超聲波是一種頻率高于人類聽覺范圍（20kHz至20MHz）的聲波。發(fā)射超聲波通常利用的是壓電效應(yīng)或者磁致伸縮效應(yīng)。

壓電效應(yīng)

壓電效應(yīng)是指某些材料在受到機(jī)械應(yīng)力（如壓力或拉伸）時會產(chǎn)生電荷，或者在電場作用下會發(fā)生形變的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象最早由法國物理學(xué)家雅克·庫侖（Jacques Curie）和皮埃爾·庫侖（Pierre Curie）兄弟在1880年發(fā)現(xiàn)。

壓電材料

壓電材料包括石英、鋯鈦酸鉛（PZT）、鉭酸鋰（LiNbO3）等。這些材料的晶體結(jié)構(gòu)具有非對稱性，使得它們在受到應(yīng)力時能夠產(chǎn)生電荷。

壓電效應(yīng)的應(yīng)用

1. 超聲波發(fā)射器 ：在超聲波發(fā)射器中，壓電材料被用作換能器，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，產(chǎn)生超聲波。當(dāng)施加交流電壓時，壓電材料會周期性地膨脹和收縮，從而發(fā)射超聲波。
2. 超聲波傳感器 ：在超聲波傳感器中，壓電材料同樣用作換能器，但工作原理相反。當(dāng)超聲波遇到傳感器時，壓電材料會因為聲波的壓力而產(chǎn)生電荷，從而檢測到超聲波。
3. 醫(yī)療成像 ：在超聲波成像技術(shù)中，如B超，壓電材料用于發(fā)射和接收超聲波，以生成內(nèi)部器官的圖像。

壓電效應(yīng)的工作原理

壓電效應(yīng)的工作原理可以通過以下步驟描述：

1. 電場施加 ：在壓電材料上施加交流電場。
2. 形變產(chǎn)生 ：電場導(dǎo)致材料內(nèi)部的電荷分布發(fā)生變化，從而引起材料的形變。
3. 超聲波發(fā)射 ：材料的周期性形變產(chǎn)生超聲波，這些聲波以波的形式傳播出去。

磁致伸縮效應(yīng)

磁致伸縮效應(yīng)是指某些磁性材料在磁場作用下會發(fā)生形變的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象與壓電效應(yīng)類似，但涉及的是磁性材料。

磁致伸縮材料

磁致伸縮材料包括鎳、鐵、鈷等。這些材料在磁場作用下會發(fā)生形變，形變的程度取決于材料的磁致伸縮系數(shù)。

磁致伸縮效應(yīng)的應(yīng)用

1. 超聲波發(fā)射器 ：在某些特殊的超聲波發(fā)射器中，磁致伸縮材料被用作換能器，通過磁場的變化來產(chǎn)生超聲波。
2. 聲納系統(tǒng) ：在聲納系統(tǒng)中，磁致伸縮材料用于發(fā)射和接收超聲波，以探測水下物體。

磁致伸縮效應(yīng)的工作原理

磁致伸縮效應(yīng)的工作原理可以通過以下步驟描述：

1. 磁場施加 ：在磁性材料上施加變化的磁場。
2. 形變產(chǎn)生 ：磁場的變化導(dǎo)致材料內(nèi)部的磁疇重新排列，從而引起材料的形變。
3. 超聲波發(fā)射 ：材料的周期性形變產(chǎn)生超聲波，這些聲波以波的形式傳播出去。

超聲波的應(yīng)用

超聲波的應(yīng)用非常廣泛，包括但不限于：

1. 醫(yī)療成像 ：如B超、超聲波成像等。
2. 無損檢測 ：用于檢測材料內(nèi)部的缺陷。
3. 流體測量 ：如流量計、液位計等。
4. 清洗 ：利用超聲波的高頻振動來清洗物體表面。
5. 焊接 ：利用超聲波的能量來焊接材料。

結(jié)論

發(fā)射超聲波主要利用的是壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)。這些效應(yīng)使得特定的材料能夠在電場或磁場的作用下產(chǎn)生形變，從而發(fā)射超聲波。超聲波的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，從醫(yī)療成像到工業(yè)檢測，都有其身影。