超聲波是一種波長極短的機(jī)械波，在空氣中波長一般短于2cm(厘米)。它必須依靠介質(zhì)進(jìn)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(gè)特點(diǎn)制作研究發(fā)明了用于清洗的超聲波清洗機(jī)。超聲波清洗機(jī)應(yīng)用廣泛，在汽車、機(jī)車、工程機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)、飛機(jī)、航天、醫(yī)療、金屬表面處理、精密電子、光學(xué)材料、手機(jī)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(jìn)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(jī)械波導(dǎo)致的壓強(qiáng)達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，其功率密度為0.35W/cm²，這時(shí)超聲波的峰值就可達(dá)到真空或負(fù)壓，但實(shí)際上無負(fù)壓存在，因此在液體中產(chǎn)生一個(gè)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(dá)到最大時(shí)破裂，由于破裂而產(chǎn)生的強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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。空化作用──當(dāng)超聲波在介質(zhì)的傳播過程中，存在一個(gè)正負(fù)的交變周期，在正相位時(shí)，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(shí)，使介質(zhì)分子稀疏，進(jìn)一步離散，介質(zhì)的密度減小，當(dāng)用足夠大強(qiáng)度的超聲波作用于液體介質(zhì)時(shí)，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(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。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。
