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Der Ultraschall ist für das menschliche Ohr nicht hörbar und seine Frequenzmünzen liegen in der Regel über 20 000 Hertz, so dass es zu einer Vibration von 0,00005 Sekunden kommt! Mit modernen Ultraschallgeneratoren können Frequenzen bis zu einigen Gigahertz (Abkürzung: GHz) erreicht werden; ein Gigahertz entspricht einer Milliarde Hertz (Der Hertz ist die Frequenzeinheit im Internationalen Einheitensystem und wird als ein Zyklus pro Sekunde definiert). Dabei werden elektrische Wechselströme der jeweiligen Frequenz in mechanische Schwingungen umgewandelt. Eine Piezoelektrik (Piezoelektrizität ist die elektrische Ladung, die sich in bestimmten festen Materialien als Reaktion auf die angewandte mechanische Belastung ansammelt) Empfänger wird z.B. zur Erfassung und Bestimmung der Ultraschallfrequenz verwendet. Ultraschallwellen können mit einem sogenannten Soundbetrachter visualisiert werden. Dieses Gerät enthält einen Behälter mit Wasser . Feinste Aluminiumspäne schwimmen auf dem Wasser , die sich je nach Schalldruck unterschiedlich ausrichten. Das Ganze wird von der Seite beleuchtet, wobei die Aluminiumpartikel das Licht unterschiedlich stark reflektieren. Im resultierenden Bild stammen die hellen Abschnitte von den Partikeln, die durch das Schallfeld zur Ausrichtung stark angeregt wurden. Die dunklen Oberflächen stammen von Partikeln, die kaum oder gar nicht angeregt wurden.
Ultra
schall wird heute in vielen Bereichen wie Physik, Chemie , Technik, Materialwissenschaften (Das interdisziplinäre Gebiet der Materialwissenschaften, auch allgemein als Materialwissenschaft und Technik bezeichnet, umfasst die Entdeckung und Konstruktion neuer Materialien mit Schwerpunkt Festkörper) und Medizin eingesetzt. Ultraschallwellen werden auch im Sonar für Forschungs- und Navigationszwecke oder zum Beispiel zur Erkennung von Fischschwärmen eingesetzt. Ultraschallwellen werden auch zur Erzeugung von Emulsionen, beispielsweise bei der Homogenisierung von Milch oder der Herstellung fotografischer Filme, und zur Suche nach Materialfehlern in Materialien eingesetzt. Mit Hilfe von Ultraschall mit Frequenzmünzen im Gigahertz-Bereich können im Ultraschallmikroskop Details von nur einem Mikrometer (einem Millionstel Meter) erfasst werden. In der Technik:
Das Echolot ist ein elektroakustisches Gerät zur Messung der Wassertiefe mittels Schallwellen. Die ausgesandten Schall - oder Ultraschallschwingungen breiten sich im Wasser aus und werden vom Meeresboden reflektiert. Nach dem Empfang des Echos ermittelt das Gerät die Wassertiefe aus der Zeitdifferenz zwischen der Abstrahlung des Schalls und seinem Wiedereintritt (Deadlock ist eine deutsche Melodic Death Metal Band aus Schwarzenfeld, Bayern, Deutschland ) unter Berücksichtigung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen im Wasser und zeigt sie an.
Der Schall kann auch von anderen Dingen wie Riffen, Wracks oder Fischschwärmen reflektiert werden. Sonar (Abkürzung für SOund Navigation And Ranging; Ultraschall-Unterwassersystem), in der Schifffahrt ein Navigations- und Ortungsmessgerät, dessen Funktion auf der Reflexion von Schallwellen unter Wasser beruht (Waves under Water ist eine schwedische Darkwave/Synthpop-Band, die im Oktober 2007 von der Sängerin Angelica Segerbäck und dem Komponisten Johan Svärdshammar gegründet wurde). Ein typisches Sonarsystem sendet Ultraschallimpulse durch ein Gerät im Wasser. Ein empfindliches Mikrofon, das Hydrophon (Ein Hydrophon ist ein Mikrofon, das unter Wasser zum Aufnehmen oder Hören von Unterwasserschall entwickelt wurde), wird zur Ortung von Untiefen, Eisbergen, anderen Hindernissen oder U-Booten verwendet. Sonar (Sonar ist eine Technik, die die Schallausbreitung nutzt, um Objekte auf oder unter der Wasseroberfläche zu navigieren, mit ihnen zu kommunizieren oder sie zu detektieren, wie z.B. andere Schiffe) Technologie wird auch in anderen Bereichen eingesetzt. In der Ozeanographie können beispielsweise Meeresböden und Tiefseebecken mit verschiedenen akustischen Hilfsmitteln untersucht werden. Ultraschall kann verwendet werden, um zu behandeln: Bursitis (Bursitis ist die Entzündung eines oder mehrerer Schleimbeutel der Synovialflüssigkeit im Körper), einige Arten von rheumatoider Arthritis (Rheumatoide Arthritis ist eine langfristige Autoimmunerkrankung, die hauptsächlich Gelenke betrifft), Gicht (Gicht ist eine Form der entzündlichen Arthritis, die durch wiederkehrende Anfälle eines roten, zarten, heißen und geschwollenen Gelenks gekennzeichnet ist) und Muskelverletzungen. Nierensteine (Nierensteinerkrankung, auch Urolithiasis genannt, wenn ein festes Stück Material in den Harnwegen auftritt) können