Bạn đang xem: Sóng siêu âm là gì? Có tần số bao nhiêu? Tại DongnaiArt

Sóng siêu âm là sóng xuất hiện trong tự nhiên nhưng việc khám phá ra chúng có thể mang lại những lợi ích to lớn cho con người. Cho đến nay, sóng này được ứng dụng rộng rãi trong: y học, tẩy rửa, quân sự,… Vậy sóng siêu âm là gì và chúng có những đặc điểm gì mà có thể ứng dụng vào các ngành trên? ?

Siêu âm là gì? Có bao nhiêu tần số?

Siêu âm hay siêu âm có nguồn gốc từ tiếng Latin “ultra” (có nghĩa là vượt ra ngoài) và “sonic” (có nghĩa là âm thanh). Thuật ngữ này được sử dụng để mô tả các sóng âm thanh rung động nhanh hơn tai người có thể phát hiện ra chúng.

Siêu âm có tần số cụ thể hoặc số lần dao động mỗi giây. Con người có thể phát hiện âm thanh trong dải tần 20hz đến 20khz. Tuy nhiên, dải tần thường được sử dụng để kiểm tra siêu âm là 100khz đến 50mhz. Vận tốc của siêu âm tại một thời điểm và nhiệt độ cụ thể là không đổi trong môi trường. Chúng được thể hiện bằng công thức sau:

w = c / f (hoặc) w = ct

Ở đâu:

• w = bước sóng
• c = tốc độ âm thanh trong môi trường
• f = tần số sóng
• t = khoảng thời gian

Sóng siêu âm phát ra như thế nào?

Siêu âm được tạo ra một cách tự nhiên hoặc nhân tạo. Trên thực tế, cá voi, dơi và cá heo đều là những động vật có thể tạo ra sóng siêu âm. Chúng sử dụng siêu âm để tìm đường, xác định chướng ngại vật trên đường đi để tránh va chạm hoặc tìm đồng loại hoặc săn mồi. Con người cũng có thể tạo ra sóng siêu âm thông qua các thiết bị nhân tạo như: tinh thể áp điện trong loa, máy phát siêu âm trong bể rửa siêu âm…



Trong hầu hết các ứng dụng thương mại, sóng âm thanh được tạo ra bởi một bộ chuyển đổi bao gồm các tinh thể áp điện giúp chuyển đổi năng lượng điện (dòng điện) thành năng lượng cơ học (sóng âm thanh). ). Các sóng âm thanh này được phản xạ và quay trở lại đầu dò dưới dạng tiếng vang và được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện bởi cùng một đầu dò hoặc một đầu dò riêng biệt.

Ngoài ra, sóng siêu âm cũng có thể được tạo ra bằng cách từ hóa (từ magneto, có nghĩa là từ tính, và hoàn toàn có nghĩa là kết hợp với nhau.) Trong trường hợp này, nguyên tố sắt hoặc niken bị từ hóa. Thay đổi kích thước của nó, do đó tạo ra sóng siêu âm. Sóng siêu âm cũng có thể được tạo ra bằng máy phát kiểu còi hoặc còi báo động. Trong phương pháp này, một chất khí hoặc chất lỏng chảy qua khoang cộng hưởng hoặc gương phản xạ, dẫn đến việc tạo ra các đặc tính dao động siêu âm cụ thể của chất khí hoặc chất lỏng.

Siêu âm hoạt động như thế nào

Sóng siêu âm được truyền đi dưới dạng các mặt cầu rỗng đồng tâm. Bề mặt của các quả cầu là các phân tử khí nén và khoảng cách giữa các quả cầu là phần mở rộng của các phân tử không khí mà sóng âm truyền qua. Vì vậy, siêu âm là một loạt các nén và mở rộng xung quanh nó. Mặc dù chúng ta thường nghĩ sóng siêu thanh di chuyển trong không khí, nhưng chúng cũng có thể di chuyển theo các hướng khác.



