ما هو التجويف بالموجات فوق الصوتية؟
عندما يصل ضغط الموجة الصوتية التي يتم نشرها عن طريق الاهتزاز بالموجات فوق الصوتية في السائل إلى جو واحد ، يمكن أن يصل ضغط ذروة الموجة بالموجة بالموجات فوق الصوتية إلى فراغ أو ضغط سلبي. ومع ذلك ، في الواقع ، لا يوجد ضغط سلبي ، لذلك يتم إنشاء قوة كبيرة في السائل ، الذي يسحب الجزيئات السائلة إلى فراغات. هذا التجويف قريب جدًا من الفراغ ، ويمزق عندما يصل الضغط بالموجات فوق الصوتية إلى أقصى اتجاه عكسي. التأثير القوي الناتج عن التمزق يضرب الأوساخ على سطح الكائن. وتسمى ظاهرة موجة الصدمة الناتجة عن تمزق فقاعات التجويف الصغيرة التي لا حصر لها ظاهرة "التجويف".
عندما تكون الطاقة بالموجات فوق الصوتية عالية بما فيه الكفاية ، فإن الفقاعات الصغيرة (نوى التجويف) الموجودة في السائل تهتز وتنمو وتجمع الطاقة الصوتية باستمرار تحت عمل المجال بالموجات فوق الصوتية. عندما تصل الطاقة إلى حد معين ، تنهار فقاعات التجويف وتغلق بسرعة.
عمر فقاعات التجويف حوالي 0. 1 μ s. عندما ينهارون بسرعة ، يمكنهم إطلاق طاقة هائلة وتوليد طائرات صغيرة مع سرعة حوالي 110 متر/ثانية وقوة تأثير قوية ، مما يؤدي إلى كثافة تصادم تصل إلى 1.5 كجم/سم 2. في لحظة الانهيار السريع ، تولد فقاعات التجويف درجة حرارة وضغط محلية عالية (5000K ، 1800ATM) ، بمعدل تبريد يصل إلى 109 كيلو/ثانية. يؤدي تأثير التجويف للموجات فوق الصوتية إلى حد كبير إلى زيادة معدل التفاعلات غير المتجانسة ، ويحقق خلطًا موحدًا بين المواد المتفاعلة غير المتجانسة ، ويسرع نشر المواد المتفاعلة والمنتجات ، ويعزز تكوين مراحل جديدة صلبة ، ويسيطر على حجم وتوزيع الجسيمات.
معلومات إضافية:
عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية في الوسيط ، يسبب التفاعل بين الموجات فوق الصوتية والوسيلة التغيرات الفيزيائية والكيميائية في الوسط ، مما يؤدي إلى سلسلة من التأثيرات الموجات فوق الصوتية الميكانيكية والحرارية والكهرومغناطيسية والكيميائية ، بما في ذلك التأثيرات الأربعة التالية:
1. الآثار الميكانيكية. يمكن أن يعزز العمل الميكانيكي للموجات فوق الصوتية استحلاب السائل ، وتسييل الهلام وتشتت الصلبة. عند تشكيل موجات الوقوف في وسائط السوائل بالموجات فوق الصوتية ، تم تعليق جزيئات صغيرة في تكثيف السوائل في العقد بسبب القوى الميكانيكية ، وتشكل تراكمًا دوريًا في الفضاء.
الاستقطاب المستحث والمغناطيسي الناجم عن العمل الميكانيكي للموجات بالموجات فوق الصوتية أثناء الانتشار في المواد الكهروإجهادية والمغناطيسية (انظر الفيزياء العازلة وسلطة المغناطيسية).
2. تأثير التجويف. يمكن أن تولد الموجات فوق الصوتية عدد كبير من الفقاعات الصغيرة عند تطبيقها على السوائل. أحد الأسباب هو أن إجهاد الشد المحلي يحدث داخل السائل ، مما يشكل ضغطًا سلبيًا. يؤدي الانخفاض في الضغط إلى أن يصبح الغاز الذي يذوب في الأصل في السائل مشبعًا وهروبًا من السائل ، ليصبح فقاعات صغيرة.
سبب آخر هو أن الإجهاد الشد القوي يمزق السائل في تجويف ، والمعروف باسم التجويف. يحتوي التجويف على بخار سائل أو غاز آخر يذوب في السائل ، وقد يكون فراغًا. ستتحرك الفقاعات الصغيرة التي تشكلها التجويف أو تنمو أو تنمو فجأة مع اهتزاز الوسط المحيط.
3. التأثير الحراري. بسبب التردد العالي وطاقة الموجات فوق الصوتية ، يمكن أن ينتج عنه تأثيرات حرارية كبيرة عند امتصاصها من قبل الوسط.
4. الآثار الكيميائية. يمكن أن يؤدي عمل الموجات فوق الصوتية إلى تعزيز أو تسريع بعض التفاعلات الكيميائية. على سبيل المثال ، ينتج الماء المقطر النقي بيروكسيد الهيدروجين بعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية ؛ يتم إنتاج حمض النيتروز بعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية للمياه التي تحتوي على غاز النيتروجين. سيغير المحلول المائي للصبغة اللون أو يتلاشى بعد العلاج بالموجات فوق الصوتية.
