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超聲波頻率和功率

更新時(shí)間:2022-06-21      瀏覽次數(shù):7879

超聲波的頻率是單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),是描述周期運(yùn)動(dòng)頻繁程度的量,常用符號(hào) f  表示,單位為秒分之一,符號(hào)為 s-1。為了紀(jì)念德國(guó)物理學(xué)家赫茲的貢獻(xiàn),人們把頻率的單位命名為赫茲,簡(jiǎn)稱“赫",符號(hào)為 Hz。每個(gè)物體都有由它本身性質(zhì)決定的與振幅無關(guān)的頻率,叫做固有頻率。頻率概念不僅在力學(xué)、聲學(xué)中應(yīng)用,在電磁學(xué)、光學(xué)與無線電技術(shù)中也常使用。

介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在平衡位置往返振動(dòng)1次所需要的時(shí)間叫周期,用T表示,單位是秒(s);質(zhì)點(diǎn)在 1s 的時(shí)間內(nèi)完成振動(dòng)的次數(shù)稱為頻率,用 f  表示,單位為 周/s,又稱作赫茲(Hz)。 周期與頻率成互為倒數(shù)關(guān)系,以下式表示: f =1 / T

介質(zhì)中聲波的波長(zhǎng)(λ)與頻率之間的關(guān)系為:c=λf

式中,c 為聲速,m/s; λ 為波長(zhǎng),m;為頻率,Hz。

由此可見,對(duì)于一定的介質(zhì),聲波在其中的傳播速度是一定的。 聲波的頻率越高,波長(zhǎng)越短;反之,聲波的頻率越低,波長(zhǎng)越長(zhǎng)。


超聲波功率:超聲功率是指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少,即功率是描述做功快慢的物理量。功的數(shù)量一定,時(shí)間越短,功率值就越大。求功率的公式為:功率 = 功/時(shí)間。功率表征作功快慢程度的物理量。單位時(shí)間內(nèi)所作的功稱為功率,用P表示。

在聲波傳遞過程中, 聲波傳到原先靜止的介質(zhì)中時(shí),使得介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近來回振動(dòng),致使在介質(zhì)中產(chǎn)生壓縮和膨脹??梢赃@樣認(rèn)為,聲波使介質(zhì)獲得振動(dòng)動(dòng)能和形變勢(shì)能。介質(zhì)由于聲波擾動(dòng)所獲得的聲能量為振動(dòng)動(dòng)能和形變勢(shì)能之和。

隨著聲波在介質(zhì)中的傳播也伴隨著能量的傳播,如果我們?cè)诼晥?chǎng)中取一個(gè)微小的體積元(dV),設(shè)介質(zhì)原先的體積為 Vo,壓強(qiáng)為 po,密度為ρ0。該體積元(dV)由于聲波振動(dòng)所獲得的動(dòng)能△Ek;△Ek=(ρ0 Vo)u2 /2

△Ek 為動(dòng)能,J;u 為質(zhì)點(diǎn)速度,m/s;ρ0 為介質(zhì)密度,kg/m3; Vo 為原先體積,m3。

超聲的一個(gè)重要特征是它的功率,超波具有比普通聲波強(qiáng)大得多的功率,這就是超聲波在眾多領(lǐng)域中能夠獲得廣泛應(yīng)用的重要原因之一。

超聲波到達(dá)某一介質(zhì)中時(shí),由于超聲波的作用使得介質(zhì)分子振動(dòng),而且,其振動(dòng)頻率與超聲波的頻率相同,介質(zhì)分子振動(dòng)的頻率決定了振動(dòng)的速度,頻率越高,速度就越大。介質(zhì)分子由于振動(dòng)所獲得的能量除了與介質(zhì)分子的質(zhì)量有關(guān)外,還與介質(zhì)分子的振動(dòng)速度的平方成正比。所以,超聲波的頻率愈高,介質(zhì)分子獲得的能量愈高。超聲波的頻率比普通聲波的頻率高很多,故超聲波可以使介質(zhì)分子獲得很大的能量,而普通聲波對(duì)介質(zhì)分子的作用卻很小。換言之,超聲波具有的能量比聲波要大得多,可以供給介質(zhì)分子足夠大的能量。


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