Mỗi lần mở rộng và nén siêu âm được gọi là một chu kỳ. Vì vậy, trong 1 giây, khi siêu âm hoàn thành 50 chu kỳ, chúng hoàn thành 50 lần mở rộng và nén. Thuật ngữ tần số dùng để chỉ khoảng thời gian trên một đơn vị thời gian dao động của sóng âm. Một chu kỳ mỗi giây được gọi là Hertz, viết tắt là hz. Các đơn vị tỷ lệ khác trong siêu âm là kilohertz (khz), viết tắt của 1.000 hertz; và megahertz (mhz), viết tắt của 1.000.000 hz hoặc 1.000 khz.

Hầu hết mọi người chỉ có thể phát hiện âm thanh trong khoảng từ 16 đến 16.000 Hz. Mặt khác, siêu âm có tần số lớn hơn 16.000 Hertz. Một số loài côn trùng có thể tạo ra sóng siêu âm với tần số lên tới 40 khz. Các động vật nhỏ như mèo và chó nghe được tần số lên tới 30 khz; dơi được biết là có thể phát hiện tần số lên tới 100 khz.



Sự nén và giãn nở của các phân tử xung quanh do sóng siêu âm gây ra trong quá trình lan truyền được gọi là sóng dọc. Khoảng cách từ lần nén này đến lần nén tiếp theo được gọi là bước sóng. Mặt khác, sóng siêu âm có bước sóng ngắn dễ bị nhiễu xạ hoặc tán xạ bởi các vật có kích thước tương tự.

Xem Thêm : Làm từ thiện tiếng anh là gì?

Tốc độ lan truyền của sóng siêu âm thu được bằng cách nhân tần số của sóng siêu âm với bước sóng của nó. Do đó, nếu biết bước sóng và tần số của sóng âm trong một môi trường, thì cũng có thể tính được vận tốc của nó. Vận tốc âm thanh của các vật liệu khác nhau được thể hiện trong Bảng 1.

Vì sóng siêu âm thường có tần số rất cao nên chúng cũng có bước sóng rất ngắn. Do đó, sóng âm thanh có thể được hội tụ trong một chùm thẳng hẹp.

Ứng dụng siêu âm trong đời sống hàng ngày

Siêu âm đang được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng các ứng dụng của nó có thể tiếp tục mở rộng.

Dùng sóng siêu âm đuổi chuột, côn trùng

Như đã đề cập ở trên, siêu âm là sóng có tần số cao hơn tần số mà tai người có thể nghe được, nhưng chúng có thể bị các loài xâm lấn phát hiện. Do đó, sóng siêu âm được sử dụng để xua đuổi chuột và các loài gây hại như muỗi, gián, v.v.



Thuốc đuổi chuột là thiết bị nhỏ phát ra sóng âm thanh tần số cao mà những loài động vật này không quan tâm. Khi thiết bị đang chạy, sự xuất hiện của sóng siêu âm giống như một chiếc máy khoan điện lớn, phát ra âm thanh rít lên khó điều hòa khiến họ phải sợ hãi bỏ đi.

Ứng dụng siêu âm trong y học

Ứng dụng của siêu âm đóng một vai trò quan trọng trong y học, chúng chủ yếu được sử dụng trong các hoạt động siêu âm, khám bệnh cho bệnh nhân được gọi là “chẩn đoán siêu âm”.

Công nghệ siêu âm chẩn đoán cho phép bác sĩ đưa ra những dự đoán chính xác nhất về tình trạng bệnh tật và sự phát triển của thai nhi. Các vấn đề thường gặp khi siêu âm bao gồm:

• bàng quang
• Não (Em bé)
• mắt
• Túi mật
• quả thận
• Gan
• buồng trứng
• Tuyến tụy
• Lách
• Tuyến giáp
• Tinh hoàn
• tử cung
• Máu

Để đảm bảo hình ảnh siêu âm thu được chính xác, trước khi tiến hành siêu âm bác sĩ thường yêu cầu bệnh nhân cởi bỏ quần áo trên vùng cần siêu âm. Một loại gel đặc biệt được thoa lên da để ngăn ma sát sao cho đầu dò siêu âm có thể cọ xát vào da.



