บทนำเกี่ยวกับความถี่อัลตราโซนิก:
ความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกคือจำนวนครั้งที่มันทำการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะต่อหน่วยเวลา และเป็นปริมาณที่อธิบายความถี่ของการเคลื่อนที่แบบเป็นระยะ โดยทั่วไปจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ f โดยมีหน่วยเป็นหนึ่งวินาทีและสัญลักษณ์ s-1 เพื่อเป็นการรำลึกถึงคุณูปการของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน เฮิรตซ์ หน่วยของความถี่จึงถูกตั้งชื่อว่า เฮิรตซ์ ย่อว่า "Hz" โดยมีสัญลักษณ์ Hz วัตถุทุกชิ้นมีความถี่ที่กำหนดโดยคุณสมบัติของตัวเองซึ่งเป็นอิสระจากแอมพลิจูด เรียกว่า ความถี่ธรรมชาติ แนวคิดเรื่องความถี่ไม่เพียงแต่นำไปใช้ในด้านกลศาสตร์และสัทศาสตร์เท่านั้น แต่ยังใช้กันทั่วไปในด้านแม่เหล็กไฟฟ้า ทัศนศาสตร์ และเทคโนโลยีวิทยุอีกด้วย
เวลาที่อนุภาคในตัวกลางต้องใช้ในการแกว่งไปมา ณ ตำแหน่งสมดุลเรียกว่า คาบ ซึ่งแสดงด้วย T ในหน่วยวินาที (s) จำนวนครั้งที่อนุภาคสั่นสะเทือนภายใน 1 วินาทีเรียกว่า ความถี่ ซึ่งแสดงด้วย f ในหน่วยรอบต่อวินาที หรือที่เรียกว่า เฮิรตซ์ (Hz) คาบและความถี่แปรผกผันซึ่งกันและกัน แสดงด้วยสมการต่อไปนี้: f=1/T
ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่น (λ) และความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกในตัวกลางคือ: c=λ f
ในสูตร c คือความเร็วเสียง, m/s； λ คือความยาวคลื่น, m; f คือความถี่, Hz
จากสิ่งนี้ จะเห็นได้ว่าสำหรับตัวกลางบางชนิด ความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิกนั้นคงที่ ยิ่งความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกสูงเท่าใด ความยาวคลื่นก็จะสั้นลงเท่านั้น ในทางกลับกัน ยิ่งความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกต่ำเท่าใด ความยาวคลื่นก็จะยาวขึ้นเท่านั้น
บทนำเกี่ยวกับกำลังของคลื่นอัลตราโซนิก:
กำลังของคลื่นอัลตราโซนิกหมายถึงปริมาณงานที่วัตถุทำต่อหน่วยเวลา ซึ่งเป็นปริมาณทางกายภาพที่อธิบายความเร็วในการทำงาน ปริมาณงานคงที่ และยิ่งเวลาสั้นลง ค่ากำลังก็จะยิ่งมากขึ้น สูตรคำนวณกำลังคือ: กำลัง=งาน/เวลา กำลังเป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะความเร็วในการทำงาน งานที่ทำต่อหน่วยเวลาเรียกว่า กำลัง แสดงด้วย P
ในกระบวนการส่งผ่านคลื่นอัลตราโซนิก เมื่อคลื่นอัลตราโซนิกถูกส่งไปยังตัวกลางที่อยู่นิ่งก่อนหน้านี้ อนุภาคของตัวกลางจะสั่นไปมาใกล้ตำแหน่งสมดุล ทำให้เกิดการบีบอัดและการขยายตัวในตัวกลาง สามารถพิจารณาได้ว่าคลื่นอัลตราโซนิกทำให้ตัวกลางได้รับพลังงานจลน์จากการสั่นสะเทือนและพลังงานศักย์จากการเสียรูป พลังงานเสียงที่ตัวกลางได้รับเนื่องจากการรบกวนของคลื่นอัลตราโซนิกคือผลรวมของพลังงานจลน์จากการสั่นสะเทือนและพลังงานศักย์จากการเสียรูป
