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超声波频率和功率

发布时间:2022-06-21   点击次数:86次

超声波的频率是单位时间内完成周期性变化的次数,是描述周期运动频繁程度的量,常用符号 f  表示,单位为秒分之一,符号为 s-1。为了纪念德国物理学家赫兹的贡献,人们把频率的单位命名为赫兹,简称“赫",符号为 Hz。每个物体都有由它本身性质决定的与振幅无关的频率,叫做固有频率。频率概念不仅在力学、声学中应用,在电磁学、光学与无线电技术中也常使用。

介质中的质点在平衡位置往返振动1次所需要的时间叫周期,用T表示,单位是秒(s);质点在 1s 的时间内完成振动的次数称为频率,用 f  表示,单位为 周/s,又称作赫兹(Hz)。 周期与频率成互为倒数关系,以下式表示: f =1 / T

介质中声波的波长(λ)与频率之间的关系为:c=λf

式中,c 为声速,m/s; λ 为波长,m;为频率,Hz。

由此可见,对于一定的介质,声波在其中的传播速度是一定的。 声波的频率越高,波长越短;反之,声波的频率越低,波长越长。


超声波功率:超声功率是指物体在单位时间内所做的功的多少,即功率是描述做功快慢的物理量。功的数量一定,时间越短,功率值就越大。求功率的公式为:功率 = 功/时间。功率表征作功快慢程度的物理量。单位时间内所作的功称为功率,用P表示。

在声波传递过程中, 声波传到原先静止的介质中时,使得介质质点在平衡位置附近来回振动,致使在介质中产生压缩和膨胀。可以这样认为,声波使介质获得振动动能和形变势能。介质由于声波扰动所获得的声能量为振动动能和形变势能之和。

随着声波在介质中的传播也伴随着能量的传播,如果我们在声场中取一个微小的体积元(dV),设介质原先的体积为 Vo,压强为 po,密度为ρ0。该体积元(dV)由于声波振动所获得的动能△Ek;△Ek=(ρ0 Vo)u2 /2

△Ek 为动能,J;u 为质点速度,m/s;ρ0 为介质密度,kg/m3; Vo 为原先体积,m3

超声的一个重要特征是它的功率,超波具有比普通声波强大得多的功率,这就是超声波在众多领域中能够获得广泛应用的重要原因之一。

超声波到达某一介质中时,由于超声波的作用使得介质分子振动,而且,其振动频率与超声波的频率相同,介质分子振动的频率决定了振动的速度,频率越高,速度就越大。介质分子由于振动所获得的能量除了与介质分子的质量有关外,还与介质分子的振动速度的平方成正比。所以,超声波的频率愈高,介质分子获得的能量愈高。超声波的频率比普通声波的频率高很多,故超声波可以使介质分子获得很大的能量,而普通声波对介质分子的作用却很小。换言之,超声波具有的能量比声波要大得多,可以供给介质分子足够大的能量。


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