Hotline:
1800 2222
Tác giả: Nguyễn Hương Ngày đăng: Tháng mười một 13, 2024
Bác sĩ tư vấn Y khoa
Mục Lục Bài Viết
Siêu âm hay sóng siêu âm bắt nguồn từ tiếng Latinh, kết hợp từ “ultra” (nghĩa là “vượt ra ngoài”) và “sonic” (nghĩa là “âm thanh”). Thuật ngữ này dùng để chỉ những sóng âm thanh rung động với tần số cao hơn mức tai người có thể cảm nhận được.
Siêu âm được xác định bởi tần số cụ thể, hay nói cách khác là số lần dao động trong một giây. Tai người chỉ có thể nghe được âm thanh trong khoảng tần số từ 20Hz đến 20 KHz. Tuy nhiên, dải tần số thường được sử dụng trong các ứng dụng siêu âm là từ 100 KHz đến 50MHz. Vận tốc của sóng siêu âm tại một thời điểm và nhiệt độ cụ thể là không đổi trong một môi trường.
Tốc độ truyền của sóng siêu âm phụ thuộc vào đặc tính của môi trường truyền âm, bao gồm cả nhiệt độ, và không thay đổi theo tần số của sóng. Trong không khí, tốc độ truyền siêu âm tương đối thấp, thường khoảng 342 m/s. Năng lượng của sóng siêu âm bao gồm động năng dao động và thế năng đàn hồi của các phân tử trong môi trường truyền âm. Đơn vị đo năng lượng sóng siêu âm là Watt (W).
Trong lĩnh vực y học, sóng siêu âm được tạo ra từ một dòng điện có tần số cao. Khi dòng điện này đi qua đầu phát, nó tác động lên một tấm thạch anh hoặc gốm đá tinh thể, khiến chúng phát ra sóng âm có tần số tương đương với tần số của dòng điện.
Sóng siêu âm được tạo ra bởi một bộ phận chuyển đổi tín hiệu điện áp thành điện cao tần, gọi là “cực hàn sonotrode”. Sonotrode giúp biến đổi năng lượng điện thành những dao động cơ học có cùng tần số. Trong điều trị, sóng siêu âm thường được sử dụng ở tần số từ 0,7 – 3 MHz. Trong khi đó, với mục đích chẩn đoán, tần số siêu âm có thể lên đến 10 MHz.
Sóng siêu âm có thể được phân loại dựa trên nhiều yếu tố khác nhau, nhưng hai cách phân loại phổ biến nhất là dựa trên tần số và loại sóng.
Phân loại dựa trên tần số Phân loại theo phương dao độngSóng siêu âm có thể được tạo ra cả tự nhiên và nhân tạo. Trong tự nhiên, một số loài động vật như cá voi, dơi và cá heo có khả năng tạo ra sóng siêu âm. Chúng sử dụng sóng siêu âm để định vị, tránh va chạm, tìm kiếm đồng loại hoặc săn mồi. Con người cũng có thể tạo ra sóng siêu âm thông qua các thiết bị nhân tạo như tinh thể áp điện trong loa, đầu phát siêu âm trong bể rửa siêu âm, v.v.
Trong hầu hết các ứng dụng thương mại, sóng siêu âm được tạo ra bởi một bộ chuyển đổi gồm một tinh thể áp điện. Tinh thể này có khả năng chuyển đổi năng lượng điện (dòng điện) thành năng lượng cơ học (sóng âm). Sóng âm thanh này sau đó sẽ được phản xạ trở lại đầu dò dưới dạng tiếng vang và được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện, có thể bởi cùng một đầu dò hoặc bởi một đầu dò riêng biệt.
Ngoài việc sử dụng tinh thể áp điện, sóng siêu âm còn có thể được tạo ra bằng cách từ hóa, trong đó một nguyên tố sắt hoặc niken bị từ hóa để thay đổi kích thước, tạo ra sóng siêu âm. Một phương pháp khác là sử dụng máy phát kiểu còi hoặc còi báo động, nơi các dòng khí hoặc chất lỏng đi qua một khoang cộng hưởng hoặc bộ phản xạ, tạo ra dao động siêu âm đặc trưng của chất khí hoặc chất lỏng đó.
Sóng siêu âm lan truyền dưới dạng các hình cầu rỗng đồng tâm. Các phân tử không khí ở bề mặt của các quả cầu bị nén lại, trong khi không gian giữa các quả cầu là nơi các phân tử không khí giãn nở ra khi sóng truyền qua. Do đó, sóng siêu âm thực chất là một chuỗi các vùng nén và giãn nở trong môi trường xung quanh. Mặc dù chúng ta thường liên tưởng sóng siêu âm với không khí, chúng cũng có thể truyền qua các môi trường khác.
Mỗi lần sóng siêu âm giãn nở và nén được gọi là một chu kỳ. Tần số của sóng siêu âm là số chu kỳ xảy ra trong một giây. Ví dụ, nếu sóng siêu âm hoàn thành 50 chu kỳ trong một giây, nghĩa là nó đã giãn nở và nén 50 lần trong một giây. Đơn vị đo tần số là Hertz (Hz), với 1 Hz tương đương với 1 chu kỳ/giây. Các đơn vị khác trong thang đo siêu âm là kilohertz (kHz), tương đương với 1.000 Hz, và megahertz (MHz), tương đương với 1.000.000 Hz hoặc 1.000 kHz.
Tai người chỉ có thể cảm nhận được âm thanh trong khoảng tần số từ 16 đến 16.000 Hz. Trong khi đó, sóng siêu âm với tần số lớn hơn 16.000 Hz, nằm ngoài khả năng nghe của con người. Một số loài côn trùng có thể tạo ra sóng siêu âm với tần số cao tới 40 kHz. Các loài động vật nhỏ như mèo và chó cũng có thể nghe được tần số lên đến 30 kHz, trong khi dơi nổi tiếng với khả năng phát hiện tần số siêu âm lên đến 100 kHz.
Sóng siêu âm truyền đi bằng cách nén và giãn nở các phân tử trong môi trường xung quanh, khoảng cách giữa hai điểm nén liên tiếp được gọi là bước sóng. Sóng siêu âm có bước sóng ngắn có xu hướng bị nhiễu xạ hoặc tán xạ bởi các vật thể có kích thước tương đương với chúng.
Mỗi lần sóng siêu âm giãn nở hoặc nén lại được gọi là một chu kỳ. Trong vòng 1 giây, sóng siêu âm có thể hoàn thành nhiều chu kỳ, ví dụ như 50 chu kỳ, tức là giãn nở và nén lại 50 lần. Số chu kỳ xảy ra trong một giây được gọi là tần số, đo bằng đơn vị Hertz (Hz).
Sóng siêu âm đã trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống hiện đại. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của sóng siêu âm trong thực tiễn:
Sóng siêu âm ứng dụng để đuổi chuột, diệt côn trùngMặc dù tai người không thể nghe thấy sóng siêu âm, nhưng một số loài động vật như côn trùng có thể cảm nhận được. Do đó, sóng siêu âm được ứng dụng để xua đuổi chuột, muỗi, gián và các loài côn trùng gây hại khác.
Máy đuổi chuột là những thiết bị nhỏ phát ra sóng siêu âm với tần số cao, tạo ra âm thanh khó chịu đối với chuột. Sóng siêu âm này giống như một tiếng khoan lớn, chói tai và khó chịu, khiến chuột sợ hãi và bỏ đi.
Sóng siêu âm trong y họcSóng siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong y học với nhiều mục đích khác nhau:
Hình ảnh thu được từ siêu âm cung cấp thông tin quan trọng giúp bác sĩ chẩn đoán chính xác tình trạng sức khỏe của bệnh nhân và đưa ra phương pháp điều trị phù hợp. Đối với thai nhi, siêu âm giúp phát hiện sớm các khuyết tật, ước tính cân nặng của thai nhi, hỗ trợ mẹ bầu có chế độ dinh dưỡng hợp lý trong suốt thai kỳ.
Ứng dụng sóng siêu âm trong khoa học quân sựTrong lĩnh vực quân sự, đặc biệt là trinh sát biển, sóng siêu âm được ứng dụng đa dạng. Chúng giúp phát hiện thủy sản, tài nguyên biển, đồng thời cảnh báo các chướng ngại vật như đá ngầm, bãi ngầm, núi băng. Hơn nữa, sóng siêu âm còn là công cụ hiệu quả để tìm kiếm các tàu ngầm xâm nhập bất hợp pháp.
