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超聲波頻率和功率

更新時間:2022-06-21點擊次數:9740

超聲波的頻率是單位時間內完成周期性變化的次數,是描述周期運動頻繁程度的量,常用符號 f  表示,單位為秒分之一,符號為 s-1。為了紀念德國物理學家赫茲的貢獻,人們把頻率的單位命名為赫茲,簡稱“赫",符號為 Hz。每個物體都有由它本身性質決定的與振幅無關的頻率,叫做固有頻率。頻率概念不僅在力學、聲學中應用,在電磁學、光學與無線電技術中也常使用。

介質中的質點在平衡位置往返振動1次所需要的時間叫周期,用T表示,單位是秒(s);質點在 1s 的時間內完成振動的次數稱為頻率,用 f  表示,單位為 周/s,又稱作赫茲(Hz)。 周期與頻率成互為倒數關系,以下式表示: f =1 / T

介質中聲波的波長(λ)與頻率之間的關系為:c=λf

式中,c 為聲速,m/s; λ 為波長,m;為頻率,Hz。

由此可見,對于一定的介質,聲波在其中的傳播速度是一定的。 聲波的頻率越高,波長越短;反之,聲波的頻率越低,波長越長。


超聲波功率:超聲功率是指物體在單位時間內所做的功的多少,即功率是描述做功快慢的物理量。功的數量一定,時間越短,功率值就越大。求功率的公式為:功率 = 功/時間。功率表征作功快慢程度的物理量。單位時間內所作的功稱為功率,用P表示。

在聲波傳遞過程中, 聲波傳到原先靜止的介質中時,使得介質質點在平衡位置附近來回振動,致使在介質中產生壓縮和膨脹。可以這樣認為,聲波使介質獲得振動動能和形變勢能。介質由于聲波擾動所獲得的聲能量為振動動能和形變勢能之和。

隨著聲波在介質中的傳播也伴隨著能量的傳播,如果我們在聲場中取一個微小的體積元(dV),設介質原先的體積為 Vo,壓強為 po,密度為ρ0。該體積元(dV)由于聲波振動所獲得的動能△Ek;△Ek=(ρ0 Vo)u2 /2

△Ek 為動能,J;u 為質點速度,m/s;ρ0 為介質密度,kg/m3; Vo 為原先體積,m3

超聲的一個重要特征是它的功率,超波具有比普通聲波強大得多的功率,這就是超聲波在眾多領域中能夠獲得廣泛應用的重要原因之一。

超聲波到達某一介質中時,由于超聲波的作用使得介質分子振動,而且,其振動頻率與超聲波的頻率相同,介質分子振動的頻率決定了振動的速度,頻率越高,速度就越大。介質分子由于振動所獲得的能量除了與介質分子的質量有關外,還與介質分子的振動速度的平方成正比。所以,超聲波的頻率愈高,介質分子獲得的能量愈高。超聲波的頻率比普通聲波的頻率高很多,故超聲波可以使介質分子獲得很大的能量,而普通聲波對介質分子的作用卻很小。換言之,超聲波具有的能量比聲波要大得多,可以供給介質分子足夠大的能量。


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