”Sóng siêu âm” một khái niệm được nhắc đến nhiều kể cả trong học tập cũng như trong đời sống hằng ngày. Tuy nhiên, hầu hết mọi người đều chỉ nghe qua chứ chưa thật sự hiểu rõ sóng siêu âm là gì, đặc điểm của sóng siêu âm và nó có những ứng dụng gì?
Nhằm chia sẽ đến mọi người những kiến thức tổng quát nhất về sóng siêu âm, CATTOOLS đã nghiên cứu và biên soạn bài viết này nhằm giúp bạn đọc hiểu rõ về Sóng siêu âm và những vấn đề cơ bản liên quan.
Nội Dung Chính
SÓNG SIÊU ÂM LÀ GÌ?
Sóng siêu âm là một rung động được truyền qua một phương tiện, chẳng hạn như không khí, nước và kim loại. Sóng siêu âm được định nghĩa là âm thanh không nghe thấy được với tần số cao đối với con người, tần số thường vượt quá 20 kHz. Ngày nay, sóng âm không được nghe cũng được gọi là sóng siêu âm.
Sóng dọc và sóng ngang
Có các loại sóng siêu âm, sóng dọc, sóng ngang và sóng bề mặt, v.v.
Trong một vật rắn, đồng thời tồn tại hai loại sóng đàn hồi. Một là sóng đàn hồi có sự dịch chuyển theo cùng hướng của hướng truyền của sóng gọi là sóng dọc hoặc sóng mật độ và sóng khác là sóng đàn hồi có sự dịch chuyển theo hướng thẳng đứng của hướng truyền của sóng gọi là sóng truyền qua hoặc sóng biến dạng.
Máy xử lý siêu âm của chúng tôi chủ yếu sử dụng sóng dọc.
Sóng dọc
Sóng ngang
Bảng sau đây cho thấy tính chất vật lý của sóng dọc và sóng ngang của vật liệu chính
NGUỒN GỐC CỦA SÓNG SIÊU ÂM
- Trong y học, siêu âm được tao ra từ một máy tạo ra dòng điện siêu cao tần. Dòng điện siêu cao tần được tạo ra sẽ được đưa ra đầu phát và chúng sẽ tác động lên các bản thạch anh hoặc gốm đá tinh thể, sau đó các vật liệu này sẽ phát ra sóng âm có tần số bằng tần số của dòng điện.
- Sóng siêu âm cũng đươc tạo ra bằng cực hàn sonotrode, đây là một bộ phận chuyển đổi tín hiệu điện áp sử dụng thành điện áp cao tần, biến đổi thành dao động cơ học có cùng tần số.
TÍNH CHẤT CỦA SÓNG SIÊU ÂM LÀ GÌ
Sóng siêu âm có các tính chất cơ bản sau:
- Sóng siêu âm là sóng dọc ( dao động cùng chiều với chiều lan truyền sóng ). Siêu âm chỉ truyền trong môi trường giãn nở, trừ môi trường chân không. Theo đó, sóng âm sẽ tạo nên một sức ép làm thay đổi áp lực môi trường. Tại một vị trí nào đó trong môi trường, ở nửa chu kì đâu của sóng, áp lực tại đó tăng và nửa chu kì sau lại giảm gây ra hiệu ứng cơ học của siêu âm. Sự chênh lệch áp suất giữa 2 pha là rất lớn và tỉ lệ với tần số siêu âm.
- Tốc độ lan truyền của siêu âm phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ môi trường truyền âm, không phụ thuộc vào tần số. Tốc độ truyền âm trong không khí là rất thấp, vào khoảng 342m/s và trong không khí là khoảng 1540m/s.
- Chùm siêu âm có 2 vùng: trường gần và trường xa. Trường gần là các vùng. Trường gần là vùng mà các chùm tia siêu âm đi song song nhau, trường xa là vùng mà chùm tia siêu âm bị phân kì.
- Năng lượng siêu âm là động năng dao động và thế năng đàn hồi của các phần tử trong môi trường, có đơn vị là W.
SỰ HẤP THỤ VÀ ĐỘ XUYÊN SÂU CỦA SIÊU ÂM
- Năng lượng của siêu âm dưới dạng cơ học, khi vào tổ chức tạo nên hiệu ứng sinh học ,khi được tổ chức hấp thụ, năng lượng sẽ giảm dần theo độ sâu trong tổ chức.
