Ультразвук. Область применения и его влияние на организм

Размещено на http://www.allbest.ru/

Приднепровская Государственная Академия строительства и архитектуры

Ультразвук. Область применения и его влияние на организм

Выполнила: ст. гр. ОП-13

Павлюк М.А.

Проверила: Чередниченко Л.А.

Днепропетровск 2015

Содержание

1. Ультразвук. Его рождение

2. Область применения ультразвука

3. Влияние на организм

1. Ультразвук

ультразвук зондирование импульс

Ультразвук -- звуковые волны, имеющие частоту выше воспринимаемых человеческим ухом, обычно, под ультразвуком понимают частоты выше 20 000 Герц.

Хотя о существовании ультразвука известно давно, его практическое использование достаточно молодо. В наше время ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. Так, по скорости распространения звука в среде судят о её физических характеристиках. Измерения скорости на ультразвуковых частотах позволяет с весьма малыми погрешностями определять, например, адиабатические характеристики быстропротекающих процессов, значения удельной теплоёмкости газов, упругие постоянные твёрдых тел.

В 1880 году французские физики, братья Пьер и Поль Кюри, заметили, что при сжатии и растяжении кристалла кварца с двух сторон на его гранях, перпендикулярных направлению сжатия, появляются электрические заряды. Это явление было названо пьезоэлектричеством.

В 1880 году французские физики, братья Пьер и Поль Кюри, заметили, что при сжатии и растяжении кристалла кварца с двух сторон на его гранях, перпендикулярных направлению сжатия, появляются электрические заряды. Это явление было названо пьезоэлектричеством.

Ланжевен попробовал зарядить грани кварцевого кристалла электричеством от генератора переменного тока высокой частоты. При этом он заметил, что кристалл колеблется в такт изменению напряжения. Чтобы усилить эти колебания, ученый вложил между стальными листами-электродами не одну, а несколько пластинок и добился возникновения резонанса - резкого увеличения амплитуды колебаний. Эти исследования Ланжевена позволили создавать ультразвуковые излучатели различной частоты. Позже появились излучатели на основе титаната бария, а также других кристаллов и керамики, которые могут быть любой формы и размеров.

2. Область применения УЗ

Сейчас ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах.

Гидролокация. В конце Первой мировой войны появилась одна из первых практических ультразвуковых систем, предназначенная для обнаружения подводных лодок. Пучок ультразвукового излучения может быть сделан остро направленным, и по отраженному от цели сигналу (эхо-сигналу) можно определить направление на эту цель. Измеряя время прохождения сигнала до цели и обратно, определяют расстояние до нее. К настоящему времени система, именуемая гидролокатором, или сонаром, стала неотъемлемым средством мореплавания. Если направить импульсное ультразвуковое излучение в сторону дна и измерить время между посылом импульса и его возвратом, можно определить расстояние между излучателем и приемником, т.е. глубину. Основанные на этом сложные системы автоматической регистрации применяются для составления карт дна морей и океанов, а также русел рек. Соответствующие навигационные системы атомных подводных лодок позволяют им совершать безопасные переходы даже под полярными льдами.

Дефектоскопия. Зондирование ультразвуковыми импульсами применяется и для исследований свойств различных материалов и изделий из них. Проникая в твердые тела, такие импульсы отражаются от их границ, а также от различных инородных образований в толще исследуемой среды, таких, как полости, трещины и др., указывая на их расположение. Ультразвук “проверяет” материал, не вызывая в нем разрушений. Такими неразрушающими методами контроля проверяют качество массивных стальных поковок, алюминиевых блоков, железнодорожных рельсов, сварных швов машин.

