Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - Häfte 36. 7 sept. 1940 - Om ultraljudets verkningar och tillämpningsmöjligheter, 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 been proofread at least once.
(diff)
(history)
Denna sida har korrekturlästs minst en gång.
(skillnad)
(historik)
Teknisk Tidskri ft
tillgripa särskilda åtgärder, exempelvis ökat statiskt
tryck. I samma riktning som dylika åtgärder verkar
också det förhållandet, att det ljudtryck, vid vilket
kavitation uppträder, är frekvensberoende på sådant
sätt, att det växer med frekvensen. Den hittills
uppnådda gränsen för ljudintensitet i vätskor ligger
sålunda väsentligt högre än 0,3 W/cm2 nämligen vid
ca 10 W/cm2.
Ehuru sålunda den realiserbara ljudintensiteten i
en vätska är underkastad en viss begränsning (med
hänsyn till det maximalt tillåtna värdet på
ljudtrycket), gäller dock tydligen, att de uppträdande
accelerationerna växa med frekvensen även vid konstant
intensitet. Accelerationer upp till ca 10s cgs ligga
sålunda inom möjligheternas gräns. De
tröghetskrafter, som exempelvis påverka i vätskan svävande
partiklar, äro självfallet även de frekvensberoende.
Man kan av denna anledning vänta sig karakteristiska
effekter. Samma gäller även i det fall, där det för
ultraljud utsatta systemet innehåller karakteristiska
egensvängningar av ultraljudfrekvens;
resonansfeno-nien kunna då uppträda.
Den korta våglängden har även andra följder, bl. a.
den, att vid ett och samma ljudtryck
ljudtrycksgra-dienten och partikelhastighetsgradienten växa med
frekvensen, varigenom större sönderslitande
verkningar kunna uppstå vid högre frekvenser. Speciella
fenomen böra även kunna uppträda, när våglängden
blir jämförbar med någon storhet, karakteristisk för
strukturen i den bestrålade substansen.
Som avslutning på denna korta översikt över
ultraljudets karakteristiska egenskaper må erinras om, att
fysikaliskt sett ingen artskillnad utan endast en
gradskillnad existerar mellan ultraljud och hörbart
ljud. Denna omständighet manifesterar sig bl. a.
däri, att många av de fenomen, som först upptäcktes
med hjälp av ultraljud med hög effekt, sedermera
även kunnat påvisas med kraftiga ljudsändare.
Innan vi övergå till det egentliga ämnet, skola vi
för sammanhangets skull göra ytterligare en avvikelse
och därvid i korthet erinra om de primära,
fysikaliska företeelser, som äro av speciell vikt i samband
med ultraljudets verkningar.
I första rummet bör härvid kavitationen nämnas.
Kavitation uppträder i vätskor i förtunningsfasen,
när ljudtrycket blir tillräckligt stort. I
förtätningsfasen bryta hålrummen samman åtföljt av en mycket
hög, lokal energikoncentration. Den starka
förstörande verkan, som kan uppträda som en följd av
kavitation, är väl känd, bl. a. från turbintekniken. Som
en följd av hålrumsbildningen kunna även elektriska
effekter uppträda (vattenfallselektricitet). Vid
hålrumsbildningen kunna gaser, som äro lösta i vätskan,
diffundera in i hålrummen och där förena sig till
gasblåsor, varigenom en avgasning av vätskan äger rum.
Även i de fall, att kavitation ej uppträder, kan
avgasning erhållas, därigenom att gaserna frigöras i
förtunningsfasen. Speciellt lätt uppträder
avgasningen i stående vågor.
Betydande verkningar kunna förorsakas av
svängande gasblåsor. En gasblåsa i en vätska
representerar nämligen ett system i stånd att utföra periodiska,
mekaniska svängningar. Den elastiska kraften
utgöres av den inneslutna gasens fjäderverkan och
massan av den medsvängande vätskemassan. Blåsans
diameter är omvänt proportionell mot
resonansfrekvensen. För en luftblåsa i vatten är
resonansfrekvensen 106 Hz för en diameter av 4 ß. Enligt
beräkningar kan vid och ovanför resonansfrekvensen
det lokala trycket i omgivningen av en svängande
gasblåsa överstiga det statiska trycket ca 15 000 ggr.
Det är tydligt, att man av denna orsak kan vänta
kraftiga inflytanden bl. a. på levande organismer.
I ett ultraljudfält uppträda olika ponderomotoriska
krafter, som kunna sätta i mediet uppslammade
partiklar i rörelse. I stående vågor är sålunda i
svängningsbukarna tidsmedelvärdet av trycket ett
undertryck, vilket ger upphov till strömningar i mediet.
Dessa strömningar påverka i sin tur de uppslammade
partiklarna. Vidare har man att räkna med de av
Bierknes först påvisade hydrodynamiska
fjärrkrafter-na, vilka yttra sig som en attraktionskraft mellan
närbelägna svängande partiklar. I sista hand tillkommer
också ljudstrålningstrycket.
En inverkan av ljudvågor representerar en
mekanisk växelpåkänning. Liknande effekter, som
erhållas vid dylika, äro sålunda även här att vänta.
Utmattningsföreteelser såsom uppluckring av
kristallstrukturen hos ferromagnetiskt material och
snabbåldring av glas ha påvisats liksom också inflytanden
parallella med dem, som erhållas med mekaniska
skakningar.
Även ultraljudets termiska verkningar måste
beaktas. De termiska verkningarna sammanhänga icke.
med den periodiska, adiabatiska
temperaturvariationen i ljudvågen, ty denna är även vid de kraftigaste
ultraljud vågor otillräckliga för att utlösa några
anmärkningsvärda verkningar. De bero i stället på
absorption av ultraljudenergi i mediet och på
friktionsverkningar vid gränsytor. De härav förorsakade
temperaturstegringarna kunna nå betydande värden.
Redan Wood och Loomis redogöra för ett belysande
exempel. En termometer hölls mellan ett par fingrar
och neddoppades i en vätska, bestrålad med intensivt
ultraljud, varvid vätskans temperatur avlästes till
25°C. Den person, som höll i termometern kände,
trots den låga temperaturen, starka brännsmärtor i
fingrarna, som också mycket riktigt blevo
brännska-dade. Liknande termiska effekter kunna även
erhållas med intensiva ljudvågor. Om bomull och
liknande poröst material införes i det intensiva ljudfältet
i omedelbar närhet av resonatorn på en
Hartmannge-nerator, sker antändning så gott som omedelbart.
Om nian närmar handen till samma ljudkälla och
pressar ihop fingrarna, känner man mellan fingrarna
en intensiv, brännande smärta.
Förutom vid kavitationen kan man vänta, att
elektriska effekter böra uppträda som en följd av
friktionselektricitet, alstrad vid svängande luftblåsor.
Luminiscensfenomen lia i överensstämmelse härmed
också kunnat påvisas i ett flertal vätskor. Det är
sannolikt, att kemiska effekter kunna uppträda som
en följd av de av ultraljudet framkallade, elektriska
effekterna, men samtliga dessa problem vänta ännu
på närmare utforskning.-
De områden, inom vilka med ultraljudforskningens
hjälp nya intressanta resultat vunnits och inom vilka
ett praktiskt utnyttjande av ultraljudet förefaller
vara möjligt, äro till sin natur synnerligen växlande.
En uppräkning av de olika viktigaste områdena be-
350
14 sept. 1940
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>