Felhasznált irodalom: Puskás Ágnes Ultrahang Hanglencsék

Átírás

1 A használt szennyezőanyagok esetén a meghatározások alapján megállapítható, hogy ezek a kataláz enzm aktvtását csökkentk, ezzel magyarázható, hogy a nagyobb onkoncentrácók esetén nagyobb mennységű hdrogén-peroxd volt a próbákban, ennek megfelelően nagyobb volt a permanganát-mérőoldat fogyás. Felhasznált rodalom: 1] Drăgan-Bularda, M.: Mcrobologe generală lucr. practce, Unv. Babeş-Bolya, Cluj-N ] Dukay Igor(szerk.): Kézkönyv a ksvízfolyások komplex vzsgálatához, Vác, Göncöl Alap ] Fscher Ernő: A funkconáls sejttan alapja, Dalóg Campus Kadó, Bp.-Pécs, ] Nánás Irén (szerkesztő): Humánökológa, Medcna Könyvkadó, Budapest, ] Növény kataláz vzsgálata: 6] Tuba Zoltán (szerk.): Víznövények, Móra Ferenc Ifjúság Kadó, Budapest, 1995 Puskás Ágnes, tanár Ady Endre Líceum, Nagyvárad Ultrahang II. rész Hanglencsék A hangtörés jelensége alkalmas akusztka lencsék előállítására, akárcsak a fénytanban. Az analóga csak részben alkalmazható. Ez egyrészt annak tulajdonítható, hogy fény esetében a hullámhossz jóval ksebb, mnt a lencse geometra mérete, tehát a dffrakcó nem játszk lényeges szerepet. Hallható hangok esetében a két méret közel azonos nagyságrendű, lényeges hangelhajlás jön létre, nem érvényes tökéletesen a sugárrányú terjedés. Ultrahangoknál (a magas frekvenca következtében) a sugár rányú terjedés válk lényegessé. Az ultrahangok gyakorlat alkalmazásanál a hanglencséket széles körben alkalmazzák a sugárzás energa ks térfogatban való koncentrálására. Optka lencsék esetében a hullámközeg általában levegő, míg a lencse üvegből készül (levegőben a fázssebesség nagyobb, mnt szlárd halmazállapotú anyagban). Ultrahangok esetében a leggyakrabban alkalmazott szállítóközeg víz, vagy olaj, a lencsék pedg nagyobb fázssebességgel jellemzett szlárd halmazállapotú anyagból készülnek. A fénytan gyűjtőlencse akusztka szempontból szóró, és fordítva (2.a., 2.b.ábra). 2.a.ábra 2.b.ábra /2

