Sıvıda ultrasonik titreşimle yayılan ses dalgasının basıncı bir atmosfere ulaştığında, ultrasonik dalganın tepe basıncı vakum veya negatif basınca ulaşabilir. Bununla birlikte, gerçekte, negatif basınç yoktur, bu nedenle sıvıda sıvı molekülleri boşluklara çeken büyük bir kuvvet üretilir. Bu boşluk vakuma çok yakındır ve ultrasonik basınç maksimum ters yönüne ulaştığında yırtılır. Rüptür tarafından üretilen güçlü etki, nesnenin yüzeyindeki kire çarpar. Sayısız küçük kavitasyon kabarcıklarının yırtılmasıyla üretilen şok dalgası fenomenine "kavitasyon" fenomeni denir.
Ultrasonik enerji yeterince yüksek olduğunda, sıvıda bulunan küçük kabarcıklar (kavitasyon çekirdeği) titreşir, büyür ve ultrasonik alanın etkisi altında akustik alan enerjisini sürekli olarak toplar. Enerji belirli bir eşiğe ulaştığında, kavitasyon kabarcıkları çöküyor ve hızla kapanıyor.
Kavitasyon kabarcıklarının ömrü yaklaşık 0. 1 μ s'dir. Hızla çöktüklerinde, muazzam enerji serbest bırakabilir ve yaklaşık 110m/s hıza ve güçlü darbe kuvvetine sahip mikro jetler üretebilirler, bu da 1.5kg/cm2'ye kadar bir çarpışma yoğunluğuna neden olur. Hızlı çökme anında, kavitasyon kabarcıkları 109k/s'ye kadar soğutma oranı ile lokal yüksek sıcaklık ve basınç (5000K, 1800atm) üretir. Ultrasonun kavitasyon etkisi, heterojen reaksiyonların oranını büyük ölçüde arttırır, heterojen reaktanlar arasında homojen karışım elde eder, reaktanların ve ürünlerin difüzyonunu hızlandırır, katı yeni fazların oluşumunu teşvik eder ve parçacıkların boyutunu ve dağılımını kontrol eder.
Ek Bilgiler:
Ultrason bir ortamda yayıldığında, ultrason ve ortam arasındaki etkileşim ortamda fiziksel ve kimyasal değişikliklere neden olur, bu da aşağıdaki dört etki dahil olmak üzere bir dizi mekanik, termal, elektromanyetik ve kimyasal ultrason etkisine neden olur:
1. Mekanik etkiler. Ultrasonun mekanik etkisi, sıvının emülsifikasyonunu, jelin sıvılaşmasını ve katı dağılımını teşvik edebilir. Ayakta dalgalar ultrasonik sıvı ortamında oluşurken, mekanik kuvvetler nedeniyle düğümlerde sıvı yoğunlaşması ve uzayda periyodik birikimler oluşturan küçük parçacıklar.
Piezoelektrik ve manyetostriktif malzemelerde yayılma sırasında ultrasonik dalgaların mekanik etkisinin neden olduğu indüklenen polarizasyon ve mıknatıslanma (bkz. Dielektrik fiziği ve manyetostrik).
2. kavitasyon etkisi. Ultrasonik dalgalar, sıvılara uygulandığında çok sayıda küçük kabarcık üretebilir. Bunun bir nedeni, negatif basınç oluşturan sıvının içinde lokal gerilme stresinin meydana gelmesidir. Basınçtaki azalma, sıvı içinde orijinal olarak çözündürülen gazın süper doygun olmasına ve sıvıdan kaçmasına ve küçük kabarcıklar haline gelmesine neden olur.
Başka bir neden, güçlü gerilme stresinin sıvıyı kavitasyon olarak bilinen bir boşluğa ayırmasıdır. Boşluk, sıvı içinde çözünmüş sıvı buhar veya başka bir gaz içerir ve hatta bir vakum olabilir. Kavitasyon tarafından oluşan küçük kabarcıklar, çevredeki ortamın titreşimi ile sürekli hareket eder, büyür veya aniden patlar.
3. Termal etki. Ultrasonun yüksek frekansı ve enerjisi nedeniyle, ortam tarafından emildiğinde önemli termal etkiler üretebilir.
4. Kimyasal etkiler. Ultrasonun etkisi belirli kimyasal reaksiyonları teşvik edebilir veya hızlandırabilir. Örneğin, saf damıtılmış su ultrasonik tedaviden sonra hidrojen peroksit üretir; Azot gazı içeren suyun ultrasonik tedavisinden sonra azot asit üretilir; Sulu boya çözeltisi, ultrasonik tedaviden sonra rengi veya solmayı değiştirecektir.
