正文 超聲的空化作用(1 / 1)

俗話說:“水乳相融,油水分離。”自古以來人們一直認為,油和水是天生的冤家對頭,它們永遠不能融和在一起。但是,20世紀初科學家的一個實驗,卻改變了人們的這種看法。1927年,美國科學家盧米斯和符德,在實驗室裏把油和水倒入一個杯中,然後通入一定強度的超聲。不消片刻,浮在水麵上的油層不見了,而杯裏的水也變成了乳濁液,即使靜置很久,也是這個樣子。這說明油水已經交融在一起了。

超聲為什麼有這麼大的神力,能把油和水融和在一起呢?原來這是它的空化作用所顯示的威力。

大家知道,超聲是一種機械振動,在它通過液體時,就會把這種振動傳遞給液體。因此,在超聲作用下,液體就一會兒受壓變密,一會兒又受拉變疏。由於液體有一種怕拉不怕壓的特性,在受拉時,它很容易在強度薄弱的地方發生斷裂。這樣,在液體中就要產生許許多多的小空泡。這種小空泡存在的時間很短,當液體再一次受壓變密時,它就會立即閉合,閉合時產生很強的衝擊波,強度達幾千甚至幾萬個大氣壓。這種現象就叫空化作用。空化作用有很強的破壞力,它所產生的衝擊波,能把所經過地方的液體擊碎成一連串微滴。因為超聲的頻率很高,它在每一瞬間都會使液體產生大量的小空泡,又有大量的小空泡破滅。這樣在液體中就不斷產生著無數多個細微的液滴。如果液體中既有油又有水,細微的油滴和水滴就攪混在一起而無法區分。換句話說,就是油水融和了。

超聲促使油水融和,幫助工業生產解決了許多過去無法解決的難題。例如,印刷用的油墨,在印刷材料時,必須加入胡麻油稀釋後才能使用。由於胡麻油價格高且使用量大,所以人們一直想用水來代替胡麻油,但苦於沒有找到好辦法。後來我國某廠的技術人員利用超聲技術,卻解決了這個“油墨摻水”的問題。他們向油墨中加入50%~60%的水,然後用幾萬赫的超聲處理使其變成一定濃度的油墨,再加入一些表麵活性劑,這樣形成的油墨放置數月也不會沉澱分離,既降低了生產成本,又提高了印刷質量。又如,近年人們通過試驗,利用超聲可以製備摻水35%的氫柴油,節能率達25%,而且機車功率增大,運行裏程增長,排汙量減少。此外,在化學工業和製藥工業中,人們利用超聲的空化作用,還能像使油水交融一樣,把密度不同的兩種液體融合在一起,製備出符合需要的溶乳液。

其實,超聲不僅能使不同的液體交融在一起,而且還能把固體擊碎,使它們均勻地混合起來。這在工業生產上也是有廣泛用途的。例如,製作底片塗層用的乳膠,為了提高其感光性能,必須使其中的溴化銀顆粒超微精細;在印染工業中,為了保證印染質量,必須使固體染料均勻分布在溶液中;在製藥廠裏,為了使生產的藥品便於人體吸收,必須把不溶性藥物研磨得粉碎,等等,這些高難度的工藝,都可以依靠超聲來完成。另外,我國的鋼鐵工人,利用超聲把煤粉和重油混合起來,在燃油鍋爐中燃燒,實現了以煤代油、節約石油的目的,同時也為超聲的應用找到了一條新的途徑。

知識點

大氣壓

地球的周圍被厚厚的空氣包圍著,這些空氣被稱為大氣層。空氣可以像水那樣自由地流動,同時它也受重力作用。因此空氣的內部向各個方向都有壓強,這個壓強被稱為大氣壓。

大氣壓強大小與高度、溫度等條件有關。一般隨高度的增大而減小。在水平方向上,大氣壓的差異引起空氣的流動。大氣壓是壓強的一種單位,是“標準大氣壓”的簡稱。科學上規定,把相當於760mm高的汞柱產生的壓強或1.013×10^5帕斯卡叫做1標準大氣壓。

延伸閱讀

超聲波清洗精密零件

隨著科學技術的發展,精密零件的清洗工作也越來越重要,對於那些形狀複雜、多孔多槽的零件,像齒輪、細頸瓶、注射針管、微型軸承、鍾表零件等,用人工清洗,既費時又費力。對於一些特別精密的零件,像導彈慣性製導係統中齒輪等部件,不允許沾染一點汙垢,用人工清洗又難以達到清洗標準。

如果請超聲波幫忙,問題就能迎刃而解。隻要把待洗的零件浸到盛有清洗液(如肥皂水、汽油等)的缸子裏,然後再向清洗液裏通進超聲波,片刻工夫,零件就洗好了。

這是清洗液在超聲波作用下,一會兒受壓變密,一會兒受拉變疏,液體可受不了這番折騰,在受拉變疏時會發生碎裂,產生許多小空泡。這種小空泡一轉眼又會崩潰,同時產生很強的微衝擊波。因為超聲波的頻率很高,這種小空泡便急速地生而滅、滅而生。它們產生的衝擊波就像是許許多多無形的“小刷子”,勤快而起勁地衝刷著零件的每一個角落。因此,汙垢很快就被洗掉,絕對令人滿意。如洗手表,人工洗要一件件卸下來,功效很低。用超聲波洗隻要把整塊機芯浸到汽油裏,通進超聲波,幾分鍾就能洗好。

超聲波還可以幫助我們清洗光學鏡頭、儀表元件、醫療器械、電真空和半導體器件等許多重要的精密零件。