Ультразвуковой расходомер. Принцип действия такого прибора основан на эффекте Доплера. Импульсы ультразвука направляются попеременно по потоку и против него. При этом скорость прохождения сигнала то складывается из скорости распространения ультразвука в среде и скорости потока, то эти величины вычитаются. Возникающая разность фаз импульсов в двух ветвях измерительной схемы регистрируется электронным оборудованием, и в итоге измеряется скорость потока, а по ней и массовая скорость (расход). Этот измеритель не вносит изменений в поток жидкости и может применяться как к потоку в замкнутом контуре, например, для исследований кровотока в аорте или системы охлаждения атомного реактора, так и к открытому потоку, например реки.

Химическая технология. Вышеописанные методы относятся к категории маломощных, в которых физические характеристики среды не изменяются. Но существуют и методы, в которых на среду направляют ультразвук большой интенсивности. При этом в жидкости развивается мощный кавитационный процесс (образование множества пузырьков, или каверн, которые при повышении давления схлопываются), вызывая существенные изменения физических и химических свойств этой среды. Многочисленные методы ультразвукового воздействия на химически активные вещества объединяются в научно-техническую отрасль знаний, называемую ультразвуковой химией. В ней исследуются и стимулируются такие процессы, как гидролиз, окисление, перестройка молекул, полимеризация, деполимеризация, ускорение реакций.

Ультразвуковая пайка. Кавитация, обусловленная мощными ультразвуковыми волнами в металлических расплавах и разрушающая окисную пленку алюминия, позволяет проводить его пайку оловянным припоем без флюса. Изделия из спаянных ультразвуком металлов стали обычными промышленными товарами.

Ультразвуковая механическая обработка. Энергия ультразвука успешно используется при машинной обработке деталей. Поскольку такой метод позволяет обрабатывать очень твердые и хрупкие материалы - стекло, керамику, карбид вольфрама, закаленную сталь. В промышленности также используется много различного ультразвукового оборудования для очистки поверхностей кварцевых кристаллов и оптического стекла, малых прецизионных шарикоподшипников, снятия заусенец с малогабаритных деталей.

Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей. Еще в 1927 году американские ученые Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучению ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла в воде. Подобные эмульсии играют большую роль в промышленности: это лаки, краски, фармацевтические изделия, косметика.

Применение в биологии и медицине. То, что ультразвук активно воздействует на биологические объекты (например, убивает бактерии), известно уже более 70 лет. Ультразвуковые стерилизаторы хирургических инструментов применяются в больницах и клиниках. Электронная аппаратура со сканирующим ультразвуковым лучом служит целям обнаружения опухолей в мозгу и постановки диагноза, используется в нейрохирургии для инактивации отдельных участков головного мозга мощным сфокусированным высокочастотным (порядка 1000 кГц) пучком. Но наиболее широко ультразвук применяется в терапии - при лечении люмбаго, миалгии и контузий, хотя до сих пор среди медиков нет единого мнения о конкретном механизме воздействия ультразвука на больные органы. Высокочастотные колебания вызывают внутренний разогрев тканей, сопровождаемый, возможно, микромассажем.

Обнаружение и измерение с помощью ультразвука. Давление ультразвуковой волны превосходит давление волны обычного звука в тысячи раз и легко обнаруживается с помощью микрофонов в воздухе и гидрофонов в воде. Это даёт возможность применения ультразвука для обнаружения и измерения. Например, ультразвуковой интерферометр.

Генерация ультразвуковых волн. Ультразвук можно получить от механических, электромагнитных и тепловых источников. Механическими излучателями обычно служат разного рода сирены прерывистого действия. В воздух они испускают колебания мощностью до нескольких киловатт на частотах до 40 кГц. Ультразвуковые волны в жидкостях и твердых телах обычно возбуждают электроакустическими, магнитострикционными и пьезоэлектрическими преобразователями.

Сирена одна из разновидностей механических источников ультразвука. Она обладает относительно большой мощностью и применяется в милицейских и пожарных машинах. Все ротационные сирены состоят из камеры, закрытой сверху диском (статором), в котором сделано большое количество отверстий. Столько же отверстий имеется и на вращающемся внутри камеры диске - роторе. При вращении ротора положение отверстий в нем периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подается сжатый воздух, который вырывается из нее в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают. Основная задача при изготовлении сирен - это, во-первых, сделать как можно больше отверстий в роторе и, во-вторых, достичь большой скорости его вращения. Однако практически выполнить оба эти требования очень трудно.

