Ultraschall

Als Ultraschall bezeichnet man Schall mit Frequenzen oberhalb des Hörbereichs des Menschen. Er umfasst Frequenzen ab 20.000 Hz (Schwingungen pro Sekunde) bzw. 20 kHz. Schall ab einer Frequenz von etwa 1 GHz wird auch als Hyperschall bezeichnet. Bei Frequenzen unterhalb des für Menschen hörbaren Frequenzbereichs spricht man dagegen von Infraschall.

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1 Details

In Gasen und Flüssigkeiten breitet sich Ultraschall überwiegend als Longitudinalwelle aus. In Festkörpern kommt es wegen der auftretenden Schubspannungen zusätzlich auch zur Ausbreitung von Transversalwellen. Der Übergang von Luftschall in Festkörper oder Flüssigkeiten (oder umgekehrt) ist nur mit einem Koppelmedium mit angepassten akustischer Impedanz sowie bestimmter Dicke effektiv. Ultraschall wird je nach Material eines Hindernisses an diesem reflektiert, in ihm absorbiert, gestreut oder tritt hindurch (Transmission). Wie bei anderen Wellen tritt auch Brechung, Beugung und Interferenz auf. Luft weist eine stark mit der Frequenz steigende Dämpfung für Ultraschall auf. In Flüssigkeiten breitet sich Ultraschall dagegen dämpfungsarm aus. Bei hohen Schalldrücken kommt es jedoch zur Bildung von Dampfblasen (Kavitation), die bei ihrem Kollaps extrem hohe Drücke und Temperaturen hervorrufen können. Bei Frequenzen zwischen 2 und 20 MHz tritt Kavitation in reinem, entgastem Wasser erst ab einem Schalldruck von 15 MPa auf. Kavitation wird z. B. zur Ultraschallreinigung genutzt und ist auch aktueller Forschungsgegenstand (Sonolumineszenz).

2 Einsatzgebiete

Die Möglichkeiten der Nutzung von Ultraschall im Altag ist mannigfaltig. Sie reicht von Reinigungsgeräten über Labortechnik bis hin zu Ultraschallgeräten in der Medizin, mit denen der Arzt nebenwirkungsfrei in den Körper einen Menschen hineinschauen kann. Aufgrund der Harmlosigkeit der Schallwellen findet der medizinische Ultraschall auch in der Frauenheilkunde Anwendung, um heranwachsende Kinder (Föten) im Mutterleib darstellen und von außen untersuchen zu können.

3 Siehe auch

4 Literatur

Berthold Heinrich, Petra Linke, Michael Glöckler: Grundlagen Automatisierung - Sensorik, Regelung, Steuerung, Springer Fachmedien, Wiesbaden, 2015. ISBN 978-3-658-05960-6
Christian Dietz, Otto von Helversen, Dietmar Nill: Handbuch der Fledermäuse Europas und Nordwestafrikas, Kosmos Verlags-GmbH, Juni 2007. ISBN 3-440-09693-9
Rüdiger Wehner, Walter Gehring, Alfred Kühn: Zoologie, Georg Thieme Verlag, 2007. ISBN 3-13-772724-3
A. Ponomarenko, O. Vincent, A. Pietriga, H. Cochard, É. Badel, P. Marmottant: Ultrasonic emissions reveal individual cavitation bubbles in water-stressed wood, J. R. Soc. Interface, Oktober 2014, Band 11, Nr. 99