Đầu dò gửi sóng âm thanh tần số cao qua cơ thể. Khi một làn sóng chạm vào một vật thể dày đặc, chẳng hạn như một cơ quan hoặc xương, nó sẽ dội ngược trở lại. Những tiếng vang này sau đó được phản xạ trở lại máy tính và tạo thành bản mô tả chi tiết nhất về những gì đang diễn ra bên trong cơ thể.

Riêng đối với xét nghiệm túi mật, gan, tuyến tụy hoặc lá lách, bệnh nhân có thể được yêu cầu ăn một bữa ăn không có chất béo vào đêm trước khi xét nghiệm và sau đó nhịn ăn trước khi xét nghiệm. Nếu cơ quan được kiểm tra là bụng, bệnh nhân có thể được yêu cầu nhịn ăn trong 8-12 giờ.

Nhờ kết quả hình ảnh thu được từ siêu âm, bác sĩ sẽ đưa ra kết luận về những gì cơ thể đang trải qua và từ đó đưa ra hướng điều trị phù hợp. Với thai nhi, hình ảnh siêu âm B có thể dự đoán chính xác các dị tật về thể chất của bé, tính toán cân nặng thai nhi và các vấn đề khác, giúp mẹ ăn uống hợp lý.

Ứng dụng siêu âm trong khoa học quân sự

Trong quân sự, đặc biệt là lĩnh vực trinh sát biển, sóng siêu âm được sử dụng để phát hiện nghề cá, tài nguyên biển; cảnh báo các chướng ngại vật trên biển như: đá ngầm, bãi cạn, tảng băng trôi, và đôi khi, chúng còn là công cụ để phát hiện tàu ngầm xâm nhập trái phép.



Trên thực tế, sóng điện từ không truyền đi quá xa dưới nước. Những radar này hoạt động tốt trên mặt đất, nhưng không tốt lắm trong nước. Do đó, hãy chọn siêu âm để thay thế.

Máy phun sương siêu âm

Máy phun sương là một ứng dụng phổ biến của siêu âm. Khi chúng hoạt động, nhờ bảng mạch điện tử, sóng tạo ra và tác động đến các hạt nước khiến chúng vỡ ra, tách thành các hạt nhỏ giống như sương mù. Sự hiện diện của hơi nước dạng sương mù là một giải pháp lý tưởng cho phòng điều hòa hoặc môi trường khô, độ ẩm thấp.

Siêu âm trong dụng cụ làm sạch

Xem Thêm : tranh vẽ đề tài lễ hội

Làm sạch là một ứng dụng mới của sóng siêu âm. Nguyên lý làm việc của các thiết bị này cũng dựa trên sự giãn nở – giãn nở siêu âm. Khi đặt trong nước, sóng siêu âm tạo ra bong bóng. Khi hàng triệu bọt khí vỡ ra, một nguồn năng lượng cực mạnh được tạo ra đủ mạnh để đánh bay vết bẩn.



Máy làm sạch siêu âm có thể hoạt động tự động, không cần giám sát thủ công mọi lúc, không cần các công cụ làm sạch truyền thống và có thể làm sạch nhiều đồ vật cùng lúc. Với những ưu điểm trên, máy tẩy rửa siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong ngành y tế, sản xuất trang sức, tẩy rửa linh kiện/chi tiết máy móc, tẩy rửa thực phẩm,…

Ảnh hưởng của công nghệ siêu âm đến xử lý khí thải

Siêu âm đã được sử dụng để kết hợp hoặc ngưng tụ các hạt rắn hoặc lỏng có trong bụi, sương mù hoặc khói thành các khối lớn hơn. Kỹ thuật này được sử dụng trong một quy trình gọi là tẩy rửa siêu âm, trong đó các hạt vật chất ngưng tụ trong không khí trước khi gây ô nhiễm. Sân bay cũng sử dụng keo tụ để phân tán sương mù.

