- υπέρηχος
- Ελαστική ταλάντωση ενός ορισμένου μέσου με συχνότητα ανώτερη των 15.000 - 20.000 Hz, δηλαδή ανώτερη από το πεδίο ακουστότητας του ανθρώπου (ήχος)· αν η συχνότητα είναι κατώτερη των 100.000 Hz, γίνεται αντιληπτή από ορισμένα χειρόπτερα, όπως π.χ. τις νυχτερίδες.
Ιδιότητες. Οι μέγιστες συχνότητες που έχουν παραχθεί μέχρι σήμερα είναι της τάξης των 1010 Hz, όπου αντιστοιχεί μήκος κύματος 0,34 μικρά στον αέρα (1 μ = 10-3 mm = 10-6 m), 1,5 μικρά στο νερό, δηλαδή της τάξης του μήκους κύματος των ορατών ακτινοβολιών. Ως κυματικό φαινόμενο, οι υ. συμπεριφέρονται στη διάδοσή τους όπως οι φωτεινές ακτινοβολίες: παρουσιάζουν δηλαδή τα φαινόμενα της ανάκλασης και της διάθλασης, όταν τα εμπόδια που βρίσκονται στο δρόμο τους (ή τα ανοίγματα μέσω των οποίων διέρχονται) έχουν διαστάσεις μεγάλες ως προς τα μήκη κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας· παρατηρούνται επίσης και τα φαινόμενα της συμβολής και της περίθλασης, όταν οι διαστάσεις αυτές είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με το μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Άλλες ιδιότητες, αντίθετα, είναι τελείως διάφορες, ιδιαίτερα οι σχετικές με την υψηλή ενέργεια που μεταφέρεται με τους υ., με κατάλληλη εστίαση, δηλαδή συγκέντρωση με οπτικά συστήματα όπου μπορούμε να μετρήσουμε ένταση 5 KW/cm2· η μέγιστη ισχύς που πετυχαίνεται είναι της τάξης των 30 kW. Οι υ. μπορούν επίσης να προκαλέσουν σπηλαιώσεις σε υγρά, ακόμα και τελείως απαλλαγμένα από αέρια και ταυτόχρονα φθορισμό των υγρών αυτών. Οι υ. προκαλούν και χημικά φαινόμενα, κυρίως οξειδώσεις.
Παραγωγή. Η παραγωγή του υ. γίνεται κυρίως με τη βοήθεια μετατροπέων, δηλαδή συσκευών που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε ελαστική· μεταξύ αυτών οι συνηθέστεροι είναι οι πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς (πιεζοηλεκτρισμός) από χαλαζία, οι οποίοι έχουν σημαντική σταθερότητα μηχανικών ιδιοτήτων και πολύ χαμηλές απώλειες από εσωτερικές τριβές· από βορικό τιτάνιο, που εκμεταλλεύονται βασικά τον πιεζοηλεκτρισμό δεύτερης τάξης ή ηλεκτροσυστολή και έχουν παρόμοιες ιδιότητες με τους μετατροπείς χαλαζία, αλλά είναι πιο εύθραυστοι. Υπάρχουν επίσης μετατροπείς μαγνητοσυστολής, στους οποίους το παλλόμενο στοιχείο στη συχνότητα συντονισμού είναι από νίκελ ή περμαντούρ (κράμα με 49% Fe, 49% Cu, 2% Va) ή φερρίτη (μείγμα NiO, Fe
2O
3, ZnO), οι οποίοι χρησιμοποιούνται στην περιοχή συχνοτήτων μεταξύ 10.000 και 100.000 Hz και είναι αρκετά πιο περιορισμένοι από τους μετατροπείς χαλαζία, γιατί έχουν μεγαλύτερες απώλειες· υπάρχουν επίσης ηλεκτροδυναμικοί μετατροπείς που λειτουργούν ανάλογα προς τα μεγάφωνα κινητού πηνίου· τα ιονόφωνα, μεγάφωνα που εκμεταλλεύονται το φαινόμενο κορώνα διαμορφωμένο από ένα ακουστικό σήμα. Τέλος χρησιμοποιούνται γεννήτριες με σειρήνα, στις οποίες, για συχνότητες μέχρι 20.000 Hz, o υ. παράγεται με εισαγωγή του αέρα σε ένα θάλαμο, όπου περιστρέφεται ένας στροφέας· η περιφέρεια του στροφέα έχει εγκοπές που αντιστοιχούν σε οπές του θάλαμου.