Свисток Гальтона. Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 году англичанин Гальтон. Ультразвук в нём создается подобно звуку высокого тона на острие ножа, когда на него попадает поток воздуха. Роль такого острия в свистке Гальтона играет "губа" в маленькой цилиндрической резонансной полости. Газ, пропускаемый под высоким давлением через полый цилиндр, ударяется об эту "губу"; возникают колебания, частота которых (она составляет около 170 кГц) определяется размерами сопла и губы. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном его применяют для подачи команд при дрессировке собак.

3. Влияние УЗ на организм

Необычное ощущение, которое воспринимается нашим ухом как звук, является действием различного рода колебаний, так называемой плотной среды, в частности воздуха, на слуховой аппарат.

Но не все колебания которые, протекают в среде, вызывают ощущение звука. Наиболее низкие границы, с частотой колебаний которых слуховой аппарат способен распознать звук, является 20 герц.

Самый высокий порог составляет около 16 или 20 тысяч герц. Определение этих границ зависит от индивидуальных изменений.

Ультразвук при воздействии на человеческий организм, способен трансформироваться в тепловую энергию, что вызывает ощущение теплоты при его воздействии. Он вызывает так называемый микро массаж тканей (её сжатие и растяжение), которое благоприятно влияет на кровообращение, что в последствии, улучшает тканевые функции.

При его воздействии улучшаются обменные процессы организма, а также ультразвук оказывает некоторое нервно-рефлекторные воздействие.

Изменения после воздействия ультразвука, отмечаются не только в том месте, где конкретно был применен ультразвук, но и в других отделах организма. При его длительном воздействии, ультразвук способен привести к некоторому разрушению тканей.

Эксперты считают, что его разрушающее действие, связано с так называемым эффектом кавитации. Этот эффект приводит к образованию полостей в жидкости, что приводит к гибели клеток.

Такие полости были определены на экспериментах, поставленных на животных. Результаты показывают, что квитанционные пузырьки образовывались в межклеточном пространстве.

Ультразвук способен убить многие виды микроорганизмов. Способен инактивировать некоторые виды вирусов. Негативно влияет на структуру белков, нарушая ее и в конечном итоге разрушая её полностью. При воздействии ультразвука на молоко, разрушающее его свойство, полностью уничтожает содержание в нем витамина C.

В медицине используется ультразвук в озвучении крови, что приводит к повышению её свойств свертывания. Можно сказать, что ультразвук душит клетки организма. Из-за него клетка не может нормально дышать и производить свои обменные процессы.

Опыты над животными показывают, что интенсивное воздействие ультразвука приводит к сильным болям, облысению, некоторые ожоги, помутняется роговица глаза и хрусталика, серьезные нарушения биохимического характера, гемолиз, а воздействии высоких частот, наступает смерть в следствии мелких кровоизлияний в различных органах организма

Экспериментальные данные показывают, что ультразвук может серьезно повлиять на восприимчивость слухового аппарата. Эксперты полагают, что большой процент населения Соединенных Штатов, имеющие нарушение слуха, связано с воздействием звуковых установок имеющее большое распространение на территории страны.

Лица, которые долго были подвержены воздействию ультразвука, ощущают некоторую сонливость и утомленность.

Противопоказано озвучивать растущий организм, половые органы, сердце. Это может вызвать крайне негативные последствия, связанные с нарушением сердечно-сосудистой деятельностью. Применение ультразвука также противопоказано при некоторых заболеваниях, а также при беременности.

В связи с возрастанием использования ультразвука, некоторые люди по неволе подвержены его воздействию. Для предотвращения негативных изменений в организме, следует проходить обследования и при наличии воздействия ультразвука, совершать профилактику для нейтрализации дальнейших изменений.

Размещено на Allbest.ru