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Ultraschall und seine Anwendung - Реферат


Реферат на тему:
Ultraschall und seine Anwendung
Allgemeines
Ultraschall ist ein Schall bzw. sind Schallwellen, die vom menschlichen Ohr nicht mehr geh?rt werden k?nnen. Seine Frequenzen sind h?her als 20 kHz. Ultraschall wird durch elektrisch erregte Kristalle von Quarz erzeugt. Einsatzgebiete des Ultraschalls findet man heute in der Metallurgie beim L?ten von Aluminium, Ultraschallschwei?en und -bohren, in der chemischen Industrie z.B. beim Reinigen von Oberfl?chen, Mischen und Homogenisieren von Fl?ssigkeiten, in der medizinischen Therapie und vor allem in der medizinischen Diagnostik, in der Werkstoffpr?fung, der Messtechnik und Prozess?berwachung, der Lebensmittelindustrie, Elektronik und Mikroelektronik sowie in den Bereichen des Waschens von Textilien, zur Herstellung feinster fotografischer Emulsion, zur Nachrichten?bermittlung unter Wasser und bei der Echolotung auf Seeschiffen. Seine gr??te Anwendung und Bedeutung findet der Ultraschall aber in der Medizin, denn mit Hilfe der Ultraschalldiagnostik kann man z.B. menschliche Organe "abtasten" und auf einem Bildschirm sichtbar machen, ohne dass dabei Gewebe zerst?rt oder gesch?digt w?rde. Anlass f?r den enormen Aufschwung der Ultraschallanwendungen sind neben der gewaltigen Entwicklung der elektronisch - mikroelektronischen Messtechnik vor allem auch die gewachsenen Kenntnisse ?ber die physikalischen Eigenschaften.
Anwendung in der Medizin
Von jeher war es der Wunsch der ?rzte einmal in den Menschen "hineinschauen" zu k?nnen, ohne ihn aufschneiden zu m?ssen. Dies gelang erstmals nach der Entdeckung der R?ntgenstrahlen 1895. Parallel zur R?ntgendiagnostik wurde die Ultraschalldiagnostik entwickelt. Sie ist oft einfacher und weniger aufwendig. Bei Ultraschalluntersuchungen erm?glicht der infolge unterschiedlicher akustischer Widerst?nde an Grenzfl?chen reflektierte Schall den Aufbau eines Bildes. Voraussetzungen f?r die Entwicklung der Anwendung des Ultraschalls basierten auf physikalischen Kenntnissen und Grundlagen. Bei der Anwendung des Ultraschalls wird der biophysikalische Grundmechanismus der Wechselwirkung der eingesetzten Strahlung mit dem lebenden Organismus ausgenutzt.
Ultraschalldiagnostik:
Die Methoden der Ultraschalldiagnostik sind zahlreich und breit angewandt. Sie beruhen letztlich auf der Gewinnung von Informationen durch Reflexion des Ultraschalls an den Grenzfl?chen zwischen Gewebe und Luft, akustisch unterschiedlichen Geweben und an den Grenzfl?chen zw. Knochen und Geweben. Der Stand der kommerziell erwerbbaren Ultraschallger?te f?r Therapie und Diagnostik macht den Einsatz des Ultraschalls in vielen Bereichen m?glich und ist auf verschiedenen Gebieten anderen Methoden ?berlegen, z.B. in der Ausmessung der Frucht im Mutterleib oder der sonorgraphischen Nachweisbarkeit von Steinen, die im R?ntgenbild keinen Schatten ergeben. Beim Einsatz des Ultraschalls handelt es sich um nichtinvasive und nichtionisierende Pr?f- und Heilverfahren. Weitere Anwendung auf medizinischen Gebieten findet der Ultraschall in: Heilbehandlung des Auge - innere Organe - Unterleibsdiagnostik - zur Feststellung von Leberabnormalit?ten - f?r Gallenblasen- und Nierenuntersuchung - bei Harnblasenkontrollen - zur Milz- und Bauchspeicheldr?senuntersuchung - Gyn?kologie - bei Durchblutungsst?rungen - zur Herzuntersuchung - bei krankhaften Ver?nderungen z.B. Tumor - bei der Geburtshilfe u. in der Schwangerschaft und zur Untersuchung der Gelenke. In den letzten 15 Jahren ist die Ultraschalldiagnostik in der Geburtshilfe zu einem unverzichtbaren Bestandteil geworden. In der geburtshelfenden Diagnostik werden, solch geringe Schallintensit?ten genutzt, die dem jungen Leben keinen Schaden zuf?gen. Hierbei ist sehr wichtig, dass Ultraschall eine mechanische Welle und keine elektromagnetische Strahlung ist. In einer Betreuung sollen Risikof?lle (z.B. ob sich das Kind in Form und Figur normal entwickelt) ermittelt werden. Es folgt u.a. die Feststellung von Mehrlingsgeburten, die Diagnose ausgepr?gter Fehlbildungen, sogar das Geschlecht kann man bestimmen, und viele andere Hinweise f?r eine komplikationslose Geburt k?nnen gewonnen werden. Ultraschall gelangt in den menschlichen K?rper, indem man ?ber geeignete Koppelmedien (?le, Wasser, Gel) den Ultraschallwandler so auf die Haut aufbringt, dass keine Luftzwischenschicht o.a. die Schall?bertragung st?rt. Auf dem Weg in das K?rperinnere kommt es nun zu einer Wechselwirkung zwischen Schall und dem biologischen Gewebe, den Knochen etc.. Ultraschall findet auch Anwendung bei vielen entz?ndlichen Prozessen u. Erkrankungen. Durch degerative Prozesse, z.B. der Gelenke erzielt man durch den Einsatz von Ultraschall gute Heilerfolge. Bei der Ultraschalldiagnostik wird die Reflexion von hochfrequenten Ultraschallwellen an Grenzfl?chen unterschiedlicher Gewebestrukturen im K?rper ausgenutzt.
