格格党

手机浏览器扫描二维码访问

06 超声波和次声波 Urasound and Infrasound（第4页）

在医学领域之外，超声波最常见的诊断应用之一是检测缺陷和裂纹，例如在铁路修建方面。

为了定位这些缺陷，人们沿着被测试的物体发送一系列的音爆。

在脉冲回波模式下，发射器和接收器被放在一起，如果存在缺陷，脉冲被反射，它们的到达时间能够表明缺陷的位置。

在传输模式下，探测器和发射器是分开的，传输过程中脉冲的任何变化都表明测试对象中存在不均匀性。

这种方法也可用于测定固体中的机械应力。

由于材料的弹性模量在受到应力时发生变化，它们的声速也会发生局部变化。

超声波的力量

虽然大功率超声的热效应有许多应用，但它也可以通过对介质的机械作用来传递能量。

枪虾就是一个在自然界中比较罕见的例子，利用超声波（连同可听频率）产生的冲击和压力来捕猎。

当这种动物猛夹它的虾螯时，会发出响亮而突然的咔嗒声，其频率高达200千赫，足以杀死或击晕猎物和潜在的捕食者。

无论是虾还是人类，超声波的机械能通常是通过气蚀传递的。

气蚀是指微小气泡的形成和剧烈坍塌。

基本上所有的**都含有这种气泡，要么由它们自己的蒸汽构成，要么由空气构成。

当**的压力下降时，这些气泡就会膨胀（这就是打开一个装有汽水的加压容器时产生泡沫的原因）。

因为声波是由一系列的高压和低压组成的，它会使气泡迅速膨胀和收缩，在高功率和高频率的情况下，气泡的振动非常剧烈以至于产生破裂和内爆，同时以热能的形式释放出它们的振动能量。

其产生的温度甚至可能会超过太阳表面的温度，并能使**发光（一种被称为声致发光的现象，枪虾也能引发这种现象）。

因为能量只会在很小范围内出现，所以**不会全都变得特别热。

但是，高浓缩能量的爆发可以用来引发化学变化（声化学），或者清洁和消毒需要在水下清洗的物体，比如某些医疗器械。

基于气蚀的清洗在20～50千赫范围内最为有效。

在更高的频率下，超声波还会搅动**，在100千赫到1兆赫的范围内，**搅动在清洗效果中占主导地位。

在实际生活中，超声波清洗浴缸就同时应用了这两种原理。

高功率超声（无气蚀化）常常被用于电路板印刷中的无焊剂焊接，其中电烙铁的电热头以超声波频率振动。

在更高的功率下，非常精细的线可以通过由超声波振动引起的摩擦从内部加热而焊接在一起。

这样做的一个好处是，由于加热效果仅限于非超声（充声）电线，超声波不会加热附近的元件。

还有一些其他依赖超声波焊接的材料，其频率的选择取决于要焊接的零件的大小，范围从小零件的60千赫兹到大零件的10千赫。

高功率超声波甚至可以用来举起小物体。

虽然它们所产生的力是微弱的，但在微重力环境中，例如在空间站内部，它们可以在组装过程中使精密仪器的位置保持稳定，或者防止高度活跃的化学物质接触到任何设备。

外部极限——声子

在极高的频率下，声音的表现形式与我们所熟悉的完全不同。

就像电磁辐射，最高频率的电磁波的表现形式不像是波而更像粒子（因此盖格计数器可以通过一个个的咔嗒声记录下伽马射线的存在）。

表现形式更像粒子的那些最高频的声音被称为声子。

人类是间接发现声子的存在的。

在19世纪末，人们已经知道要使一种物质的温度升高1℃，需要特定的热量。

水的比热容比油的比热容高，这就意味着烧一壶水比烧一壶油要花更长的时间。

气体和固体也有特定的热量，但有一种异常现象令人不解。