เมื่อคลื่นอัลตราโซนิกแพร่กระจายในตัวกลาง พลังงานก็แพร่กระจายเช่นกัน หากเราใช้ปริมาณองค์ประกอบขนาดเล็ก (dV) ในสนามเสียง ให้ปริมาตรเดิมของตัวกลางเป็น Vo ความดันเป็น po และความหนาแน่นเป็น ρ 0 องค์ประกอบปริมาตร (dV) จะได้รับพลังงานจลน์ △ Ek เนื่องจากการสั่นสะเทือนของคลื่นอัลตราโซนิก; △ Ek=(ρ 0 Vo) u2/2
Δ Ek คือพลังงานจลน์, J; u คือความเร็วอนุภาค, m/s； ρ 0 คือความหนาแน่นของตัวกลาง, kg/m3； Vo คือปริมาตรเดิม, m3
ลักษณะสำคัญประการหนึ่งของคลื่นอัลตราโซนิกคือกำลังของมัน ซึ่งแข็งแกร่งกว่าคลื่นเสียงทั่วไปมาก นี่คือเหตุผลสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้คลื่นอัลตราโซนิกสามารถนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหลายสาขา
เมื่อคลื่นอัลตราโซนิกไปถึงตัวกลางบางชนิด โมเลกุลของตัวกลางจะสั่นสะเทือนเนื่องจากการกระทำของคลื่นอัลตราโซนิก และความถี่ในการสั่นสะเทือนของพวกมันจะเหมือนกับคลื่นอัลตราโซนิก ความถี่ของการสั่นสะเทือนของโมเลกุลของตัวกลางเป็นตัวกำหนดความเร็วของการสั่นสะเทือน และยิ่งความถี่สูงเท่าใด ความเร็วก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น พลังงานที่โมเลกุลของตัวกลางได้รับเนื่องจากการสั่นสะเทือนไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับมวลของโมเลกุลของตัวกลางเท่านั้น แต่ยังเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วในการสั่นสะเทือนของโมเลกุลของตัวกลางด้วย ดังนั้น ยิ่งความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกสูงเท่าใด พลังงานที่โมเลกุลของตัวกลางได้รับก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกสูงกว่าคลื่นเสียงทั่วไปมาก ดังนั้นคลื่นอัลตราโซนิกจึงสามารถให้พลังงานแก่โมเลกุลของตัวกลางได้มาก ในขณะที่คลื่นเสียงทั่วไปมีผลเพียงเล็กน้อยต่อโมเลกุลของตัวกลาง กล่าวอีกนัยหนึ่ง คลื่นอัลตราโซนิกมีพลังงานมากกว่าคลื่นเสียงมาก และสามารถให้พลังงานที่เพียงพอแก่โมเลกุลของตัวกลางได้
ความแตกต่างในความถี่และกำลังของคลื่นอัลตราโซนิก:
ความถี่และกำลังของคลื่นอัลตราโซนิกเป็นสองพารามิเตอร์หลักในการวัดประสิทธิภาพของมัน ในระดับมหภาค กำลังเป็นตัวกำหนดความเข้มและความสามารถในการเจาะทะลุของคลื่นอัลตราโซนิก ในขณะที่ความถี่เป็นตัวกำหนดความลึกในการเจาะทะลุและความละเอียดของคลื่นอัลตราโซนิก
ยิ่งความถี่สูงเท่าใด ความยาวคลื่นก็จะสั้นลงเท่านั้น และการเจาะทะลุก็จะแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น แต่ยิ่งกำลังมากขึ้นเท่าใด พลังงานเสียงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในการใช้งาน คลื่นอัลตราโซนิกที่ใช้ในด้านการแพทย์ส่วนใหญ่เป็นแบบกำลังต่ำและความถี่สูง ซึ่งสามารถใช้สำหรับการตรวจและการรักษาด้วยคลื่นอัลตราโซนิกได้ คลื่นอัลตราโซนิกที่ใช้ในด้านอุตสาหกรรมส่วนใหญ่เป็นแบบกำลังสูงและความถี่สูง ซึ่งสามารถใช้สำหรับการแปรรูป การทำความสะอาด การวัด ฯลฯ ความถี่และกำลังของคลื่นอัลตราโซนิกเป็นสองตัวบ่งชี้หลักของประสิทธิภาพของคลื่นอัลตราโซนิก การเลือกพารามิเตอร์คลื่นอัลตราโซนิกที่เหมาะสมสามารถตอบสนองความต้องการในการใช้งานได้ดีขึ้น
