Sự khác biệt giữa tần số siêu âm và công suất

Giới thiệu về tần số siêu âm:

Tần số siêu âm là số lần một thay đổi tuần hoàn được hoàn thành trên một đơn vị thời gian và là một đại lượng mô tả tần số của chuyển động tuần hoàn. Nó thường được biểu diễn bằng ký hiệu f, với đơn vị là một giây và ký hiệu là s-1. Để tưởng nhớ đến đóng góp của nhà vật lý người Đức Hertz, người ta đã đặt tên cho đơn vị tần số là Hertz, viết tắt là "Hertz", với ký hiệu là Hz. Mọi vật thể đều có một tần số độc lập với biên độ được xác định bởi các đặc tính riêng của nó, được gọi là tần số tự nhiên. Khái niệm tần số không chỉ được áp dụng trong cơ học và âm học mà còn được sử dụng phổ biến trong điện từ học, quang học và công nghệ vô tuyến.

Thời gian cần thiết để một hạt trong môi trường dao động qua lại tại vị trí cân bằng một lần được gọi là chu kỳ, được biểu thị bằng T và được đo bằng giây (giây); Số lần một hạt hoàn thành dao động của nó trong 1 giây được gọi là tần số, được biểu thị bằng f, theo chu kỳ trên giây, còn được gọi là Hertz (Hz). Chu kỳ và tần số có mối quan hệ qua lại với nhau, được biểu thị như sau: f=1/T

Bước sóng siêu âm trong môi trường ( λ) Mối quan hệ giữa tần số là: c= λ F

Trong công thức, c là tốc độ âm thanh, m/s; λ là bước sóng, m; F là tần số, Hz.

Có thể thấy rằng đối với một môi trường nhất định, tốc độ lan truyền của siêu âm trong đó là không đổi. Tần số siêu âm càng cao thì bước sóng càng ngắn; ngược lại, tần số siêu âm càng thấp thì bước sóng càng dài.

Giới thiệu về công suất siêu âm:

Công suất siêu âm đề cập đến lượng công mà một vật thể thực hiện trên một đơn vị thời gian, tức là công suất là một đại lượng vật lý mô tả tốc độ thực hiện công. Lượng công là cố định và thời gian càng ngắn thì giá trị công suất càng lớn. Công thức tính công suất là: công suất=công/thời gian. Công suất là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tốc độ thực hiện công. Công thực hiện trên một đơn vị thời gian được gọi là công suất, được biểu thị bằng P.

Trong quá trình truyền sóng siêu âm, khi sóng siêu âm truyền đến môi trường trước đó đứng yên, nó làm cho các hạt của môi trường dao động qua lại gần vị trí cân bằng, dẫn đến sự nén và giãn nở trong môi trường. Có thể nói rằng sóng siêu âm làm cho môi trường thu được động năng dao động và thế năng biến dạng. Năng lượng âm thanh mà môi trường thu được do nhiễu loạn siêu âm là tổng của động năng dao động và thế năng biến dạng.

Khi siêu âm lan truyền trong môi trường, năng lượng cũng lan truyền. Nếu chúng ta lấy một phần tử thể tích nhỏ (dV) trong trường âm thanh, hãy để thể tích ban đầu của môi trường là Vo, áp suất là po và mật độ là ρ {{0}} Động năng Δ Ek thu được bởi phần tử thể tích (dV) do rung động siêu âm; △ Ek=( ρ 0 Vo) u2/2

△ Ek là động năng, J; U là vận tốc hạt, m/s; ρ 0 là khối lượng riêng của môi trường, kg/m3; Vo là thể tích ban đầu, m3.

Một đặc điểm quan trọng của siêu âm là công suất của nó, mạnh hơn nhiều so với sóng âm thông thường. Đây là một trong những lý do quan trọng tại sao siêu âm có thể được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

Khi sóng siêu âm đến một môi trường nhất định, các phân tử của môi trường rung động do tác động của sóng siêu âm, và tần số rung động của chúng giống với tần số của sóng siêu âm. Tần số rung động phân tử của môi trường quyết định tốc độ rung động, tần số càng cao thì tốc độ càng lớn. Năng lượng mà các phân tử môi trường thu được do rung động không chỉ liên quan đến khối lượng của các phân tử môi trường mà còn tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc rung động của các phân tử môi trường. Vì vậy, tần số siêu âm càng cao thì năng lượng mà các phân tử môi trường thu được càng cao. Tần số siêu âm cao hơn nhiều so với sóng âm thông thường, vì vậy siêu âm có thể cung cấp cho các phân tử môi trường rất nhiều năng lượng, trong khi sóng âm thông thường ít ảnh hưởng đến các phân tử môi trường. Nói cách khác, siêu âm có năng lượng lớn hơn nhiều so với sóng âm và có thể cung cấp đủ năng lượng cho các phân tử môi trường.

Sự khác biệt giữa tần số và công suất của siêu âm:

Tần số và công suất của siêu âm là hai thông số chính để đo hiệu suất của nó. Theo góc nhìn vĩ mô, công suất quyết định cường độ và độ thấm của siêu âm, trong khi tần số quyết định độ sâu và độ phân giải của sự thâm nhập của siêu âm.

Tần số càng cao, bước sóng càng ngắn, khả năng xuyên thấu càng mạnh, nhưng công suất càng lớn, có thể tạo ra năng lượng âm thanh mạnh hơn. Trong các ứng dụng, siêu âm được sử dụng trong lĩnh vực y tế chủ yếu là công suất thấp và tần số cao, có thể được sử dụng để kiểm tra và điều trị siêu âm; Sóng siêu âm được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp chủ yếu là công suất cao và tần số cao, có thể được sử dụng để xử lý, làm sạch, đo lường, v.v. Tần số và công suất của siêu âm là hai chỉ số chính của hiệu suất siêu âm. Lựa chọn các thông số siêu âm phù hợp có thể đáp ứng tốt hơn các yêu cầu ứng dụng.