Vai trò của siêu âm

Khi sóng siêu âm lan truyền trong môi trường, do sự tương tác giữa sóng siêu âm và môi trường, môi trường trải qua những thay đổi về vật lý và hóa học, dẫn đến một loạt các hiệu ứng siêu âm cơ, nhiệt, điện từ và hóa học, bao gồm bốn loại hiệu ứng sau:

Hiệu ứng cơ học.

Tác động cơ học của siêu âm có thể thúc đẩy quá trình nhũ hóa chất lỏng, hóa lỏng gel và phân tán chất rắn. Khi sóng đứng được hình thành trong môi trường chất lỏng siêu âm, các hạt cực nhỏ lơ lửng trong chất lỏng ngưng tụ tại các nút sóng do tác động của lực cơ học, tạo thành sự tích tụ tuần hoàn trong không gian. Khi sóng siêu âm lan truyền trong vật liệu áp điện và vật liệu từ giảo, sự phân cực điện cảm ứng và từ hóa cảm ứng được gây ra bởi tác động cơ học của sóng siêu âm (xem Vật lý điện môi và Từ giảo).

Cavitation.

Khi sóng siêu âm tác động lên chất lỏng, chúng có thể tạo ra một số lượng lớn bong bóng nhỏ. Một lý do là ứng suất kéo cục bộ xảy ra trong chất lỏng tạo thành áp suất âm khiến khí ban đầu hòa tan trong chất lỏng quá bão hòa và thoát ra khỏi chất lỏng trở thành bong bóng nhỏ. Một lý do khác là ứng suất kéo mạnh làm “xé” chất lỏng thành một khoang, gọi là xâm thực. Bên trong khoang là hơi lỏng hoặc khí khác hòa tan trong chất lỏng, hoặc thậm chí là chân không. Các bong bóng nhỏ hình thành do xâm thực sẽ tiếp tục di chuyển, lớn lên hoặc vỡ ra đột ngột dưới sự rung động của môi trường xung quanh. Khi nó vỡ, chất lỏng xung quanh đột nhiên lao vào bong bóng tạo ra nhiệt độ và áp suất cao, đồng thời tạo ra sóng xung kích. Ma sát bên trong liên quan đến hiện tượng xâm thực có thể hình thành điện tích và tạo ra sự phát quang do sự phóng điện bên trong bong bóng. Kỹ thuật siêu âm trong chất lỏng chủ yếu liên quan đến cavitation.

Hiệu ứng nhiệt.

Do tần số cao và năng lượng cao của sóng siêu âm, chúng có thể tạo ra hiệu ứng nhiệt đáng kể khi được môi trường hấp thụ.

Tác dụng hóa học.

Hoạt động của siêu âm có thể thúc đẩy hoặc đẩy nhanh một số phản ứng hóa học. Ví dụ, nước cất tinh khiết sẽ tạo ra hydro peroxide sau khi xử lý bằng siêu âm; nước có nitơ hòa tan sau khi xử lý bằng siêu âm sẽ tạo ra axit nitơ; dung dịch thuốc nhuộm dạng nước sẽ đổi màu hoặc phai màu sau khi xử lý bằng siêu âm. Sự xuất hiện của những hiện tượng này luôn đi kèm với hiện tượng xâm thực. Siêu âm cũng có thể đẩy nhanh quá trình thủy phân, phân hủy và trùng hợp của nhiều chất hóa học. Siêu âm cũng có tác động đáng kể đến các quá trình quang hóa và điện hóa. Sau khi xử lý siêu âm các dung dịch nước của các axit amin khác nhau và các chất hữu cơ khác, các dải quang phổ hấp thụ đặc trưng biến mất và cho thấy sự hấp thụ chung đồng đều, điều này cho thấy hiện tượng xâm thực đã thay đổi cấu trúc phân tử.