超聲波是一種波長極短的機械波,在空氣中波長一般短于2cm(厘米)。它必須依靠介質(zhì)進行傳播,無法存在于真空(如太空)中。它在水中傳播距離比空氣中遠(yuǎn),但因其波長短,在空氣中則極易損耗,容易散射,不如可聽聲和次聲波傳得遠(yuǎn),不過波長短更易于獲得各向異性的聲能,可用于清洗、碎石、殺菌消毒等。因此人們利用超聲波的這個特點制作研究發(fā)明了用于清洗的超聲波清洗機。超聲波清洗機應(yīng)用廣泛,在汽車、機車、工程機械、內(nèi)燃機、飛機、航天、醫(yī)療、金屬表面處理、精密電子、光學(xué)材料、手機部件、不銹鋼制品、五金工具等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
在液體中傳播的超聲波能對物體表面的污物進行清洗,其原理可用“空化”現(xiàn)象來解釋:超聲波在液體中的機械波導(dǎo)致的壓強達到一個大氣壓時,其功率密度為0.35W/cm²,這時超聲波的峰值就可達到真空或負(fù)壓,但實際上無負(fù)壓存在,因此在液體中產(chǎn)生一個很大的壓力,將液體分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空,它在超聲波反向達到最大時破裂,由于破裂而產(chǎn)生的強烈沖擊將物體表面的污垢撞擊下來。這種由無數(shù)細(xì)小的空化氣泡破裂而產(chǎn)生的沖擊波現(xiàn)象稱為“空化”現(xiàn)象。太小的聲強無法產(chǎn)生空化效應(yīng)。
超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律,與次聲波和可聽聲波的規(guī)律沒有本質(zhì)上的區(qū)別。但是超聲波的波長很短,只有幾厘米,甚至千分之幾毫米。與其他波比較,超聲波具有許多特性:傳播特性──超聲波的波長很短,通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍,因此超聲波的穿透力差,衍射本領(lǐng)很差,易散射。它在均勻介質(zhì)中能夠直線傳播但難以衍射,超聲波的波長越短,該特性就越顯著,此外,根據(jù)瑞利散射定律,散射波的強度與波長的四次方成反比,超聲波的波長極短,因此散射就非常嚴(yán)重,穿透力不佳??栈饔茅ぉぎ?dāng)超聲波在介質(zhì)的傳播過程中,存在一個正負(fù)的交變周期,在正相位時,超聲波對介質(zhì)分子擠壓,改變介質(zhì)原來的密度,使其增大;在負(fù)壓相位時,使介質(zhì)分子稀疏,進一步離散,介質(zhì)的密度減小,當(dāng)用足夠大強度的超聲波作用于液體介質(zhì)時,介質(zhì)分子間的平均距離會超過使液體介質(zhì)保持不變的臨界分子距離,液體介質(zhì)就會發(fā)生斷裂,形成微泡。這些小空洞迅速脹大和閉合,會使液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用,從而產(chǎn)生幾千到上萬個大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用,起到了很好的攪拌作用,從而使兩種不相溶的液體(如水和油)發(fā)生乳化,且加速溶質(zhì)的溶解。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應(yīng)稱為超聲波的空化作用。