2 A fentek alapján az anyag csak akkor alkalmas hanglencsének, ha a két közegnek a fázssebessége különböző. Vszont a jó csatolás megkövetel, hogy akusztka mpedancájuk azonos legyen. Ez a két feltétel, egydejűleg nehezen valósítható meg. A legjobb kompromsszumot az alumínum bztosítja. A hanglencsékkel kapcsolatosan más problémák s felmerülnek. Ha az ultrahang a lencse felületére nem merőlegesen esk, a hosszant rezgések mellet harántrezgések s keletkezhetnek. Mvel az említett két esetben a fázssebességek értéke különbözőek, a lencse két fókuszponttal rendelkezk, tehát két képet alkot. Ez a magyarázata annak, hogy a hanglencsék beeső felülete sík (2.a., 2b.ábra), és merőleges beesést valósítanak meg. A fent hányosságok kküszöbölhetők zónaosztással, vagy akusztka késleltető vonalakkal. Hullámok dszperzója Dszperzónak nevezzük azt a fzka jelenséget, amkor a hullámok fázssebessége függ a hullámhossztól. Hallható hangok esetében ez a jelenség nem jelentkezk, de a magas frekvenca következtében észlelhető ultrahangoknál gen. Fludumoknál a fázssebességet a (6) összefüggés értelmez. Az összefüggés értelmében ez a mennység függ a adabatkus ktevőtől, ennek értéke C p, Cv 2 ahol C p kt az zobár molhő, míg C v kt az zochor molhő. Tehát 2 2 2, (10) ha jelöl a molekulák szabadság fokanak a számát, k pedg a Boltzmann-állandó. Ennek a mennységnek az értékét a mozgás lehetőségeknek megfelelő független koordnáták száma határozza meg. Egyatomos molekulák esetében csak haladó mozgás létezk. Többatomosok esetében jelentkezk a molakulának mnt egésznek haladó, forgó mozgása, és a molekulán belül a rezgő mozgás s. A haladó és a forgó mozgás a molekulára mnt egészre jellemző, a rezgő mozgás ennek belső sajátossága. Ennek az érvelésnek megfelelően külső ( k ), és belső ( b ) szabadság fokokról lehet beszéln. Tehát többatomos molekulák esetében. A (10)-nek megfelelően k b 2 k b. (11) k b Komplex szerkezetű molekulák haladó és forgó mozgásából származó energáját külső energának, míg a rezgő mozgásét belsőnek nevezzük. A hullámtér elsődlegesen a haladó és a forgó mozgást gerjeszt. Az összenyomás félperódusban felvett külső ener- t relaxácós, ga dőkéséssel gerjeszt a rezgő mozgást. Ez az dőkésés jellemezhető a r vagy beállás dővel. A tágulás félperódusban a rezgő rendszer energája csökken, a belső energa, az említett dőkéséssel, vsszaadódk a molekulának mnt egésznek. Alacsony frekvencán, a T peródus nagy értékű T tehát az összenyomás félperódusban van t r /2 63

3 dő a rezgőmozgás gerjesztésére, míg a tágulásban az energa vsszaszolgáltatására. Ez azt jelent, hogy aktválódnak, mnd a külső, mnd a belső szabadság fokok, tehát érvényes a (11) összefüggés. Magas frekvencán T tr, ezért nem gerjesztődnek a belső szabadság fokok. A (11) értelmében 2 k. k Ennek megfelelően,. A (6) összefüggés értelmében a mechanka hullámok fázssebessége magasabb frekvencán nagyobb mnt alacsonyabban, ez dszperzót jelent. A tárgyalt jelenség hallható hangoknál nem, de ultrahangoknál észlelhető. Ultrahangtérben mérve a fázssebességet a frekvenca függvényében, a mért mennység változásából meghatározható a belső szabadság fokok száma, és ennek smeretében tanulmányozható a komplex molekularendszerek belső szerkezete, és dnamkája. Az előbb érvelésnek megfelelően, az ultrahang a molekulafzkában fontos kutatás lehetőséget bztosít. 6. Hangforrások Hangforrásnak teknthető mnden rugalmas test, amely energa közléssel rezgésbe hozható, és a rezgés energát képes átadn a hullámközegnek. A hangforrások két csoportba sorolhatók: elsődleges (valód), lletve másodlagos (rezgés-átalakító). Az elsődleges hangforrások mechanka energa felhasználásával rezgés energát keltenek (húr, lemez, rúd, levegőoszlop). A másodlagosak elektromos, mágneses energát alakítanak át rezgés energává (hangszóró, pezoelektromos, magnetosztrkcós ultrahang-generátor). Ultrahangok keltésénél a legfontosabbak a másodlagosak, de az elsődlegesek közül alkalmazzák a levegőoszlopokat, és a rudakat s. A rúd. A közepén rögzített rudat hossztengely mentén megütve, vagy hosszment dörzsöléssel gerjesztve, rezgés állapotba jut és benne állóhullámok alakulnak k. A két szabad végén orsó, míg közepén csomó felületek keletkeznek. Jelölje l a rúd hosszát (3.ábra), az ábrának megfelelően a rúdban kalakuló állóhullámok hullámhossza, ennek az értéknek megfelelő állóhullámok frekvencája c, (12) amt alapfrekvencának nevezünk. Az alapfrekvencával egydejűleg, ennek egészszámú többszöröse (felhangok) s gerjesztődnek, de jóval ksebb ntenztással. Levegőoszlop. Akárcsak a rudak, a levegőoszlopok s gerjesztéssel rezgés állapotba hozhatók, tehát bennük s állóhullámok keletkeznek. 3. ábra /2

