Ultraschall
Dieser Artikel behandelt den Ultraschall im physikalischen Sinne. Für die im medizinische Untersuchung mittels Ultraschall (z.B. Schwangerschaftsuntersuchung) siehe Sonografie.
Definition
Mit Ultraschall bezeichnet man Schall oberhalb der menschlichen Hörschwelle, mit Frequenzen zwischen 20 kHz und 1000 MHz. Töne noch höherer Frequenz werden als Hyperschall bezeichnet. Unterhalb des für Menschen hörbaren Schalls spricht man von Infraschall. Ultraschallwellen sind elastische, harmonische, dreidimensionale, laufende Longitudinalwellen. Sie können sich in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern ausbreiten.Feste Körper besitzen neben der auch in Gasen und Flüssigkeiten eigenen Volumenelastizität zusätzlich Formelastizität.Dadurch besteht eine Abhängigkeit von der Körpergestalt für die in diesem Körper möglichen Wellenarten.
Ultraschall ist für Menschen nicht hörbar, da das menschliche Ohr Frequenzen über 20 kHz nicht wahrnimmt. Eine Reihe von Tieren, darunter Hunde, Delfine und einige Insektenarten, können Ultraschall hören. Das beste Hörvermögen besitzen Fledermäuse, die Ultraschall nicht nur hören, sondern auch erzeugen und sich anhand der Echos orientieren können.
Erzeugung
Zur Erzeugung eignen sich Schwingquarze, die durch Umkehr des Piezo-Effekts zu Schwingungen angeregt werden. An einen Quarz wird eine Wechselspannung mit der gewünschten Schwingfrequenz angelegt. Die Schwingungen werden dann z.B. an den Boden eines Reinigungsgefäßes übertragen.
Anwendungen
Ultraschall findet in der Technik und Medizin diverse Anwendungen:
- Echolot, Sonar: Tiefenmessung und Meeresbodenuntersuchung aus Wasserfahrzeugen heraus
- Ultraschallschweißen
- Ultraschallmikroskop
- Informationsübertragung, heute allerdings mit geringer technischer Bedeutung, z.B. in Fernbedienungen (1970er Jahre) für Fernsehgeräte oder Entfernungsmessgeräten.
- Kommunikation mit U-Booten und Unterwassergeräten
- Werkstoffprüfungen mit Ultraschallprüfgeräte. Über die Laufzeit des Signals können unbeabsichtigte Einschlüsse, Lunker oder Risse entdeckt werden
- Sonografie zur Untersuchung von Mensch und Tier
- M-Mode ("motion mode"), beispielsweise zur Darstellung von fetalen Herzrhythmusstörungen
- B-Mode ("brightness mode") um zweidimensionale Schnittbilder zu erhalten
- Doppler: Messung der Blutstromgeschwindigkeit mittels Dopplereffekt
- Farbdoppler: Farbig codierte flächige Darstellung der Blutstromgeschwindigkeit in Gefäßen,
- Industrielle Teilereinigung bis hin zum Auflösen, Herauslösen und Zerstören von Material in Ultraschall-Reinigungsgeräten
- Ultraschall-Schneiden (biologische Gewebe)
- Ultraschall-Motoren in Autofokus-Objektiven
- Zerstäuben, Vernebeln, Emulgieren und Mischen von Flüssigkeiten (beispielsweise bei Luftbefeuchtern, Nebelmaschinen)
- Geräte zur Abschreckung von Mardern und anderen Tieren, die vor Ultraschall flüchten sollen - eine Wirkung konnte wissenschaftlich bisher nicht nachgewiesen werden.
- Hundepfeifen
- Anwendungen bei Fledermaus- und Delphinforschung, da diese mit sich mit Ultraschall orientieren beziehungsweise kommunizieren
- Die Aufzeichnung der Ultraschallvokalisation von Ratte und Maus wird in der psychopharmakologischen Forschung wie auch in der neurowissenschaftlichen Verhaltensforschung genutzt.
Gelegentlich wird zu Unrecht auch die Nierensteinzertrümmerung der Wirkung von Ultraschall zugeschrieben. Tatsächlich werden akustische Stoßwellen verwendet, die oft inkorrekt als Ultraschallstoßwelle bezeichnet werden.
Verweise
Siehe auch: Akustik -- Hörfläche -- Schall -- Piezoeffekt -- Dopplereffekt -- Infraschall -- Sonografie
Weblinks
- Anwendung mobiler Ultraschalltechnik im Rettungsdienst: "Präklinische Sonographie" www.Notfallmedizintechnik.de