Tác dụng của siêu âm
Khi sóng siêu âm lan truyền trong môi trường, do sự tương tác giữa sóng siêu âm và môi trường, môi trường trải qua những thay đổi vật lý và hóa học, dẫn đến một loạt các hiệu ứng siêu âm cơ học, nhiệt, điện từ và hóa học, bao gồm bốn hiệu ứng sau:
1. Hiệu ứng cơ học
Các hành động cơ học của siêu âm có thể thúc đẩy nhũ tương lỏng, hóa lỏng gel và phân tán rắn. Khi một làn sóng đứng được hình thành trong môi trường chất lỏng siêu âm, các hạt nhỏ lơ lửng trong chất lỏng được ngưng tụ tại các nút do lực cơ học, hình thành tích lũy định kỳ trong không gian. Khi sóng siêu âm lan truyền trong vật liệu áp điện và vật liệu từ tính, gây ra phân cực điện và từ hóa gây ra do tác động cơ học của sóng siêu âm (xem vật lý điện môi và từ tính).
2. Cavitation (Cavitation)
Khi sóng siêu âm hoạt động trên chất lỏng, một số lượng lớn các bong bóng nhỏ có thể được sản xuất. Một lý do là một phần căng thẳng kéo xuất hiện trong chất lỏng để tạo thành áp lực âm. Sự giảm áp suất làm cho khí ban đầu hòa tan trong chất lỏng siêu bão hòa và thoát ra khỏi chất lỏng và trở thành bong bóng nhỏ. Lý do khác là căng thẳng kéo mạnh "nước mắt" chất lỏng vào một rỗng, được gọi là cavitation. Bên trong khoang là hơi lỏng hoặc khí khác hòa tan trong chất lỏng, và thậm chí nó có thể là chân không.
Các bong bóng nhỏ được hình thành do cavitation sẽ tiếp tục di chuyển, lớn lên hoặc đột nhiên nổ tung với sự rung động của môi trường xung quanh. Khi nó vỡ ra, chất lỏng xung quanh đột nhiên lao vào bong bóng, tạo ra nhiệt độ cao, áp suất cao và sóng xung kích. Ma sát bên trong kèm theo cavitation có thể tạo thành điện giật, và gây ra phát xạ ánh sáng trong các bong bóng do xả. Công nghệ xử lý siêu âm trong chất lỏng chủ yếu liên quan đến cavitation.
3. Hiệu ứng nhiệt
Do tần số cao và năng lượng cao của siêu âm, nó có thể tạo ra hiệu ứng nhiệt rõ ràng khi hấp thụ bởi môi trường.
4. Hiệu ứng hóa học
Hiệu quả của siêu âm có thể thúc đẩy hoặc đẩy nhanh một số phản ứng hóa học nhất định. Ví dụ, nước cất tinh khiết trải qua điều trị siêu âm để sản xuất hydrogen peroxide; nước hòa tan nitơ tạo ra axit nitơ sau khi xử lý siêu âm; dung dịch nước nhuộm sẽ thay đổi màu sắc hoặc mờ dần sau khi điều trị bằng siêu âm. Sự xuất hiện của những hiện tượng này luôn đi kèm với cavitation. Siêu âm cũng có thể đẩy nhanh quá trình thủy phân, phân hủy và trùng hợp của nhiều chất hóa học.
Siêu âm cũng có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình quang hóa và điện hóa. Sau khi các dung dịch nước của các axit amin khác nhau và các chất hữu cơ khác được xử lý bằng siêu âm, các dải hấp thụ đặc trưng biến mất và cho thấy sự hấp thụ chung thống nhất, chỉ ra rằng cavitation đã thay đổi cấu trúc phân tử.
