超聲波頻率和功率

超聲波的頻率：是單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，是描述周期運動頻繁程度的量，常用符號 f  表示，單位為秒分之一，符號為 s-1。為了紀(jì)念德國物理學(xué)家赫茲的貢獻(xiàn)，人們把頻率的單位命名為赫茲，簡稱“赫"，符號為 Hz。每個物體都有由它本身性質(zhì)決定的與振幅無關(guān)的頻率，叫做固有頻率。頻率概念不僅在力學(xué)、聲學(xué)中應(yīng)用，在電磁學(xué)、光學(xué)與無線電技術(shù)中也常使用。

介質(zhì)中的質(zhì)點在平衡位置往返振動1次所需要的時間叫周期，用T表示，單位是秒（s）；質(zhì)點在 1s 的時間內(nèi)完成振動的次數(shù)稱為頻率，用 f  表示，單位為 周/s,又稱作赫茲（Hz）。 周期與頻率成互為倒數(shù)關(guān)系，以下式表示： f =1 / T

介質(zhì)中聲波的波長（λ）與頻率之間的關(guān)系為：c=λf

式中，c 為聲速，m/s； λ 為波長，m；f 為頻率，Hz。

由此可見，對于一定的介質(zhì)，聲波在其中的傳播速度是一定的。 聲波的頻率越高，波長越短;反之，聲波的頻率越低，波長越長。


超聲波功率：超聲功率是指物體在單位時間內(nèi)所做的功的多少，即功率是描述做功快慢的物理量。功的數(shù)量一定，時間越短，功率值就越大。求功率的公式為：功率 = 功/時間。功率表征作功快慢程度的物理量。單位時間內(nèi)所作的功稱為功率，用P表示。

在聲波傳遞過程中， 聲波傳到原先靜止的介質(zhì)中時，使得介質(zhì)質(zhì)點在平衡位置附近來回振動，致使在介質(zhì)中產(chǎn)生壓縮和膨脹。可以這樣認(rèn)為，聲波使介質(zhì)獲得振動動能和形變勢能。介質(zhì)由于聲波擾動所獲得的聲能量為振動動能和形變勢能之和。

隨著聲波在介質(zhì)中的傳播也伴隨著能量的傳播，如果我們在聲場中取一個微小的體積元（dV），設(shè)介質(zhì)原先的體積為 Vo，壓強(qiáng)為 po，密度為ρ0。該體積元（dV）由于聲波振動所獲得的動能△Ek；△Ek=（ρ0 Vo）u2 /2

△Ek 為動能，J；u 為質(zhì)點速度，m/s；ρ0 為介質(zhì)密度，kg/m3； Vo 為原先體積，m3。

超聲的一個重要特征是它的功率，超波具有比普通聲波強(qiáng)大得多的功率，這就是超聲波在眾多領(lǐng)域中能夠獲得廣泛應(yīng)用的重要原因之一。

超聲波到達(dá)某一介質(zhì)中時，由于超聲波的作用使得介質(zhì)分子振動，而且，其振動頻率與超聲波的頻率相同，介質(zhì)分子振動的頻率決定了振動的速度，頻率越高，速度就越大。介質(zhì)分子由于振動所獲得的能量除了與介質(zhì)分子的質(zhì)量有關(guān)外，還與介質(zhì)分子的振動速度的平方成正比。所以，超聲波的頻率愈高，介質(zhì)分子獲得的能量愈高。超聲波的頻率比普通聲波的頻率高很多，故超聲波可以使介質(zhì)分子獲得很大的能量，而普通聲波對介質(zhì)分子的作用卻很小。換言之，超聲波具有的能量比聲波要大得多，可以供給介質(zhì)分子足夠大的能量。