Использование пьезоэффекта в технике
Прямой пьезоэффект используется:
· в пьезозажигалках, для получения высокого напряжения на разряднике;
· в датчиках в качестве чувствительного к силе элемента (чем больше сила, тем выше напряжение на контактах);
· в качестве чувствительного элемента в микрофонах;
· в контактном пьезоэлектрическом взрывателе (например к выстрелам РПГ-7).
Обратный пьезоэлектрический эффект используется:
· в пьезоизлучателях (эффективны на высоких частотах и имеют небольшие габариты, такие например устанавливаются в музыкальные открытки), ультразвуковых излучателях;
· в системах сверхточного позиционирования, например в системе позиционирования иглы в сканирующем туннельном микроскопе или позиционер перемещения головки жёсткого диска[2];
· для подачи чернил в широкоформатных принтерах, печатающих на сольвентных чернилах и чернилах с ультрафиолетовым отверждением;
· в пьезоэлектрических двигателях;
· в адаптивной оптике, для изгиба отражающей поверхности деформируемого зеркала.
Прямой и обратный эффект используется:
· в кварцевых резонаторах, используемых как эталон частоты;
· в пьезотрансформаторах для изменения напряжения высокой частоты
4.
Поглощение УЗ-волн.
Поглощение и распространение УЗ-волн зависит как от свойств среды (плотности, вязкости, температуры) среды, так и от интенсивности и частоты ультразвука. Интенсивность ультразвуковых волн, применяемых в медицине, подразделяется на три области: малая- (0,05 - 1,5) Вт/см2, средняя - (1,5 - 3) Вт/см2, большая - (3 - 10) Вт/см2. При заданной частоте интенсивность ультразвука убывает по экспоненциальному закону:
|
|
|
I=Ioe - kh
I - интенсивность УЗ-волны на глубине проникновения h,
I0 - интенсивность УЗ-волны у поверхности вещества,
k - коэффициент поглощения, который зависит от плотности и вязкости среды, а также от частоты УЗ-волны. При уменьшении интенсивности проходящей ультразвуковой волны в "е" раз (2,7) показатель степени kh=1, следовательно K=1/h [k]=м-1. Коэффициент поглощения обратно пропорционален глубине проникновения ультразвуковой волны, на которой ее интенсивность убывает в "е" раз.
Известно, что чем больше частота волны, тем меньше глубина еепроникновение (зависимость между глубиной и частотой обратно пропорциональная). Так ультразвук от 1600 до 2600 кГц проникает на глубину 1 сантиметр, а от 800 - 900 кГц проникает на глубину 4-5 сантиметров.
В медицинских исследованиях для определения интенсивности ультразвуковой волны в веществе на заданной глубине широко используется другая формула:
I=Io2 - kh
В этой формуле вместо коэффициента поглощения вводится физическая величина - глубина полупоглощения H. Глубина полупоглощения - это глубина, на которой интенсивность УЗ-волны уменьшается вдвое. В ниже приведенной таблице представлены значения коэффициента поглощения - k и H - глубина полупоглощения на различных частотах для различных тканей.
|
|
|
| Ткань | f (МГц) | k(cм 5-1 0) | H (см) |
| Вода
| 1 | 0,001 | 350 |
| 2 | 0,004 | 90 | |
| Плазма крови | 0,87 | 0,02 | 17 |
| 1,7 | 0,04 | 8,7 | |
| Кровь | 1 | 0,01 | 17 |
| Хрящ
| 3 | 1,45 | 0,24 |
| 5 | 2,2 | 0,16 | |
| Кожа
| 3 | 0,85 | 0,41 |
| 5 | 1,05 | 0,33 | |
| Кость
| 0,88 | 0,71 | 0,5 |
| 2,64 | 6,3 | 0,055 | |
| 4,5 | 9,2 | 0,038 |
Из представленных экспериментальных данных видно, что глубина проникновения зависит от частоты УЗ-волны и вида ткани. Чем больше частота УЗ-волны, тем меньше глубина проникновения и больше коэффициент поглощения. Поглощение в жидкой среде значительно меньше, чем в мягких тканях и тем более костной ткани.
|
|
|
5.
Биофизиологическое действие ультразвука
В основе действия ультразвука на организм человека при применении терапевтических доз лежат его механо-физико-химические эффекты (микромассаж клеток и тканей) и влияния термические.
В сложном цикле рефлекторных явлений обнаруживается болеутоляющее, сосудорасширяющее, противовоспалительное действие ультразвуковых воздействий.
6.
Действие УЗ на вещество и на ткани организма.
При взаимодействии УЗ с веществом можно условно выделить три действия: механическое, тепловое и химическое.
а. механическое действие.
Действие УЗ на вещество связано в первую очередь с деформациями, которые происходят в результате поочередного сгущения и разряжения частиц среды, вызываемого ультразвуковыми волнами. При вынужденном колебательном движении частицы создают переменное давление в среде. В жидких средах при действии ультразвука амплитуда переменного давления изменяется в зависимости от плотности среды, скорости распространения УЗ-волн и частоты колебания частиц среды. В момент растяжения (пониженное давление) жидкость может разорваться и в ней могут образоваться микрополости (каверны), заполненные парами жидкости. Это явление образования микрополостей называется кавитацией.
|
|
|
Растяжение, которое могут выдержать жидкости зависит от примесей в них (наличие газов и газовых пузырьков). При образовании каверн плотность жидкости понижается, а скорость колебательного движения частиц увеличивается. Таким образом УЗ-волны оказывает механическое действие, в основе которого лежит действие переменного давления, создающего кавитацию.
б. тепловое действие.
Кавитационные микрополости, образующиеся в среде при прохождении ультразвука, существуют короткое время. Пониженное давление в каждой точке среды существует лишь на протяжении полупериода колебаний, затем сменяется повышенным давлением, что приводит к быстрому захлопыванию микрополостей. В результате увеличения колебательного движения частиц среды, а также захлопывания каверн, в небольших объемах выделяется большая тепловая энергия, что приводит к повышению температуры среды. Следовательно, ультразвук оказывает тепловое действие. Тепловой эффект ультразвука зависит от его интенсивности и длительности.
в. химическое действие.
При захлопывании каверн молекулы среды движутся с большой скоростью и испытывают взаимное трение, вследствие чего молекулы могут возбуждаться и ионизироваться, так как возможен разрыв молекулярных связей. Это в свою очередь приводит к образованию ионов и радикалов. Например, в биологическом объекте молекула воды расщепляется на водород и гидроксильную группу, образуются радикалы водорода и гидроксильной группы. Ионы и радикалы вступают во взаимодействие с белками, ли
пидами и нуклеиновыми кислотами, что может привести к пространственной перестройкой внутриклеточных молекулярных компонентов. Таким образом, при кавитации образуются реакционноспособные вещества, которые вступают во взаимодействие с молекулами, следовательно УЗ оказывает химическое действие. Проявляется химическое действие не сразу после облучения, а по истечению некоторого времени.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 309; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!