И его применение ТРОФИМОВА

Ультразвук

По своей природе ультразвук представля­ет собой упругие волны, и в этом он не отличается от звука (см. §158). Однако ультразвук, обладая высокими частотами (v.>20 кГц) и, следовательно, малыми длинами волн, характеризуется особыми свойствами, что позволяет выделить его и отдельный класс явлений. Из-за малых длин волн ультразвуковые волны, как и спет, могут быть получены в виде строго направленных пучков.

Для генерации ультразвука использу­ются в основном два явления.

Обратный пьезоэлектрический эффект (см. также §91) —это возникновение де­формации в вырезанной определенным об­разом кварцевой пластинке (в последнее время вместо кварца применяется титанат бария) под действием электрического по­ля. Если такую пластинку поместить в вы­сокочастотное переменное поле, то можно вызвать се вынужденные колебания. При резонансе на собственной частоте пластинки получают большие амплитуды колебаний и, следовательно, большие ин­тенсивности излучаемой ультразвуковой полны. Идея кварцевого ультразвукового генератора принадлежит французскому фишку П. Ланжевену (1872—1946).

Магиитострикция — это возникнове­ние деформации в ферромагнетиках под действием магнитного поля. Поместив ферромагнитный стержень (например, из никеля пли железа) в быстропеременное магнитное поле, возбуждают его механи­ческие колебания, амплитуда колебаний которых максимальна в случае резонанса.

Ультразвук. ироко используются

я и волны

в технике, например для направленной подводной сигнализации, обнаружения подводных предметов и определения глубин (гидролокатор, эхолот). Например, в эхолоте от пьезокварцевого генератора, укрепленного на судне, посылаются направленные ультразвуковые сигналы, которые, достигнув дна, отражаются от него и возвращаются обратно. Зная скорость их распространения в воде и определяя время прохождения (от подачи до воз­вращения) ультразвукового сигнала, мож­но вычислить глубину. Прием эха также производится с помощью пьезокварца. Звуковые колебания, дойдя до пьезокварца, вызывают в нем упругие колебания, в результате чего на противоположных поверхностях кварца возникают электрические заряды, которые измеряются.

Если пропускать ультразвуковой сигнал через исследуемую деталь, то можно обнаружить в ней дефекты по характерному рассеянию пучка и по появлению ультразвуковой тени. На этом принципе со­здана целая отрасль техники — ультразвуковая дефектоскопия, начало которой положено С. Я. Соколовым (1897 1957). Применение ультразвука легло также в основу новой области акустики •* акустоэлектроники, позволяющей на ее основе разрабатывать приборы для обработки сигнальной информации в микрорадиоэлектронике.

Ультразвук применяют для воздействия на различные процессы (кристаллиза­цию, диффузию, тепло- и массообмен в металлургии и т. д.) и биологические объекты (повышение интенсивности процессов обмена и т.д.), для изучения физических свойств веществ (поглощения, структуры вещества и т.д.). Ультразвук использует ся также для механической обработки очень твердых и очень хрупких тел, и ме дицине (диагностика, ультразвуковая хн рургия, микромассаж тканей) и т. д,

[1] Формула (3) справедлива и в случае, когда заряд движется с ускорением, однако только на достаточно малых расстояниях r от заряда (малых настолько, что за время r/c скорость заряда заметно не меняется).

[2] вывод см в Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма: уч. пос. для студентов вузов. – М.: ВШ, 1991. – 288 с.

[3] В формуле (11) вместо буквы а обычно пишут r, т.к. обычно расстояние от проводника до рассматриваемой точки обозначают буквой r.

[4] формула удобнее в применении, чем

[5] Заметим, что это выражение можно получить и с помощью формул преобразования полей (Глава Относительность эл и магн полей в Иродове)

[6] аналогичная задача: Длинный цилиндр объемом V имеет две обмотки (одна на другой). Одна обмотка содержит n₁ витков на единицу длины, другая — n₂. Найти их взаимную индуктивность, пренебрегая краевыми эффектами. В случае наличия ферромагнитной среды необходимо учесть, что магнитная проницаемость

Дата добавления: 2014-01-20