4 Hullámforrásként vselkednek. A mndkét végén szabad levegőoszlop hasonlóan vselkedk, mnt a közepén rögzített rúd. Az egyk végén nytott, másk végén zárt levegőoszlopban kalakuló állóhullámnak a nytott végén orsó, míg a zártnál csomó felülete van (4. ábra). A kalakuló állóhullámra érvényes, hogy 4l, tehát az oszlop által keltett hang alapfrekvencája 4. ábra c. (13) 4l Pezoelektromos ultrahanggenerátor. Ultrahangok keltésére ez a leggyakrabban használt hangforrás. A pezoelektromos hatás abban áll, hogy a kvarc, turmaln, bárumttanát egykrstályok megfelelően kmetszett darabjat összenyomva, az összenyomás rányára merőleges felületeken ellentétes előjelű töltések jelennek meg, nyújtáskor a felületek elektromos töltésenek az előjele megváltozk. A jelenség fordítva s lejátszódk, ez a fordított pezoelektormos hatás, potencálkülönbség hatására az egykrstály tér rányú méretváltozást szenved. Perodkusan változó potencálkülönbség esetén a méretváltozás s perodkus. Ultrahangok keltésénél a fordított pezoelektromos hatást alkalmazzák. Tekntsük az 5. ábra szernt kvarckrstályt, melynek OX tengely rányú mérete l. Az OX tengelyre merőleges felületekre elektródákat helyeznek, és ezeket váltakozó elektromos feszültséggel táplálják. A rúdnál tárgyalt esetben akkor alakul k állóhullám, amkor. Szlárd halmazállapotú anyagban a longtudnáls hullámok fázssebessége E c. (14) 3 6 ahol E és az anyag rugalmas tulajdonságara jellemző állandók. A (12) értelmében az egykrstály által gerjesztetett ultrahang frekvencája 1 E. (15) Kvarc esetén 2,65.10 kg 9 3, E 85,46.10 N 2, 0. 45, tehát az m m l 1cm vastagságú lemez alapfrekvencája 285 khz. A kvarckrstály nem csak az alapfrekvencán képes rezegn, hanem ennek felharmonkusan s. Amnt említettük, a felharmonkusok ntenztása jóval ksebb, mnt az alaphangé,ezért gyakorlat alkalmazásuk korlátozott. Kvarckrstály esetében ultrahangok csak az úgynevezett pezoelektromos Curehőmérsékletg gerjeszthetők, mvel e felett a pezoelektromos jelenség nem észlelhető /2 65

5 5. ábra Magnetosztrkcós ultrahang-generátorok. Ferromágneses rudat vagy csövet szmmetra tengelyével párhuzamos rányú mágneses térbe helyezve hosszméretük megváltozk, ez a magnetosztrkcó jelensége. A hosszváltozás mértéke független a mágneses tér rányításától. A frekvencájú mágneses tér 2 frekvencájú hosszváltozást eredményez. A 6. ábra szernt l hosszúságú ferromágneses rudat váltóárammal táplált tekercsbe helyezzük. A rúdban keltett rezgések frekvencája 1 2 E 3 6, (16) ahol 2-es szorzó azért jelenk meg, mert a rúd hosszváltozása nem függ a mágneses tér rányításától. A 30 cm és a 3 cm hosszúságú nkkel rúd alaphangjának frekvencája 8, lletve 80 khz. Rövdebb rudak s gerjeszthetők, de ebben az esetben már komoly műszak problémák jelentkeznek. A magnetosztrkcós generátorok nagy előnye a pezoelektromos generátorokkal szemben az, hogy olcsók, felépítésük egyszerű és nagy ultrahang teljesítményt bztosítanak. Hátrányuk, hogy ksebb frekvencasávot fednek le. Ez a generátor típus csak a ferromágneses Curehőmérsékletg működőképes, mvel ezen a hőmérsékleten megszűnk az anyag ferromágneses állapota. 6. ábra Néda Árpád /2