超声波给人类带来了什么贡献？

我们知道当一个物体振动时，它会发出声音。科学家把每秒振动的次数称为声音的频率，单位是赫兹。我们人耳能听到的声波频率是16 ~ 20000Hz。因此，当物体的振动超过一定频率，即高于人类听觉阈值上限时，人就听不到了。这种声波被称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1 ~ 5 MHz。

虽然人类听不到超声波，但很多动物都有这种能力。它们可以使用超声波来“导航”，追逐食物，或避免危险的事情。夏天的晚上你可能见过很多蝙蝠在院子里来回飞。为什么它们在没有光的情况下飞行也不会迷路？原因是蝙蝠可以发出20 ~ 65438+百万赫兹的超声波，就像一个移动的“雷达站”。蝙蝠就是用这种“雷达”来判断前方是否有昆虫或障碍物在飞。

我们人类直到第一次世界大战才学会使用超声波，也就是利用“声纳”的原理来探测水下目标及其状态，比如潜艇的位置。这时，人们向水中发射一系列不同频率的超声波，然后记录并处理反射回来的回波。从回波的特征，我们可以估计被探测物体的距离、形状和动态变化。超声波在医学上最早的应用是在1942年。奥地利医生杜西克首次使用超声波技术扫描大脑结构。后来，在60年代，医生开始将超声波应用于腹部器官的检测。如今，超声扫描技术已经成为现代医学诊断不可或缺的工具。

医学超声检查的工作原理类似于声纳，即超声波发射到人体内，在体内遇到界面会发生反射和折射，在人体组织内可能会被吸收和衰减。由于人体内各种组织的形状和结构不同，对超声波的反射、折射和吸收程度也不同。医生通过仪器反射的波型、曲线或图像的特征来区分。另外，结合解剖学知识，正常和病理变化，可以诊断被检查的器官是否有病。

目前医生使用的超声诊断方法有不同的形式，可分为A、B、M、d四类。

A型:是一种用波形显示组织特征的方法，主要用于测量器官的直径以确定其大小。它可以用来识别病变组织的一些物理特征，如实质，是否存在液体或气体等。

b型:以平面图形的形式显示被探查组织的具体情况。在检查时，人体界面的反射信号首先被转换成不同强度的光点，这些光点可以通过荧光屏显示出来。这种方法直观、可重复，可用于前后对比，因此广泛应用于妇科、泌尿、消化、心血管疾病的诊断。

m型:是一种用来观察活动界面时间变化的方法。它最适合检查心脏的活动。其曲线的动态变化称为超声心动图，可用于观察心脏各层的位置、活动状态和结构状况，多用于辅助诊断心脏和大血管疾病。

D型:是一种专门用于检测血流和器官活动的超声诊断方法，又称多普勒超声诊断法。可以确定血管是否通畅，管腔是否狭窄、闭塞以及病变部位。新一代D型超声还可以定量测量管腔内的血流量。近年来，科学家们开发了一种彩色编码多普勒系统，可以在超声心动图的解剖标记的指示下，用不同的颜色显示血流的方向，颜色的深浅代表血流的速度。目前，立体超声成像、超声CT、超声内窥镜等超声技术不断涌现，还可以与其他检查仪器相结合，大大提高疾病的诊断准确率。超声波技术在医疗领域发挥着巨大的作用。随着科学的进步，它会更加完善，会更好地造福人类。

频率高于20000赫兹的声波。声学中研究超声波的产生、传播和接收，以及各种超声效应和应用的分支学科，称为超声。生产

超声波装置包括机械超声波发生器(如空气哨、哨子和液体哨等。)，基于电磁感应和电磁作用原理的电超声波发生器，

以及由压电晶体的电致伸缩效应和铁磁材料的磁致伸缩效应制成的电声换能器。

超声波效应当超声波在介质中传播时，超声波与介质的相互作用引起介质中的物理和化学变化，从而产生。

一系列的机械、热、电磁和化学超声波效应，包括以下四种效应:

①机械效应。超声波的机械作用可以促进液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当超声流体介质中形成驻波时，悬浮在流体中的微小颗粒由于机械力的作用在节点处凝聚，在空间形成周期性的堆积。超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时，由于超声波的机械作用而产生感应极化和感应磁化(参见介电物理和磁致伸缩)。

②气蚀。超声波作用于液体时，会产生大量的小气泡。一个原因是液体中的局部拉应力形成负压，压力的降低使原本溶解在液体中的气体过饱和并从液体中逸出，成为小气泡。另一个原因是强大的拉伸应力将液体“撕裂”成空腔，这就是所谓的空化。该空腔充满液体蒸汽或另一种溶解在液体中的气体，甚至可以是真空。空化形成的小气泡会随着周围介质的振动而突然运动、长大或破裂。当它破裂时，周围的液体突然冲入气泡，产生高温、高压和冲击波。与空化相关的内耗可以形成电荷，气泡中放电可以产生发光现象。液体中的超声波处理技术大多与空化有关。

③热效应。由于超声波的频率高、能量大，被介质吸收时能产生显著的热效应。

④化学作用。超声波的作用可以促进或加速某些化学反应。比如纯蒸馏水经过超声波处理后产生过氧化氢；亚硝酸是通过超声波处理溶解有氮气的水而产生的；染料水溶液经过超声波处理后会变色或褪色。这些现象总是伴随着气穴现象。超声波还可以加速许多化学物质的水解、分解和聚合。超声波对光化学和电化学过程也有明显的影响。超声波处理后，各种氨基酸和其他有机物水溶液的特征吸收带消失，呈现均匀的一般吸收，表明空化作用改变了分子结构。

超声波应用超声波效应在实践中已被广泛应用，主要表现在以下几个方面:

①超声波检查。超声波的波长比普通声波短，指向性好，能穿透不透明的物质。这一特性已广泛应用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声波成像技术中。超声波成像是一种利用超声波呈现不透明物体内部图像的技术。换能器发出的超声波通过声透镜聚焦在不透明样品上，样品发出的超声波携带被照射部位的信息(如反射、吸收和散射声波的能力)，通过声透镜集中在压电接收器上，得到的电信号输入放大器，利用扫描系统可以将不透明样品的图像显示在荧光屏上。上面的装置叫做超声波显微镜。超声成像技术已广泛应用于医学检验。在微电子器件制造中用于检验大规模集成电路，在材料科学中用于显示合金中不同成分的区域和晶界。声全息术是一种利用超声波的干涉原理记录和再现不透明物体立体图像的声学成像技术。其原理与光波全息术基本相同，只是记录手段不同(见全息术)。置于液体中的两个换能器由同一个超声信号源激励，它们分别发出两个相干超声波:一束通过被研究物体后成为物波，另一束作为参考波。声全息图是由物波和参考波在液体表面上的相干叠加形成的。用激光束照射声全息图，利用激光在声全息图上反射时产生的衍射效应获得物体的再现像。通常，实时观测是由一台摄像机和一台电视机来完成的。

②超声波治疗。利用超声波的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可以进行超声波焊接、钻孔、固体破碎、乳化、脱气、除尘、清洗、杀菌、促进化学反应和生物研究，在工业、矿业、农业、医疗等各个部门得到了广泛的应用。

③基础研究。超声波作用于介质后，介质中发生声弛豫过程。声弛豫过程伴随着能量在分子各度之间的输运过程，它在宏观上表现为声波的吸收(见声波)。通过物质吸收超声波的规律可以探索物质的特性和结构，这一研究构成了分子声学的声学分支。普通声波的波长大于固体中的原子间距，在此条件下，固体可视为连续介质。但对于频率在1012 Hz以上的超超声波，其波长可以与固体中的原子间距相媲美，因此必须将固体视为具有空间周期性的晶格结构。晶格振动的能量是量子化的，称为声子(见固体物理学)。超声波对固体的作用可以归结为超声波和热声子、电子、光子和各种准粒子之间的相互作用。固体中超声波的产生、探测和传播以及量子液-液氦中的声音现象的研究构成了现代声学的一个新领域-

量子声学