Chế biến sữa

Siêu âm có thể được sử dụng để phá vỡ các giọt chất béo trong sữa để chất béo trộn lẫn với sữa (đồng nhất hóa). Ngoài ra, quá trình thanh trùng đôi khi được thực hiện bằng siêu âm để loại bỏ vi khuẩn và vi sinh vật có hại.



Gia công kim loại

Bằng cách kết nối máy mài tác động siêu âm với bộ chuyển đổi từ tính và sử dụng chất lỏng mài mòn, có thể khoan các lỗ có hình dạng thực tế trên các vật liệu cứng và giòn như cacbua vonfram hoặc đá quý. Quá trình cắt hoặc khoan thực tế được thực hiện bằng cách đưa chất mài mòn (thường là cacbua silic hoặc oxit nhôm) vào khu vực cắt.

Hàn kim loại

Trong hàn siêu âm, dao động siêu âm tần số cao được sử dụng để tạo ra các bọt khí nhỏ trong chất hàn nóng chảy. Quá trình này loại bỏ các oxit kim loại khỏi các mối nối hoặc bề mặt được hàn và không cần chất trợ dung.

Trong lĩnh vực giám sát và nghe lén

Có thể nghe lén các cuộc trò chuyện mà không cần sử dụng micrô bằng cách hướng sóng siêu âm vào cửa sổ của căn phòng đang được theo dõi. Âm thanh trong phòng làm rung cửa sổ; rung động âm thanh tạo ra những thay đổi đặc trưng trong sóng siêu âm phản xạ trở lại màn hình. Một bộ chuyển đổi có thể được sử dụng để chuyển đổi các rung động phản xạ thành các tín hiệu điện có thể được tái tạo dưới dạng âm thanh nghe được.



Các chương trình trò chuyện trên đài phát thanh thường sử dụng độ trễ siêu âm để theo dõi và cắt các nhận xét từ những người gọi lăng mạ trước khi chúng được phát trên chương trình trò chuyện trên đài phát thanh. Một đường trễ siêu âm định tuyến tín hiệu thoại trở lại giữa hai bộ chuyển đổi cho đến khi nó được lắng nghe, sau đó được giải phóng để phát sóng.

Siêu âm có hại cho sức khỏe không?

Mặc dù siêu âm mang lại nhiều lợi ích, nhưng chúng cũng đặt ra một số hạn chế ảnh hưởng trực tiếp đến con người. Các nhà khoa học đã liệt kê những tác dụng điển hình của sóng siêu âm đối với sức khỏe như sau:

• Nam giới vô sinh 6 tháng
• Bé trai trong bụng mẹ thường xuyên tiếp xúc với siêu âm, điều này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe sinh sản sau này
• Siêu âm cũng có thể ảnh hưởng xấu đến trí não, cân nặng, chiều cao… của thai nhi
• Theo một số nghiên cứu, sóng có thể làm biến dạng trường DNA, tức là gây sai lệch trong chương trình di truyền
• Nếu tần số của sóng âm >20khz sẽ ảnh hưởng đến thính giác của con người.

Máy phát siêu âm dân dụng và công nghiệp

Rõ ràng là siêu âm có thể vừa tốt vừa xấu đối với con người. Tuy nhiên chúng vẫn rất hữu ích nên siêu âm vẫn được ứng dụng trong đời sống. Máy phát siêu âm cũng ra đời và liên tục được cải tiến để tăng hiệu quả sử dụng.



Cho dù chúng được tạo ra bởi máy phát sóng âm dân dụng hay công nghiệp, những thiết bị này cũng cần có đầu dò siêu âm, cũng như mạch điện, linh kiện và các chi tiết khác.

p>

Theo yêu cầu thực tế của người dùng, máy phát siêu âm có thể tạo ra tần số thấp hoặc tần số cao. Một số thiết bị siêu âm công nghiệp có thể linh hoạt thay đổi tần số của sóng âm thanh.

Để đảm bảo lựa chọn đúng thiết bị máy phát siêu âm, người mua cần tìm hiểu thêm về tần số siêu âm thích hợp cho ứng dụng của mình và tìm kiếm sự hỗ trợ. Chuyên gia giúp đỡ.