випромінювачі.
Електродинамічні джерела використовуються для генерування низькочастотних
ультразвукових і звукових коливань. Найбільш широкого застосування набули
п’єзоелектричні і магнітострикційні джерела ультразвуку.
У природі існує багато кристалічних речовин (сегнетоелектрики – кварц, сегнетова
сіль, турмалін, титанат барію та ін.), які при деформаціях розтягу або стиску у певних
напрямах поляризуються, тобто на протилежних гранях виникає різниця потенціалів,
пропорційна механічній напрузі. Це явище називають прямим п’єзоелектричним ефектом.
Поряд з п’єзоелектричним ефектом існує і протилежне явище. Якщо пластинку з такої
речовини розмістити між електродами, до яких приєднано джерело змінної напруги, то
пластинка під дією електричного поля буде періодично то видовжуватися, то скорочуватися.
Це явище називають оберненим п’єзоелектричним ефектом. Робота п’єзоелектричних
джерел ультразвуку ґрунтується на оберненому п’єзоелектричному ефекті, оскільки
коливання поверхні пластинки збуджують у середовищі ультразвукові хвилі. Якщо частота
коливань напруги, прикладеної до пластинки, збігається з її власною частотою коливань, то
настає резонанс, і амплітуда вимушених коливань пластинки досягає максимуму. При цьому
утворюються поздовжні хвилі, вузли яких будуть на кінцях пластинки.
Розташування хвиль і електричних зарядів у кварцовій пластинці схематично
зображено на рис. 13. З рисунка випливає, що коливання виникатимуть за умови, коли в
пластинці вміщається непарна кількість півхвиль. З цієї умови знаходимо частоти, які може
випромінювати пластинка:
