Сторінка
1

Ультразвук та інфразвук як виробничі фактори

Ультразвук

Ультразвук — це механічні пружні коливання і хвилі, які відрізняються від звуку вищою частотою коливань (понад 20 кГц) і не сприймаються вухом людини. Ультразвукові коливання, як і звукові, поширюються у вигляді змінних стиснень і розріджень і характеризуються довжиною хвилі, частотою і швидкістю поширення. Частотна характеристика і довжина хвилі визначають особливості поширення коливань у навколишньому середовищі (повітряному, рідинному і твердому) — від 1,12-Ю4 до 1,0-109 Гц. Що вища частота ультразвукових коливань, то більше вони поглинаються середовищем і менше заглиблюються у тканини людини. Поглинання ультразвуку супроводжується нагріванням середовища. Швидкість поширення ультразвуку залежить від властивостей середовища — його щільності, пружності, в'язкості та температури. Так, у воді, особливо при підвищенні її температури, ультразвукові коливання поширюються швидше, ніж у повітрі. При поширенні ультразвукових коливань у повітрі їх, як і звуки, характеризують в одиницях звукового тиску — децибелах.

Ультразвуковий діапазон частот поділяють на низькочастотні коливання (1,12 • 104 — 1,0 • 105 Гц), які поширюються через повітря і контактно, і високочастотні (1,0 • 105—1,0- 109 Гц), які поширюються тільки контактно.

Ультразвук застосовують у різних галузях народного господарства — металургії, машино- і приладобудуванні, радіотехнічній, хімічній і легкій промисловості, медицині тощо. Внаслідок поширення застосування ультразвуку збільшується кількість працюючих, які перебувають під його впливом.

Для технічних і медичних цілей ультразвук одержують за допомогою спеціальних пристроїв, де використовують п'єзоелектричний, магнітострикційний, електродинамічний, аеро- і гідродинамічний ефекти. Основними елементами ультразвукового устаткування є генератор і джерело ультразвукових коливань — акустичний перетворювач, вмонтований у ванну, верстат, машину тощо. Ультразвукові коливання до 120-130 дБ можуть виникати як супутні фактори при експлуатації технологічного і вентиляційного устаткування. Режим генерації ультразвуку може бути безперервним та імпульсним.

При поширенні в середовищах ультразвук зумовлює механічний, термічний і фізико-хімічні ефекти. Так, при поширенні ультразвуку в повітрі виникає термічний ефект, що зумовлюється механічною дією ультразвуку (хвильовий рух газоподібних, рідких і твердих частинок приводить до перетворення механічної енергії на теплову). Механічний ефект супроводжується зміною акустичного тиску під час стиснення і розрідження середовища силами, які розвиваються внаслідок великих прискорень частинок. Цими властивостями визначається диспергуюча дія ультразвуку. Фізико-хімічні ефекти пов'язані з кавітацією, виникненням зон стиснень і розриву внаслідок руху пружних хвиль, які викликають утворення бульбашок, заповнених парами рідини і розчиненим у ній газом. Під час проходження хвиль бульбашки зникають, підвищуються температура і тиск у рідині, виникають місцеві ударні явища, іонізація, утворюються гідроксильні радикали, атомарний кисень.

Механічний, термічний і фізико-хімічні ефекти, властиві для ультразвукових коливань, широко використовують у різних галузях народного господарства для адекватного впливу на речовини і технологічні процеси, структурного аналізу і контролю фізико-механічних властивостей речовин і матеріалів, у дефектоскопії і медицині для діагностики й лікування при багатьох захворюваннях. Завдяки високій біологічній активності в медицині найчастіше застосовують високочастотні ультразвукові коливання.

У промисловості й техніці широко застосовують низькочастотний ультразвук (18-44 кГц) великої інтенсивності (0,5-20 Вт/см2 і більше) для активного впливу на речовини і прискорення технологічних процесів, для очищення і знежирювання деталей, емульгації, подрібнення твердих речовин у рідинах, механічної обробки твердих матеріалів (різання), зварювання металів і пластмас, паяння, прискорення хімічних реакцій тощо. У медицині ультразвук застосовують для розтину і з'єднання біологічних тканин, стерилізації інструментів, рук.

Вплив ультразвуку на організм людини

У виробничих умовах можливий вплив низькочастотного ультразвуку на працюючих як через повітря, так і при безпосередньому контакті з рідким або твердим середовищем зі збудженими коливаннями. Контактна дія спостерігається при утримуванні інструмента, чи оброблюваної деталі (при лудінні та паянні), при завантажуванні виробів в ультразвукові ванни і розвантажуванні їх, зварюванні та інших операціях. Розрізняють короткочасну та періодичну контактну дію.

Ультразвукові коливання, які генеруються промисловим устаткуванням, несприятливо впливають на організм людини. При тривалій систематичній дії ультразвуку, який поширюється через повітря, можуть виникати порушення нервової, серцево-судинної і ендокринної систем, слухового аналізатора, системи крові.

Характерним є розвиток вегетосудинної дистонії і астенії. Ступінь вираженості змін, що відбуваються в організмі людини під впливом ультразвуку, залежить від інтенсивності й тривалості його дії і може посилюватися за рахунок наявності у спектрі високочастотного шуму і можливості контакту із середовищем, яке озвучується.

Біологічна дія ультразвуку на організм при контактному його передаванні залежить від потужності ультразвукових коливань, їх частоти, тривалості дії, способу випромінювання ультразвукової енергії (безперервного, імпульсного), чутливості тканин, інтенсивності кровопостачання і стану метаболізму у тканинах. Поширюючись у тканинах організму, ультразвукові хвилі впливають на фізико-хімічні та біологічні процеси, що відбуваються в цих тканинах. Найчутливіші до дії контактного високочастотного ультразвуку вегетативна і периферична нервові системи.