بخشی از مقاله
چکیده:
هر موج صوتی یک آشفتگی در محیط است که به طور طولی با ارتعاش ذرات در یک محیط منتشر میشود. امواج برحسب فرکانسهای خود به گروههای مختلف تقسیم میشوند. در این میان امواج فراصوت به دلیل ماهیت موجی در هر مادهای که خاصیت الاستیک از خود بروز میدهد انتشار می یابد. حرکت ارتعاشی مولکولهای محیط به جلو و عقب سبب ایجاد فازهای تراکم و انبساط میشود. فراصوت با توجه به فرکانسهای خود در واکنشهای شیمیایی، در موارد اسکن پزشکی و در فرایندها کاربرد دارد.
مکانیسم اثر فراصوت: در فاز تراکم فاصله بین مولکولها کاهش و در فاز انبساط افزایش مییابد. با اعمال یک فشار منفی فاصله مولکولها در فاز انبساط را زیادتر کنیم مایع شکسته میشود و حفرههایی در آن ایجاد میشود. این حباب ها در فاز تراکم بعدی متراکم می شوند و در فاز انبساط دوباره بزرگ میشوند، این امر ادامه مییابد تا به بزرگترین اندازه برسند و منفجر شوند و یک فشار و دمایی که عامل ایجاد آثار فراصوت در مایع ایجاد کنند - این امر زمانی ممکن است که فشار صوتی از فشاری که مایع را به هم پیوسته نگه میدارد بیشتر باشد - هم چون متغیرها مختلفی مثل گراندوی، فرکانس و دما در ایجاد حفره نقش دارند. موج صوتی توسط مبدلهایی تولید میشود که انواع مختلف آن به این صورت است:
الف - مبدل گازی: با حرکت یک پیستون گاز را به صوت تبدیل میکند.
ب - مبدل با نیروی محرکه مایع: که اعمال فشار توسط یک پمپ قوی روی مواد فرآیند و برخورد آنها با یک صفحه نازک و ارتعاش تیغه متصل به این صفحه سبب ایجاد موج میشود. این مبدل برای همگنسازی کاربرد دارد.
ج - مبدلهای الکترونیکی:که با مبدلهای پیزوالکتریک که انرژی الکتریکی را به مکانیکی و بالعکس تبدیل میکند و مبدلهای الکترومغناطیس که در آن از موادی مثل آهن و نیکل استفاده شده که در یک میدان مغناطیسی به عنوان مجموعهای از پالس-های کوتاه به کار میرود. فلز در همان فرکانس شروع به ارتعاش و تولید موج صوتی میکند.
تجهیزات فراصوت:
الف - راکتور:که نقش همگنسازی را دارد.
ب - تانک یا حمام فراصوت: به شکل یک محفظه استیل است که مبدلها در کف آن قرار دارند.
ج - میله غوطهوری: که وظیفه انتقال موج به مایع را دارد معمولا هر سیستم فراصوت چندین میله با قطرهای متفاوت دارد که شدت و دامنه ارتعاش نوک میله با تنظیم جریان ورودی به مبدل کنترل میشود.
فراصوت کاربردهای متفاوتی در صنایعغذایی دارد که شامل چند مورد زیر نیز هستند: -1غیرفعال سازی میکروارگانیسمها و آنزیمها -2 آبگیری و فیلتراسیون -3انجماد -4انجمادزدایی -5کریستالیزه کردن -6امولسیفیه کردن -7همگن سازی - 8 استخراج استخراج کردن مواد به کمک فراصوت براساس تشکیل حفرات صوتی ناشی از نفوذ امواج به درون بافتهای گیاهی استوار است که باعث نفوذ بهتر حلال به درون بافت، افزایش خروج مواد موثره از محل استقرار وکاهش تخریب و دگرگونیهای نامطلوب در مواد موثره میشود.
مقدمه:
هر موج صوتی یک آشفتگی در یک محیط - گاز ، مایع یا جامد - میباشد که از یک منبع صوتی سرچشمه گرفته و با سرعتی ثابت در محیط حرکت میکند. در واقع می توان گفت که امواج صوتی امواجی مکانیکی میباشند که به طور طولی با ارتعاش ذرات در یک محیط منتشر می شوند.
تقسیم بندی امواج صوتی بر حسب فرکانس:
1. با فرکانس کمتر از 20 هرتز یا امواج فرو صوت
2. با فرکانس 20-20000 هرتز - محدوده شنوایی انسان یا - Acoustic
3. با فرکانس بیش از 20000 هرتز یا امواج فرا صوت
تعریف فرا صوت:
امواج فراصوت، دسته ای از امواج فشاری با فرکانس بالاتر از محدوده شنوایی انسان 20 - تا 20000 هرتز - هستند و محدوده فرکانس آن ها از 20 کیلو هرتز آغاز میشود.
فراصوت، به دلیل ماهیت موجی در هر مادهای - جامد، مایع یا گاز - که خواص الاستیک از خود بروز دهد انتشار مییابد. در مایعات و گازها انتشار آن به صورت طولی است ولی در جامدات حرکت ذرات به صورت عمود بر موج نیز روی میدهد.
حرکت موج صوتی در محیط واسطه فازهای متناوبی از تراکم و انبساط ایجاد میکند، مانند یک فنر که کشیده و سپس رها میگردد. حرکت ارتعاشی مولکولهای محیط به جلو و عقب سبب ایجاد این فازها میشود و موج در واقع سبب حرکت این لایهها نمیشود. در نقطهای که لایههای مولکولی ماده واسطه فشرده شدهاند، فشار بالاتر از حد نرمال است و در ناحیه کم تراکم فشار پایینتر است.
شاخه های فراصوت:
موج صوتی بر حسب فرکانسی که دارد، کاربردهای متفاوتی دارد و بر این اساس، در سه دسته کاربردی طبقهبندی میشود:
· Sonochemistry که به کاربرد فراصوت در واکنشهای شیمیایی میپردازد.
· فراصوت آنالیتیک و تشخیصی که در موارد اسکن پزشکی و آزمایشهای غیر تخریبی کاربرد دارد.
· فراصوت قدرت که به کاربرد فراصوت در فرآیندها میپردازد.
ویژگیهای موج صوتی
موج صوتی، مانند سایر امواج با چند ویژگی تعریف میشود که شامل سرعت، فرکانس، طول موج، و دامنه و شدت هستند.
الف: سرعت
سرعت نشان دهنده مسافت طی شده توسط موج در محیط واسطه در واحد زمان است و بر حسب m/s نشان داده میشود. خصوصیات محیط، مانند گرانروی و سفتی ، بر سرعت اثر میگذارند. در جامدات و در مواد ویسکوزتر مولکولها فشردهترند و ارتعاشات صوتی را سریعتر به مولکول مجاور خود انتقال میدهند، بنابراین سرعت موج بیشتر میشود.
