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Ụltraschall,

 

mechanische Schwingungen und Wellen in elastischen Medien mit Frequenzen oberhalb der menschlichen Hörgrenze (Hörfläche), d. h. Schall mit Frequenzen über etwa 20 kHz (nach DIN über 16 kHz). Schall besonders hoher Frequenzen (über etwa 1 GHz) wird als Hyperschall bezeichnet. Physikalisch gibt es keine scharfe Grenze zwischen Hörschall und U., weil sich weder die Eigenschaften noch die Anwendungen des Schalls bei 20 kHz (oder auch bei 16 kHz) markant ändern. Die Wellenlänge von U. in Luft beträgt bei einer Frequenz von 500 MHz etwa 0,6 μm (vergleichbar der Wellenlänge des Lichts im grünen Bereich des Spektrums). U. in diesem Frequenzbereich zeigt daher ähnliche Ausbreitungseigenschaften wie Licht (v. a. bei der Beugung).

 

Zur Erzeugung von U. wurden früher kleine Stimmgabeln verwendet, später die Galton-Pfeife. Mit U.-Sirenen werden besonders hohe Schallleistungen erreicht (über 200 W). Höhere Frequenzen werden mit magnetostriktiven (bis etwa 300 kHz) und piezoelektrischen U.-Gebern erreicht (mit Schwingquarzen bis etwa 250 MHz). Für besondere Zwecke werden auch Interdigitalwandler verwendet. Magnetostriktive U.-Geber (meist Nickelscheiben oder aus solchen zusammengesetzte Stäbe) nutzen die periodischen Dicken- beziehungsweise Längenänderung aus, die ferromagnetische Stoffe bei der Magnetisierung durch magnetische Wechselfelder erfahren (Magnetostriktion): Im Wechselfeld schwingt die Scheibe beziehungsweise der Stab, und die Schwingungen übertragen sich auf das umgebende Medium. Bei piezoelektrischen U.-Gebern wird die periodische Änderung des Volumens eines Quarzkristalls bei Anlegen einer elektrischen Wechselspannung (umgekehrter piezoelektrischer Effekt) ausgenutzt: Bringt man einen Schwingquarz zwischen die Platten eines Kondensators, an dem eine elektrische Wechselspannung liegt, so beginnt er mit der Frequenz dieser Wechselspannung Deformationsschwingungen auszuführen, die sich auf das umgebende Medium übertragen. - Da bei höheren Frequenzen Schalldruck und -schnelle proportional zur Frequenz, Schallintensität (Leistung) und Beschleunigung proportional zum Quadrat der Frequenz wachsen, ist der U. besonders geeignet für die Übertragung von Energie auf feste, flüssige und gasförmige Stoffe. U. zeichnet sich durch hohe Werte der Leistungsdichte aus (bei Fokussierung einige 100 W/cm³); Watte, die in den energiereichen Schallstrahl einer U.-Sirene gebracht wird, kann sich entzünden.

 

Anwendung findet U. zur Nachrichtenübermittlung unter Wasser, Echolotung, Werkstoffprüfung (Ultraschallprüfung) und -bearbeitung, Herstellung sehr feiner Dispersionen, Beseitigung von fein verteilten Nebeln, Entgasung von Flüssigkeiten oder Schmelzen sowie zur Reinigung schwer zugänglicher Oberflächen kompliziert geformter Gegenstände in ultraschallerregten Flüssigkeitsbädern, in der Chemie, in der Mikroskopie und in der Medizin zur U.-Diagnostik und U.-Therapie. Biologische Wirkung zeigt der U. besonders bei der Abtötung von Einzellern (Sterilisierung der Milch).

 

Literatur:

 

V. A. Šutilov: Physik des U. Grundl. (a. d. Russ., Neuausg. Wien 1984);

 H. Kuttruff: Physik u. Technik des U. (1988).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Ultraschalldiagnostik: Der Blick in den menschlichen Körper

 

Ultraschalldiagnostik: Erkundung des Körpers per Echolot