บทนำเกี่ยวกับความถี่อัลตราโซนิก:
ความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกคือจำนวนครั้งที่มันทำการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะต่อหน่วยเวลา และเป็นปริมาณที่อธิบายความถี่ของการเคลื่อนที่แบบเป็นระยะ โดยทั่วไปจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ f โดยมีหน่วยเป็นหนึ่งวินาทีและสัญลักษณ์ s-1 เพื่อเป็นการรำลึกถึงคุณูปการของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน เฮิรตซ์ หน่วยของความถี่จึงถูกตั้งชื่อว่า เฮิรตซ์ ย่อว่า "Hz" โดยมีสัญลักษณ์ Hz วัตถุทุกชิ้นมีความถี่ที่กำหนดโดยคุณสมบัติของตัวเองซึ่งเป็นอิสระจากแอมพลิจูด เรียกว่า ความถี่ธรรมชาติ แนวคิดเรื่องความถี่ไม่เพียงแต่นำไปใช้ในด้านกลศาสตร์และสัทศาสตร์เท่านั้น แต่ยังใช้กันทั่วไปในด้านแม่เหล็กไฟฟ้า ทัศนศาสตร์ และเทคโนโลยีวิทยุอีกด้วย
เวลาที่อนุภาคในตัวกลางต้องใช้ในการแกว่งไปมา ณ ตำแหน่งสมดุลเรียกว่า คาบ ซึ่งแสดงด้วย T ในหน่วยวินาที (s) จำนวนครั้งที่อนุภาคสั่นสะเทือนภายใน 1 วินาทีเรียกว่า ความถี่ ซึ่งแสดงด้วย f ในหน่วยรอบต่อวินาที หรือที่เรียกว่า เฮิรตซ์ (Hz) คาบและความถี่แปรผกผันซึ่งกันและกัน แสดงด้วยสมการต่อไปนี้: f=1/T
ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่น (λ) และความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกในตัวกลางคือ: c=λ f
ในสูตร c คือความเร็วเสียง, m/s； λ คือความยาวคลื่น, m; f คือความถี่, Hz
จากสิ่งนี้ จะเห็นได้ว่าสำหรับตัวกลางบางชนิด ความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิกนั้นคงที่ ยิ่งความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกสูงเท่าใด ความยาวคลื่นก็จะสั้นลงเท่านั้น ในทางกลับกัน ยิ่งความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกต่ำเท่าใด ความยาวคลื่นก็จะยาวขึ้นเท่านั้น
บทนำเกี่ยวกับกำลังของคลื่นอัลตราโซนิก:
กำลังของคลื่นอัลตราโซนิกหมายถึงปริมาณงานที่วัตถุทำต่อหน่วยเวลา ซึ่งเป็นปริมาณทางกายภาพที่อธิบายความเร็วในการทำงาน ปริมาณงานคงที่ และยิ่งเวลาสั้นลง ค่ากำลังก็จะยิ่งมากขึ้น สูตรคำนวณกำลังคือ: กำลัง=งาน/เวลา กำลังเป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะความเร็วในการทำงาน งานที่ทำต่อหน่วยเวลาเรียกว่า กำลัง แสดงด้วย P
ในกระบวนการส่งผ่านคลื่นอัลตราโซนิก เมื่อคลื่นอัลตราโซนิกถูกส่งไปยังตัวกลางที่อยู่นิ่งก่อนหน้านี้ อนุภาคของตัวกลางจะสั่นไปมาใกล้ตำแหน่งสมดุล ทำให้เกิดการบีบอัดและการขยายตัวในตัวกลาง สามารถพิจารณาได้ว่าคลื่นอัลตราโซนิกทำให้ตัวกลางได้รับพลังงานจลน์จากการสั่นสะเทือนและพลังงานศักย์จากการเสียรูป พลังงานเสียงที่ตัวกลางได้รับเนื่องจากการรบกวนของคลื่นอัลตราโซนิกคือผลรวมของพลังงานจลน์จากการสั่นสะเทือนและพลังงานศักย์จากการเสียรูป