Λήψη.
2Οι υ. ανιχνεύονται με δέκτες πιεζοηλεκτρικούς ή μαγνητοσυστολής, οι οποίοι εκμεταλλεύονται την αναστρεψιμότητα των μετατροπέων και λειτουργούν και σε συχνότητες μικρότερες από τη συχνότητα συντονισμού· υπάρχουν ακόμη και τα μικρόφωνα με πυκνωτή, τα οποία λειτουργούν ως 100.000 Hz· οι οπτικοί δέκτες, που παρατηρούν το υπερηχητικό κύμα μέσα σε ένα υγρό ή σε ένα αέριο, εκμεταλλευόμενοι το δίκτυο διάθλασης μιας μονοχρωματικής φωτεινής ακτινοβολίας· οι θερμικοί δέκτες, που βασίζονται στη μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης λεπτών νημάτων που θερμαίνονται από υπερήχους.
Εφαρμογές. Η σύγχρονη τεχνολογία αξιοποιεί τους υ. σε πολλές εφαρμογές όπως στις συσκευές υποβρύχιας ηχούς (σόναρ)· στους ανιχνευτές ελαττωμάτων στη δομή των στερεών υλικών (αδιαφανών στις ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες), οι οποίοι βασίζονται στο γεγονός ότι τα ελαττώματα ανακλούν μερικώς την προσπίπτουσα υπερηχητική ενέργεια· στις γραμμές υπερηχητικής καθυστέρησης (που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά εργαστήρια), οι οποίες βασίζονται στο γεγονός ότι η ταχύτητα διάδοσης των υ. στα στερεά είναι της τάξης των 100-1000 μ/δευτ., συνεπώς μικρότερη από την ταχύτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάνσεων (3 · 10
8 μ/δευτ.)· στις μετρήσεις των ελαστικών ιδιοτήτων των στερεών και των τεχνητών πλαστικών υλών (όπως τα υψηλά πολυμερή)· στις «μηχανικές επεξεργασίες» υλικών πολύ σκληρών, όπου το κοπτικό εργαλείο αντικαθίσταται από μια κεφαλή που ακτινοβολεί υπερήχους· στη γαλακτοποίηση δύο υγρών διαφορετικής πυκνότητας με ακτινοβόληση της επιφάνειας διαχωρισμού· στις μεταλλουργικές επεξεργασίες, όπως στην απομάκρυνση των κρυστάλλινων κόκκων κατά την ψύξη του λιωμένου μέταλλου· στην εξαγωγή των αερίων από τα λιωμένα μέταλλα· στη συγκόλληση του αλουμινίου, όπου η υπερηχητική ακτινοβολία χρησιμοποιείται για την καταστροφή του επιφανειακού στρώματος οξείδιου στις επιφάνειες προς συγκόλληση· τέλος, έχουμε εφαρμογές του υ. στη βακτηριολογία (καταστροφή μικροοργανισμών) και στην ιατρική (νευρίτιδες, περιαρθρίτιδες, αρθρίτιδες και έλκη).
* * *ο, Νφυσ. συν. στον πληθ. οι υπέρηχοικύματα που μοιάζουν με τα ηχητικά αλλά έχουν υψηλότερη συχνότητα, ανώτερη τών 20.000 χερτς, γι' αυτό και δεν γίνονται αντιληπτά από το ανθρώπινο αφτί, αλλά έχουν ευρείες εφαρμογές σε πολλούς τομείς τής επιστήμης και τής τεχνολογίας.[ΕΤΥΜΟΛ. < υπερ-* + ήχος. Η λ. αποτελεί απόδοση στην ελλ. ξεν. επιστημον. όρου, πρβλ. αγγλ. ultrasound].
Dictionary of Greek. 2013.