- Hệ số hấp thu tỉ lệ thuận với bình phương tần số siêu âm. Nguồn siêu âm có tần số càng lớn thì năng lượng càng cao, nhưng hệ số hấp thu càng lớn thì khả năng xuyên sâu càng giảm. Đối với thực hành, độ sâu hiệu quả là độ sâu 1/2 giá trị, tức là độ sâu mà ở đó cường độ siêu âm chỉ còn 1/2 so với bạn đầu.
- Sự phản xạ của siêu âm sinh ra ở ranh giới giữa 2 môi trường, năng lượng bị phản xạ phụ thuộc vào trị số kháng âm riêng rẽ của những môi trường khác nhau.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM TRUYỀN
Siêu âm truyền đi dưới dạng hình cầu rỗng đồng tâm. Bề mặt của các quả cầu là các phân tử không khí nén, và không gian giữa các quả cầu là phần mở rộng của các phân tử không khí mà sóng âm truyền qua. Do đó, sóng siêu âm là một loạt các nén và giãn nở trong môi trường xung quanh chúng. Mặc dù chúng ta thường nghĩ về siêu âm thanh như truyền trong không khí, nhưng chúng cũng có thể lan truyền qua các phương khác.
Mỗi lượt sóng siêu âm nở và nén được gọi là một chu kỳ. Do đó, trong vòng 1 giây, khi siêu âm hoàn thành 50 chu kỳ tức là chúng đã thực hiện 50 lần giãn nở và nén. Thuật ngữ tần số chỉ số chu kỳ trên một đơn vị thời gian mà sóng âm thanh dao động. Một chu kỳ trên giây được gọi là hertz và được viết tắt là Hz. Các đơn vị khác của thang đo trong siêu âm là kilohertz (kHz), đại diện cho 1.000 Hz; và megahertz (MHz), đại diện cho 1.000.000 Hz hoặc 1.000 kHz.
Hầu hết mọi người chỉ có thể phát hiện các tần số âm thanh nằm trong khoảng 16 đến 16.000 Hz. Trong khi sóng siêu âm có tần số lớn hơn 16.000 Hz. Một số loài côn trùng có thể tạo ra siêu âm với tần số cao tới 40 kHz. Động vật nhỏ như mèo và chó nghe tần số lên đến 30 kHz; và dơi được biết là có thể phát hiện tần số lên đến 100 kHz.
Siêu âm gây ra nén và giãn nở của các phân tử trong môi trường xung quanh nó khi nó truyền được gọi là sóng dọc. Khoảng cách từ lần nén này đến lần nén tiếp theo được gọi là bước sóng. Mặt khác, siêu âm có bước sóng ngắn có xu hướng bị nhiễu xạ hoặc tán xạ bởi các vật thể có kích thước tương đương với chúng.
Vận tốc truyền của siêu âm thu được bằng cách nhân tần số của siêu âm với bước sóng của nó. Do đó, nếu biết bước sóng và tần số của sóng âm trong một môi trường nhất định, thì vận tốc của nó cũng có thể được tính toán. Vận tốc âm thanh trong nhiều loại vật liệu khác nhau được thể hiện trong Bảng 1.
Vì sóng siêu âm có xu hướng tần số rất cao, nên nó cũng có bước sóng rất ngắn. Kết quả là, sóng âm có thể được hội tụ trong chùm tia thẳng, hẹp.
ỨNG DỤNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM TRONG CUỘC SỐNG
Sóng siêu âm đang được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng, giới hạn ứng dụng của chúng vẫn có thể tiếp tục mở rộng.
Sử dụng sóng siêu âm đuổi chuột, diệt côn trùng
Như đã đề cập ở trên, siêu âm là loại sóng có tần số cao hơn những gì tai người có thể nghe thấy, nhưng các loài xâm nhập có thể phát hiện ra chúng. Chính vì vậy, sóng siêu âm đã được sử dụng để xua đuổi chuột và các loài côn trùng gây hại như muỗi, gián,…
Máy đuổi chuột là những thiết bị nhỏ phát ra sóng âm tần số cao mà loài động vật này không hề thích thú. Khi thiết bị hoạt động, sự xuất hiện của siêu âm giống như chiếc khoan lớn với âm thanh chói tai, khó có thể dung hoà, khiến chúng khiếp sợ và phải bỏ đi.
Ứng dụng của sóng siêu âm trong y học
Ứng dụng sóng siêu âm trong y học đóng vai trò quan trọng, chúng được ứng dụng chủ yếu trong hoạt động siêu âm, thăm khám cho người bệnh được gọi là “siêu âm chẩn đoán”.
