La differenza tra frequenza e potenza degli ultrasuoni

Introduzione alla Frequenza Ultrasonica:

La frequenza degli ultrasuoni è il numero di volte in cui completa cambiamenti periodici per unità di tempo ed è una quantità che descrive la frequenza del moto periodico. È comunemente rappresentata dal simbolo f, con l'unità che è un secondo e il simbolo s-1. In commemorazione del contributo del fisico tedesco Hertz, l'unità di frequenza è denominata Hertz, abbreviata in "Hz", con il simbolo Hz. Ogni oggetto ha una frequenza determinata dalle proprie proprietà che è indipendente dall'ampiezza, chiamata frequenza naturale. Il concetto di frequenza non è applicato solo in meccanica e acustica, ma è anche comunemente usato in elettromagnetismo, ottica e tecnologia radio.

Il tempo necessario affinché una particella in un mezzo oscilli avanti e indietro una volta nella sua posizione di equilibrio è chiamato periodo, rappresentato da T in secondi (s); Il numero di volte in cui una particella completa la vibrazione entro 1 secondo è chiamato frequenza, rappresentato da f in cicli al secondo, noto anche come Hertz (Hz). Il periodo e la frequenza sono inversamente proporzionali l'uno all'altro, rappresentati dalla seguente equazione: f=1/T

La relazione tra la lunghezza d'onda (λ) e la frequenza delle onde ultrasoniche in un mezzo è: c=λ f

Nella formula, c è la velocità del suono, m/s； λ è la lunghezza d'onda, m; f è la frequenza, Hz.

Da ciò, si può vedere che per un determinato mezzo, la velocità di propagazione degli ultrasuoni è costante. Maggiore è la frequenza degli ultrasuoni, minore è la lunghezza d'onda; al contrario, minore è la frequenza degli ultrasuoni, maggiore è la lunghezza d'onda.

Introduzione alla Potenza Ultrasonica:

La potenza degli ultrasuoni si riferisce alla quantità di lavoro svolto da un oggetto per unità di tempo, che è una quantità fisica che descrive la velocità del lavoro svolto. La quantità di lavoro è costante e, minore è il tempo, maggiore è il valore della potenza. La formula per calcolare la potenza è: potenza=lavoro/tempo. La potenza è una quantità fisica che caratterizza la velocità del lavoro svolto. Il lavoro svolto per unità di tempo è chiamato potenza, rappresentato da P.

Nel processo di trasmissione ultrasonica, quando le onde ultrasoniche vengono trasmesse a un mezzo precedentemente stazionario, le particelle del mezzo vibrano avanti e indietro vicino alla posizione di equilibrio, causando compressione ed espansione nel mezzo. Si può considerare che gli ultrasuoni consentano al mezzo di acquisire energia cinetica vibrazionale ed energia potenziale di deformazione. L'energia acustica ottenuta dal mezzo a causa della perturbazione ultrasonica è la somma dell'energia cinetica vibrazionale e dell'energia potenziale di deformazione.

Mentre gli ultrasuoni si propagano in un mezzo, si propaga anche l'energia. Se prendiamo un piccolo elemento di volume (dV) nel campo acustico, sia il volume originale del mezzo Vo, la pressione po e la densità ρ 0. L'elemento di volume (dV) ottiene energia cinetica △ Ek a causa della vibrazione ultrasonica; △ Ek=(ρ 0 Vo) u2/2

Δ Ek è l'energia cinetica, J; u è la velocità delle particelle, m/s； ρ 0 è la densità del mezzo, kg/m3； Vo è il volume originale, m3.

Una caratteristica importante degli ultrasuoni è la sua potenza, che è molto più forte delle normali onde sonore. Questo è uno dei motivi importanti per cui gli ultrasuoni possono essere ampiamente utilizzati in molti campi.

Quando le onde ultrasoniche raggiungono un determinato mezzo, le molecole del mezzo vibrano a causa dell'azione delle onde ultrasoniche e la loro frequenza di vibrazione è la stessa di quella delle onde ultrasoniche. La frequenza della vibrazione delle molecole del mezzo determina la velocità della vibrazione e, maggiore è la frequenza, maggiore è la velocità. L'energia ottenuta da una molecola del mezzo a causa della vibrazione non è solo correlata alla massa della molecola del mezzo, ma è anche proporzionale al quadrato della velocità di vibrazione della molecola del mezzo. Quindi, maggiore è la frequenza degli ultrasuoni, maggiore è l'energia ottenuta dalle molecole del mezzo. La frequenza degli ultrasuoni è molto più alta di quella delle normali onde sonore, quindi gli ultrasuoni possono dare alle molecole del mezzo molta energia, mentre le normali onde sonore hanno scarso effetto sulle molecole del mezzo. In altre parole, gli ultrasuoni hanno molta più energia delle onde sonore e possono fornire energia sufficiente alle molecole del mezzo.

La differenza di frequenza e potenza degli ultrasuoni:

La frequenza e la potenza degli ultrasuoni sono due parametri chiave per misurarne le prestazioni. Macroscopicamente, la potenza determina l'intensità e la capacità di penetrazione degli ultrasuoni, mentre la frequenza determina la profondità di penetrazione e la risoluzione degli ultrasuoni.

Maggiore è la frequenza, minore è la lunghezza d'onda e maggiore è la penetrazione, ma maggiore è la potenza, maggiore è l'energia sonora che può essere generata. Nelle applicazioni, gli ultrasuoni utilizzati in campo medico sono principalmente a bassa potenza e ad alta frequenza, che possono essere utilizzati per esami e trattamenti ad ultrasuoni; Le onde ultrasoniche utilizzate in campo industriale sono principalmente ad alta potenza e ad alta frequenza, che possono essere utilizzate per la lavorazione, la pulizia, la misurazione, ecc. La frequenza e la potenza degli ultrasuoni sono due indicatori chiave delle prestazioni degli ultrasuoni. La scelta di parametri ultrasonici appropriati può soddisfare meglio i requisiti applicativi.