เมื่อคลื่นอัลตราโซนิกแพร่กระจายในตัวกลาง พลังงานก็แพร่กระจายเช่นกัน หากเราใช้ปริมาณองค์ประกอบขนาดเล็ก (dV) ในสนามเสียง ให้ปริมาตรเดิมของตัวกลางเป็น Vo ความดันเป็น po และความหนาแน่นเป็น ρ 0 องค์ประกอบปริมาตร (dV) จะได้รับพลังงานจลน์ △ Ek เนื่องจากการสั่นสะเทือนของคลื่นอัลตราโซนิก; △ Ek=(ρ 0 Vo) u2/2
Δ Ek คือพลังงานจลน์, J; u คือความเร็วอนุภาค, m/s； ρ 0 คือความหนาแน่นของตัวกลาง, kg/m3； Vo คือปริมาตรเดิม, m3
ลักษณะสำคัญประการหนึ่งของคลื่นอัลตราโซนิกคือกำลังของมัน ซึ่งแข็งแกร่งกว่าคลื่นเสียงทั่วไปมาก นี่คือเหตุผลสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้คลื่นอัลตราโซนิกสามารถนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหลายสาขา
เมื่อคลื่นอัลตราโซนิกไปถึงตัวกลางบางชนิด โมเลกุลของตัวกลางจะสั่นสะเทือนเนื่องจากการกระทำของคลื่นอัลตราโซนิก และความถี่ในการสั่นสะเทือนของพวกมันจะเหมือนกับคลื่นอัลตราโซนิก ความถี่ของการสั่นสะเทือนของโมเลกุลของตัวกลางเป็นตัวกำหนดความเร็วของการสั่นสะเทือน และยิ่งความถี่สูงเท่าใด ความเร็วก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น พลังงานที่โมเลกุลของตัวกลางได้รับเนื่องจากการสั่นสะเทือนไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับมวลของโมเลกุลของตัวกลางเท่านั้น แต่ยังเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วในการสั่นสะเทือนของโมเลกุลของตัวกลางด้วย ดังนั้น ยิ่งความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกสูงเท่าใด พลังงานที่โมเลกุลของตัวกลางได้รับก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกสูงกว่าคลื่นเสียงทั่วไปมาก ดังนั้นคลื่นอัลตราโซนิกจึงสามารถให้พลังงานแก่โมเลกุลของตัวกลางได้มาก ในขณะที่คลื่นเสียงทั่วไปมีผลเพียงเล็กน้อยต่อโมเลกุลของตัวกลาง กล่าวอีกนัยหนึ่ง คลื่นอัลตราโซนิกมีพลังงานมากกว่าคลื่นเสียงมาก และสามารถให้พลังงานที่เพียงพอแก่โมเลกุลของตัวกลางได้
ความแตกต่างในความถี่และกำลังของคลื่นอัลตราโซนิก:
ความถี่และกำลังของคลื่นอัลตราโซนิกเป็นสองพารามิเตอร์หลักในการวัดประสิทธิภาพของมัน ในระดับมหภาค กำลังเป็นตัวกำหนดความเข้มและความสามารถในการเจาะทะลุของคลื่นอัลตราโซนิก ในขณะที่ความถี่เป็นตัวกำหนดความลึกในการเจาะทะลุและความละเอียดของคลื่นอัลตราโซนิก
ยิ่งความถี่สูงเท่าใด ความยาวคลื่นก็จะสั้นลงเท่านั้น และการเจาะทะลุก็จะแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น แต่ยิ่งกำลังมากขึ้นเท่าใด พลังงานเสียงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในการใช้งาน คลื่นอัลตราโซนิกที่ใช้ในด้านการแพทย์ส่วนใหญ่เป็นแบบกำลังต่ำและความถี่สูง ซึ่งสามารถใช้สำหรับการตรวจและการรักษาด้วยคลื่นอัลตราโซนิกได้ คลื่นอัลตราโซนิกที่ใช้ในด้านอุตสาหกรรมส่วนใหญ่เป็นแบบกำลังสูงและความถี่สูง ซึ่งสามารถใช้สำหรับการแปรรูป การทำความสะอาด การวัด ฯลฯ ความถี่และกำลังของคลื่นอัลตราโซนิกเป็นสองตัวบ่งชี้หลักของประสิทธิภาพของคลื่นอัลตราโซนิก การเลือกพารามิเตอร์คลื่นอัลตราโซนิกที่เหมาะสมสามารถตอบสนองความต้องการในการใช้งานได้ดีขึ้น