Nhờ công nghệ siêu âm chẩn đoán, các bác sĩ có thể đưa ra những dự đoán chính xác nhất về tình trạng bệnh cũng như sự phát triển của thai nhi. Các vấn đề thường được theo dõi bởi siêu âm bao gồm:
- Bọng đái
- Não (ở trẻ sơ sinh)
- Mắt
- Túi mật
- Thận
- Gan
- Buồng trứng
- Tuyến tụy
- Lách
- Tuyến giáp
- Tinh hoàn
- Tử cung
- Mạch máu
Để đảm bảo hình ảnh thu được từ việc siêu âm là chính xác, trước khi thực hiện siêu âm hình ảnh, bác sĩ thường yêu cầu người bệnh cởi bỏ quần áo ở khu vực cần siêu âm trên cơ thể. Một loại gel chuyên dụng sẽ được xoa lên da nhằm ngăn cản ma sát để có thể cọ xát đầu dò siêu âm trên da.
Bộ chuyển đổi gửi sóng âm tần số cao qua cơ thể. Sóng dội lại khi chúng va vào một vật thể dày đặc, chẳng hạn như một cơ quan hoặc xương. Những tiếng vang đó sau đó được phản xạ trở lại máy tính và tạo thành một tấm hình tái hiện chi tiết nhất về các vấn đề bên trong cơ thể.
Riêng với kiểm tra túi mật, gan, tuyến tụy hoặc lá lách, người bệnh có thể được yêu cầu ăn một bữa ăn không có chất béo vào buổi tối trước khi xét nghiệm và sau đó nhịn ăn cho đến khi làm thủ thuật. Nếu cơ quan cần kiểm tra là bụng, người bệnh có thể được yêu cầu nhịn ăn từ 8 đến 12 tiếng.
Nhờ kết quả hình ảnh thu được từ siêu âm, các bác sĩ sẽ đưa ra kết luận về tình trạng mà cơ thể đang gặp phải từ đó đưa ra những hướng dẫn điều trị thích hợp. Với thai nhi, hình ảnh siêu âm giúp dự đoán chính xác sự khuyết tật trên cơ thể trẻ, tính toán khối lượng của thai nhi và một số vấn đề khác giúp mẹ có chế độ ăn uống phù hợp.
Áp dụng sóng siêu âm trong khoa học quân sự
Trong quân sự, đặc biệt là trong lĩnh vực trinh sát biển, sóng siêu âm được sử dụng để phát hiện thủy sản, tài nguyên biển; cảnh báo chướng ngại vật trên biển như: đá ngầm, bãi ngầm, núi băng, đôi khi, chúng cũng là công cụ để tìm kiếm các loại tàu ngầm xâm nhập bất hợp pháp.
Trên thực tế, ở dưới nước sóng điện từ truyền không được xa. Những ra-đa này hoạt động tốt khi ở trên mặt đất nhưng khi ở dưới nước, chúng mang lại hiệu quả không tốt. Do đó, sóng siêu âm được lựa chọn để thay thế.
Máy phun tạo sương bằng sóng siêu âm
Máy phun sương là một ứng dụng phổ biến của sóng siêu âm. Khi chúng hoạt động, nhờ các board mạch điện tử, luồng sóng được tạo ra và tác động đến các hạt nước khiến chúng bị vỡ tan, phân mảnh thành các hạt sương nhỏ. Sự xuất hiện của hơi nước dạng sương mù là giải pháp lý tưởng cho các phòng máy lạnh hoặc trong môi trường khô, độ ẩm thấp.
Sóng siêu âm trong việc làm sạch đồ dùng
Làm sạch là một ứng dụng mới của sóng siêu âm. Các thiết bị này cũng làm việc dựa trên nguyên lý giãn – nở của siêu âm. Khi được đưa vào trong môi trường nước, siêu âm tác động tạo thành các bọt khí. Khi hàng triệu bọt khí cùng vỡ tung, một nguồn năng lượng cực mạnh được tạo ra, đủ sức để đánh bật các vết bẩn.
Máy rửa sóng siêu âm có thể làm việc tự động, không cần đến con người giám sát liên tục, không cần dụng cụ cọ rửa truyền thống, làm sạch một lượng lớn đồ vật trong cùng một khoảng thời gian. Bằng những ưu điểm đó, máy rửa siêu âm được ứng dụng nhiều trong ngành y tế, chế tạo đồ trang sức, làm sạch linh kiện/ chi tiết máy, rửa thực phẩm, …
Tác dụng công nghệ siêu âm xử lý khí thải
Siêu âm đã được sử dụng để kết dính, hoặc đông tụ, các hạt rắn hoặc lỏng có trong bụi, sương mù hoặc khói thành các cục lớn hơn. Kỹ thuật này được sử dụng trong một quá trình được gọi là tẩy rửa bằng sóng siêu âm, bằng cách đó các hạt vật chất được đông tụ trong các túi khí trước khi nó gây ô nhiễm bầu khí quyển. Đông tụ cũng đã được sử dụng tại các sân bay để phân tán sương mù và sương mù.
