Gli ultrasuoni sono onde sonore che sono di sopra della soglia dell'udito umano. In genere, gli esseri umani possono sentire le onde sonore tra 16 hertz e 16 kilohertz, ma l'ultrasuono è nella gamma di 20 kilohertz fino a 10 megahertz. Imaging per applicazioni mediche fa ampio uso di ultrasuono, ma l'ultrasuono ha anche un ruolo da svolgere in esperimenti di chimica.
Trasduttori ad ultrasuoni
Un trasduttore a ultrasuoni è un dispositivo che converte energia elettrica in energia sonora. Essi lavorano applicando una corrente alternata ad un materiale piezoelettrico, come il quarzo, intramezzato fra due dissipatori di calore in metallo. Questo provoca il materiale piezoelettrico a vibrare rapidamente e genera ultrasuoni.
L'ecografia utilizzato nella maggior parte degli esperimenti è diverso dall'ultrasuoni utilizzati in situazioni di formazione immagine medicale quali gravidanza scansioni. Il primo è di una frequenza più bassa, mentre il secondo è di una maggiore frequenza e cassaforte per uso medico.
Bolle di cavitazione e sonoluminescenza
Onde ad ultrasuoni che viaggiano attraverso un liquido creano regioni alterne di alta e bassa pressione. La pressione bassa provoca bolle di cavitazione piccoli formare, che poi espandersi e contraggono a causa delle onde di ultrasuoni oscillante. Il liquido evapora nelle cavità della bolla, la bolla di riempimento con vapore e gas disciolti all'interno del liquido diffuso nelle bolle.
Alla fine, le bolle di cavitazione collassare e implodono, creando un'onda d'urto che sottopone il contenuto delle bolle a temperature e pressioni di fino a 5000 Kelvin e 1000 atmosfere rispettivamente.
Queste condizioni causa unica le reazioni chimiche che non accadrebbe normalmente in laboratorio, come ad esempio Sonoluminescenza, quando si comprimono le bolle emettono luce. Le condizioni all'interno delle bolle sprofondante creano molto breve durata e difficile da identificare molecole eccitati e ioni che sbarazzarsi della loro energia in eccesso sotto forma di luce.
Lavaggio ad ultrasuoni
L'ultrasuono può essere utilizzato per pulire oggetti come gioielli. Le bolle di cavitazione create dall'ecografia crollo sulle superfici degli oggetti immersi nel liquido. Quando crollo hanno "getto" sulla superficie e pulire la superficie nel processo.
Si può vedere questo effetto mettendo un pezzo di carta stagnola in un bagno ad ultrasuoni. Fissare il trasduttore ultrasonico alla parte inferiore di un contenitore di metallo, ad esempio un barattolo di latta e riempirlo con acqua. Accendere il trasduttore e tenere un pezzo di foglio di alluminio in acqua per circa 10 secondi. Tenere la pellicola per una luce brillante per vedere molti piccoli fori perforati nell'estruso dal collasso e getto di bolle di cavitazione.
Creazione di emulsioni di liquidi immiscibili
Alcuni liquidi, come olio e acqua, non mescolano tra loro anche con agitazione vigorosa. Questi liquidi sono "immiscibili." Le bolle di cavitazione prodotte da un trasduttore a ultrasuoni possono essere utilizzate per creare un'emulsione di due liquidi immiscibili in cui uno dei liquidi immiscibili è sospeso all'interno di altro. Alla fine si separerà i due liquidi, ma sarà più lento rispetto se li mescolato a mano.
Aggiungere parti uguali, olio da cucina e acqua per un barattolo di vetro. Mescolare i liquidi immiscibili agitando a mano il vaso e poi lasciare per separare. Registrare il tempo di separazione completa si verifica e quindi inserire il trasduttore ultrasonico in olio e acqua. Accenderlo per creare un'emulsione. Ancora una volta, lasciare i due liquidi per separare e registrare il tempo di separazione completa si verifica. L'emulsione creata dall'ecografia ci vorrà più tempo per separare.