Anwendung in der Natur
Ultraschall kann nicht nur k?nstlich erzeugt werden, sondern ist bereits in der Natur vorhanden, denn vieles von dem, was der Mensch in den letzten 50 Jahren auf diesem Gebiet m?hsam entwickelt hat, beherrscht der Delphin seit Jahrtausenden. Es ist bekannt, dass sein Sehverm?gen sehr begrenzt ist. Durch sein hervorragend funktionierendes Schallorientierungssystem reagiert er sehr schnell und exakt auf auftretende Hindernisse selbst in der Dunkelheit des Meeres. F?r Tierarten wie Flederm?use hat der Ultraschall auch eine gro?e Bedeutung. Ihre Ultraschall - Echo - Orientierung ist eine perfekte Sinnesleistung in dem Sinne, dass sie ohne diese nicht leben k?nnen. In der Natur gibt es eine Reihe von Tierarten - von vielen wissen wir es vielleicht noch gar nicht - deren H?rbereich andersartiger bzw. umfangreicher ist als der des Menschen. Die meisten dieser Tierarten benutzen den Ultraschall vor allem zur Informations?bertragung. Das akustische Orientierungssystem scheint bei den Flederm?usen am ausgereiftesten zu sein. Flederm?use k?nnen mit dem Echo - Peilsystem ihre Beutetiere sehr genau "orten" . Die sogenannten "Ultraschallschreie" werden bei Flederm?usen im Kehlkopf, der als Schallerzeuger dient, erzeugt und durch den leicht ge?ffneten Mund nach au?en abgegeben. Treffen diese ausgesendeten Ultraschallwellen auf einen fliegenden K?rper, z.B. ein kleines Beutetier, so werden sie reflektiert und gelangen zur?ck zum Ohr, das als Schallsignalempf?nger dient. Die H?rorgane der Flederm?use m?ssen zu extremer Schallanalyse hinsichtlich der Frequenz, Frequenzver?nderung oder der Intensit?t, zu einem perfekten und selektiven Analysieren imstande sein. Das Ultraschall - Echo - Orientierungssystem dient den Flederm?usen dazu, sich von der Umgebung ein "H?rbild" zu machen und ihre Beute zu orten.
Echolot
Ger?t, mit dem aus der Laufzeit eines ausgestrahlten und nach Reflexion wieder empfangenen Ultraschallimpulses Entfernungen bestimmt werden, z.B. die Tiefe von Gew?ssern, Fischschw?rmen, Gletschern oder die Flugh?he von Flugzeugen. Manunterscheidet zwischen Passiv - und Aktivortung. Bei der Passivortung werden die von einem interessierenden Objekt ausgesendeten Ger?usche empfangen und analysiert. Bei der Aktivortung werden entsprechend aufbereitete Signale ausgesendet, und von Hindernissen reflektierten Signale werden empfangen und pr?zise analysiert.
Spezialfall Schiff:
Auf einem Schiff werden Ultraschallimpulse ausgesendet und vom Meeresboden bzw. Fischschw?rmen reflektiert und gelangen zur?ck zum Empf?nger (werden von ihm wieder aufgenommen). Aus der gemessenen Laufzeit dieses Echos und der Schallgeschwindigkeit im Wasser ermittelt ein Rechner den Weg des Ultraschallimpulses. Gemessen wird die Zeit der Aussendung eines Schallsignals bis zum Eintreffen seines Echos, das beim Auftreffen auf den Grund zur?ckgeschickt wird. Die vom Schiffsboden aus in schneller Folge ausgesendeten Ultraschallwellen haben eine Frequenz von 20-30 kHz.
Anwendung in der Technik
Ein wesentlicher Vorteil des Ultraschalls in der Metallurgie besteht darin, dass im homogenen Material die Schallabsorption wesentlich geringer ist als von R?ntgenstrahlen. Es gelingt bis zu 10m lange Strecken zu durchschallen und z.B. Fehlstrukturen des Materials bzw. Verunreinigungen sichtbar zu machen.
Ultraschallpr?fung als Qualit?tskontrolle:
Vor allem in den letzten Jahren hat sich die Ultraschallpr?fung zur Qualit?tskontrolle durchgesetzt. Durch h?here Effektivit?t der
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