Chế biến sữa
Sóng siêu âm có thể được sử dụng để phá vỡ các giọt chất béo trong sữa, để chất béo hòa vào sữa (đồng nhất). Ngoài ra, quá trình thanh trùng, loại bỏ vi khuẩn và vi sinh vật có hại, đôi khi được thực hiện bằng siêu âm.
Gia công kim loại
Bằng cách gắn máy mài va đập siêu âm vào đầu dò từ tính và sử dụng chất lỏng mài mòn, các lỗ có hình dạng thực tế có thể được khoan trên các vật liệu cứng, giòn như cacbua vonfram hoặc đá quý. Việc cắt hoặc khoan thực tế được thực hiện bằng cách cho vật liệu mài mòn, thường là silic cacbua hoặc oxit nhôm, vào khu vực cắt.
Hàn kim loại
Trong hàn siêu âm, các dao động tần số sóng siêu âm cao được sử dụng để tạo ra các bong bóng cực nhỏ trong vật hàn nóng chảy. Quá trình này loại bỏ các oxit kim loại khỏi mối nối hoặc bề mặt được hàn, và loại bỏ nhu cầu về chất trợ dung.
Trong lĩnh vực giám sát, nghe trộm
Có thể nghe lén các cuộc trò chuyện mà không cần sử dụng micro bằng cách hướng sóng siêu âm vào cửa sổ của căn phòng đang được giám sát. Âm thanh trong phòng làm rung cửa sổ; các rung động giọng nói tạo ra những thay đổi đặc trưng trong sóng siêu âm được phản xạ trở lại màn hình. Một bộ chuyển đổi có thể được sử dụng để chuyển đổi các rung động phản xạ thành tín hiệu điện có thể được tái tạo thành âm thanh nghe được.
Các chương trình trò chuyện trên đài phát thanh thường sử dụng đường truyền trễ siêu âm để theo dõi và cắt bỏ những người gọi lạm dụng trước khi nhận xét của họ được phát sóng trong các chương trình trò chuyện trên đài phát thanh. Đường trễ siêu âm trả lại tín hiệu thoại giữa hai đầu dò cho đến khi nó được giám sát, sau đó nhả ra để phát sóng.
NHỮNG TÁC HẠI CỦA SÓNG SIÊU ÂM ĐẾN SỨC KHỎE
Mặc dù, sóng siêu âm mang đến nhiều lợi ích nhưng bản thân chúng cũng tạo ra một số hạn chế, ảnh hưởng trực tiếp đến con người. Các nhà khoa học đã liệt kê những ảnh hưởng điển hình của sóng siêu âm đến sức khoẻ như sau:
- Gây vô sinh cho nam giới trong 6 tháng
- Bé trai khi còn trong bụng mẹ thường xuyên tiếp xúc với sóng siêu âm có thể ảnh hưởng đến sức khoẻ sinh sản về sau
- Siêu âm cũng có thể tác động tiêu cực đến não bộ, cân nặng, chiều cao, … của thai nhi
- Theo một số nghiên cứu, sóng có khả năng làm biến dạng trường DNA, nghĩa là sẽ gây ra sự sai lệch trong chương trình di truyền
- Nếu tần số sóng âm >20KHz thì sẽ ảnh hưởng đến thính giác của con người.
Qua bài viết này, CATTOOLS đã chia sẽ đến bạn những thông tin cơ bản nhất về Sóng siêu âm là gì và những vấn đề liên quan. Hy vọng với những thông tin hữu ích này, bạn sẽ vận dụng vào công việc hoặc học tập, mang lại hiệu quả cao nhất. Ngoài ra, nếu bạn vẫn còn thắc mắc nào về khái niệm này thì hãy liên hệ ngay với chúng tôi, đội ngũ nhân viên chuyên nghiệp, có kiến thức chuyên môn cao sẽ luôn sẵn sàng hỗ trợ giải đáp thắc mắc cho bạn. Bên cạnh đó, nhằm hướng đến việc chia sẽ nhiều thông tin bổ ích khác đến mọi người, đội ngũ nhân viên CATTOOLS cũng sẽ hỗ trợ tư vấn hoặc giải đáp những vấn đề khác mà bạn cần khi bạn liên hệ với chúng tôi. Hãy để lại bình luận bên dưới bài viết này nhé.
