Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - Häfte 52. 30 dec. 1939 - Om ultraljud, av Ernst Fredlund
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Teknisk. Tidskrift
hållfastheten är 13 kg/mm2 och tryckhållfastheten
160, är tydligen draghållfastheten bestämmande. Om
man räknar med tiofaldig säkerhet som
utmattnings-marginal, erhålles ur elasticitetsmodulen, att den
maximala amplituden uppgår till 0,75 X 10—4 X d.
Införes detta värde i den nyssnämnda formeln på
re-sonansamplituden, erhålles för en kristalltjocklek på
1 cm den maximala spänningen 85 000 Y.
Det framgår härur, att höga spänningar äro
erforderliga, ifall man strävar efter att uppnå höga
ultra-Ijudintensiteter. Byggandet av en piezoelektrisk
generator är sålunda förknippat med vissa svårigheter.
Schematiskt uppbygges sändaren på sådant sätt, att
en elektronrörsgenerator via en teslatransformator
kopplas till en svängningskrets, som innehåller
kvartskristallen. För att erhålla större effekter
måste självfallet röret i elektronrörsgeneratorn vara
ett kraftigt dimensionerat sändarerör, avsett för en
anodspänning på några tusental voit.
Den maximala ultraljudintensitet, som utan
alltför stora svårigheter kan uppnås, ligger vid ca 10
W/cm2. Vid dylika stora effekter måste man arbeta
med kristallen nedsänkt i olja. Är kristallens
svängningsriktning vertikal, erhålles då en oljefontän över
den svängande kristallen på en höjd upp till 7—8
cm. Den av kristallen utstrålade
ultraljudeffekten/cm2 kan bestämmas ur det empiriska uttrycket
l = 0,009 U2 (ü i kV) eller jämförelsevis enkelt
mätas kalorimetriskt.
Kristallens egenfrekvens beräknas lätt ur de
elektriska konstanterna. För en kristall av tjockleken
d cm skuren vinkelrätt mot symmetriaxeln erhålles
varur vid resonans
/11»)
• elcktr. = 105
(j {mm)
Med en kristallplatta av tjockleken ! l.:s mm erhålles
en grundfrekvens på 200 kHz. Genom att arbeta
med tunnare kristaller är det möjligt att direkt
komma upp till ca 50 000 kHz. Denna frekvens är
emellertid långt ifrån den högsta, som kan uppnås. I
stället för att låta kvartsplattan svänga i sin
grundsvängning kan man utan några större svårigheter
låta den utföra en översvängning. Det är möjligt på
detta sätt att vid en och samma kvartsplatta generera
ultraljud dels med grundsvängningens frekvens och
dels successivt med frekvenser svarande mot några
hundratal övertoner. I allmänhet är det dock endast
de udda övertonerna, vilka äro möjliga att generera.
Med ultraljudsändare av den piezoelektriska typen
är det möjligt att arbeta med stora effekter: upp till
2 kW tillförd elektrisk effekt. Det är kvartsens
mekaniska och elektriska hållfasthet, som i själva
verket sätter gränsen för vad som kan uppnås. Den
piezoelektriska ultraljudsändaren utmärker sig
dessutom för en utomordentlig frekvenskonstans. Dessa
omständigheter tillsammans ha bidragit att för
vetenskapliga undersökningar den piezoelektriska
ultraljudgeneratorn blivit förhärskande.
Det framhölls tidigare, att tryckvariationerna och
täthetsvariationerna i en ultraljudvåg kunna nå
mycket höga belopp. Detta ger en möjlighet att experi-
mentellt studera ultraljudet. Täthetsvariationerna
motsvaras nämligen av variationer i mediets
brytningsindex, och man kan sålunda genom belysning
av mediet antingen direkt observera eller fotografera
ultraljudet. Speciellt vid vätskor har denna metod
fått. stor användning, tv i detta fall äro
täthetsvariationerna och därmed också variationerna i
brytningsindex mycket stora. Denna metod låter använda sig
både på en ultraljudvåg, som fritt utbreder sig, och
på en stående våg. Emellertid finna vi vid sidan
härav ytterligare rika möjligheter för optiskt
studium av ultraljud.
Sålunda upptäckte Debye och Sears samt Lucas
och Biquard 1932 oberoende av varandra, att vid
ljudvågor, som utbreda sig i vätskor, en böjning av ljuset
uppträder, som ger upphov till fullt liknande
böjningsföreteelser hos ljuset som vanliga optiska gitter.
Denna upptäckt har givit impulsen till ett stort
antal undersökningsmetoder över ultraljud. Ljuset från
en ljuskälla göres parallellt och får genomsätta
ultraljudfältet, som alstras i en rektangulär kyvett. För
de vid interferens uppträdande ljusmaxima gäller
den vanliga optiska lagen, att
sin ak = Aj A.
där ak är avböjningsvinkeln för /c:te
interferens-maximet och X resp. A äro ljusets och ljudets
våglängder. Även denna metod kan användas både på
stående och fortskridande vågor. 1 det senare fallet
uppträder på grund av att gittret rör sig med
ljudhastigheten en dopplereffekt hos ljuset.
Den experimentella bestämningen av denna
dopplereffekt är icke möjlig med vanliga spektroskopiska
eller interferensmetoder på grund av att ändringen
av ljusvåglängden, som lätt kan visas, för
ultraljudvågor med en frekvens av ca 1 000 000 Hz endast är
av storleksordningen 10—5 Å. Lutfi Ali har därför
använt Malinkowski-Scheins metod med magnetisk
avstämning av kvicksilvrets resonanslinje 2 537 Å,
enligt vilken metod våglängdsändringar på 10—0 Å
kunna påvisas. Frekvensförskjutningen hos linjen
2 537 genom dopplereffekten yttrar sig som
minskning av dess absorption i ett absorptionskärl
innehållande kvicksilverånga. Man kan sålunda först
bestämma minskningen av absorptionen på grund av
dopplereffektens inflytande på linjen 2 537 och sedan
jämföra denna effekt med den minskning i
absorption, som erhålles, när emissionslinjen lämnas
oförändrad och absorptionen avstämmes med hjälp av
Zeemaneffekten. Ali erhöll på detta sätt vid en
ljudfrekvens 7,6 X 10° IIz en våglängdsändring på
1.6 X 10—5 Å, medan teorien fordrar 1,6 X 10—6.
För ljudets utbredningshastighet i en vätska gäller
V Qß,s V Qßaa
där x är förhållandet GpjCv och ß kompressibiliteten
samt index is resp. ad betecknar, att ß gäller för en
isoterm resp. adiabatisk förändring. Det framgår
härur, att man genom bestämning av ljudhastigheten
och den jämförelsevis lätt bestämbara storheten Cp
kan beräkna den isoterma kompressionen,
differensen Cp—C,„ tillväxten i inre energi med volymen vid
konstant temperatur osv. Inom ultraljudområdet är
en noggrann bestämning av ljudhastigheten jäm-
577
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