Sóng điện từ, vốn được sử dụng hiệu quả trong radar trên mặt đất, lại không truyền đi xa dưới nước. Do đó, sóng siêu âm được lựa chọn để thay thế, trở thành công cụ hiệu quả hơn trong môi trường dưới nước.
Máy phun tạo sương bằng sóng siêu âmMáy phun sương là một ứng dụng phổ biến của sóng siêu âm. Khi hoạt động, máy phun sương sử dụng board mạch điện tử để tạo ra sóng siêu âm. Sóng siêu âm này tác động lên các hạt nước, khiến chúng bị vỡ tan thành những hạt sương nhỏ. Hơi nước dạng sương mù từ máy phun sương là giải pháp lý tưởng cho các phòng máy lạnh hoặc môi trường khô, độ ẩm thấp.
Sóng siêu âm giúp làm sạch đồ dùngCông nghệ siêu âm được ứng dụng trong lĩnh vực làm sạch dựa trên nguyên lý giãn nở của sóng âm. Khi sóng siêu âm được đưa vào môi trường nước, chúng tạo ra hàng triệu bọt khí nhỏ. Khi những bọt khí này đồng loạt vỡ tung, chúng tạo ra một nguồn năng lượng cực mạnh, đủ sức làm sạch các vết bẩn cứng đầu.
Máy rửa siêu âm là một thiết bị tự động, không cần giám sát liên tục, và không cần sử dụng dụng cụ cọ rửa truyền thống. Máy có thể làm sạch một lượng lớn đồ vật cùng lúc trong thời gian ngắn. Nhờ những ưu điểm này, máy rửa siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:
Công nghệ siêu âm xử lý khí thảiSóng siêu âm được ứng dụng để kết hợp, hay đông tụ, các hạt rắn hoặc lỏng trong bụi, sương mù hoặc khói thành các cục lớn hơn. Phương pháp này, được gọi là tẩy rửa bằng sóng siêu âm, giúp đông tụ các hạt vật chất trong các túi khí trước khi chúng gây ô nhiễm không khí. Đông tụ bằng sóng siêu âm cũng được sử dụng tại các sân bay để phân tán sương mù và sương mù.
Gia công kim loạiSử dụng máy mài va đập siêu âm kết hợp với đầu dò từ tính và chất lỏng mài mòn, người ta có thể khoan những lỗ có hình dạng chính xác trên các vật liệu cứng và giòn như cacbua vonfram hoặc đá quý. Quá trình khoan thực hiện bằng cách đưa vật liệu mài mòn, thường là silic cacbua hoặc oxit nhôm, vào vùng cần khoan.
Giám sát, nghe trộmSóng siêu âm có thể được sử dụng để nghe lén các cuộc trò chuyện mà không cần micro. Bằng cách hướng sóng siêu âm vào cửa sổ của căn phòng, âm thanh trong phòng sẽ làm rung cửa sổ. Các rung động này tạo ra những thay đổi đặc trưng trong sóng siêu âm được phản xạ trở lại. Một bộ chuyển đổi sau đó có thể chuyển đổi các rung động phản xạ thành tín hiệu điện, từ đó có thể được tái tạo thành âm thanh nghe được.
Mặc dù mang đến nhiều lợi ích, sóng siêu âm cũng có thể gây ra một số ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe. Các nhà khoa học đã chỉ ra những tác động tiềm ẩn của sóng siêu âm như:
Sóng siêu âm, với tần số dao động cao vượt quá khả năng nghe của con người, đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ y học đến công nghiệp. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả tối ưu, việc lựa chọn thiết bị phù hợp và hiểu rõ nguyên lý hoạt động của nó là vô cùng quan trọng.
Khuyến cáo y khoa: Các bài viết của Phòng khám Đa khoa Phương Nam chỉ có tính chất tham khảo, không thay thế cho việc chẩn đoán hoặc điều trị y khoa.
Đa khoa Phương Nam I Thương hiệu thăm khám và chữa bệnh uy tín, chất lượng với đội ngũ và kiến thức y khoa hiện đại, cơ sở vật chất kỹ thuật tiên tiến. Vì cuộc sống là vô giá, chúng tôi đề cao triết lý “đón mừng cuộc sống”, đồng hành cùng với gia đình trong việc chăm sóc sức khỏe bệnh nhân
Hotline