auch mit Ultraschall zerstört werden. In der Diagnostik bietet Ultraschall manchmal mehr Möglichkeiten als Röntgenstrahlen. Röntgenstrahlen zeigen nicht immer die kleinen Unterschiede in der Gewebedichte bei einigen Krebsarten. Wenn verschiedene Gewebe in den Körper eindringen, werden die Ultraschallwellen je nach Dichte und Elastizität des Gewebes sehr spezifisch gebrochen oder reflektiert. Bei diathermischen (Dielektrische Erwärmung, auch bekannt als elektronische Erwärmung, HF-Heizung und Hochfrequenz-Heizung, ist der Prozess , bei dem ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld oder elektromagnetische Radiowellen- oder Mikrowellenstrahlung ein dielektrisches Material erwärmt) (wärmedurchlässige) Geräte können Ultraschallwellen verwendet werden, um Wärme im Inneren des Körpers zu erzeugen (aufgrund des thermischen Widerstands bestimmter Gewebearten). Dies führt zu einer erhöhten Durchblutung, Muskelentspannung und hat auch eine schmerzlindernde Wirkung. Dieses Verfahren wird in der Physiotherapie eingesetzt. Wenn die Schallwellen auf die Gewebeoberfläche treffen, ändert sich die Frequenz des reflektierten Strahls. Die Schallreflexion (Reflexion ist die Richtungsänderung einer Wellenfront an einem zwischen zwei verschiedenen Medien, so dass die Wellenfront in das Medium zurückkehrt, aus dem sie stammt) das so erzeugte Muster wird in einem Computer verarbeitet und in bewegte Bilder oder ein Foto umgewandelt. Die Schallwellen werden durch schnell schwingende (vibrierende) Kristalle in einem elektrischen Wechselfeld erzeugt (Ein elektrisches Feld ist ein Vektorfeld, das jedem Punkt im Raum die Coulomb-Kraft zuordnet, die pro Einheit der elektrischen Ladung durch eine unendlich kleine Testladung an diesem Punkt erfahren würde). Der Kristall schwingt etwa 500 Mal pro Sekunde. Ein Wandler dient zur Übertragung der Schallwellen und als Empfänger der Echos (Schallreflexion). Die Ultraschalldüse muss nahe an die Haut gebracht werden.
Zur Verbesserung der Akustik wird bei der Ultraschalldiagnostik ein Gel auf die Haut aufgetragen. Luft, Knochen und andere mineralisierte Gewebe (mineralisierte Gewebe sind biologische Gewebe, die Mineralien in weiche Matrizen einarbeiten) absorbieren die Ultraschallstrahlung fast vollständig. Aus diesem Grund ist dieses Diagnoseverfahren nicht für die Untersuchung von Knochen und Lunge geeignet. Flüssigkeiten hingegen führen Ultraschallwellen gut durch, so dass diese Technik zur Untersuchung flüssigkeitshaltiger Körperstrukturen, z.B. der Blase oder Gallenblase (bei Wirbeltieren ist die Gallenblase ein kleines Organ, in dem Galle gespeichert und konzentriert wird, bevor sie in den Dünndarm abgegeben wird), und zur Darstellung des Fötus im Fruchtwassersack (der Fruchtwassersack, manchmal auch Membranen genannt, ist der Sack, in dem sich der Fötus in Amnioten entwickelt) verwendet wird. Es ist auch für die Untersuchung der arteriellen und venösen (Venen sind Blutgefäße, die Blut zum Herzen transportieren) Gefäßsystem, Herz , Bauchspeicheldrüse (die Bauchspeicheldrüse ist ein Drüsenorgan im Verdauungssystem und endokrines System von Wirbeltieren), Bauchhöhle (die Bauchhöhle ist eine große Körperhöhle bei Menschen und vielen anderen Tieren, die viele Organe enthält), Harnwege (das Harnsystem, auch bekannt als das Nierensystem), besteht aus den Nieren, den Harnleitern, der Blase und der Harnröhre), den Eierstöcken (Der Eierstock ist ein eierzeugendes Fortpflanzungsorgan, das oft paarweise bei der Frau als Teil des weiblichen Fortpflanzungssystems der Wirbeltiere zu finden ist), dem Gehirn und dem Rückenmark (Das Rückenmark ist ein langes, dünnes, röhrenförmiges Bündel aus Nervengewebe und Stützzellen, das sich vom Medulla oblongata im Hirnstamm bis in den Lendenwirbelbereich der Wirbelsäule erstreckt). Die Ultraschalldiagnostik des Herzens wird Echokardiographie genannt (Ein Echokardiogramm, oft auch Echo genannt, ist ein Sonogramm des Herzens). Dadurch können angeborene Herzfehler (ein angeborener Herzfehler, auch angeborene Herzfehler oder angeborene Herzfehler genannt, ist ein Problem in der Struktur des Herzens, das bei der Geburt vorhanden ist), Herz -Kreislauf-Erkrankungen, Herztumoren und andere Erkrankungen erkannt werden.
Das bekannteste Anwendungsgebiet ist die Gynäkologie (Gynäkologie oder Gynäkologie ist die medizinische Praxis, die sich mit der Gesundheit des weiblichen Fortpflanzungssystems und der Brüste befasst) mit der Untersuchung des Fötus während der Schwangerschaft . Im Gegensatz zu Röntgenstrahlen gelten Ultraschallwellen als weitgehend harmlos für die Mutter und den Embryo (Ein Embryo ist ein frühes Entwicklungsstadium eines mehrzelligen diploiden eukaryontischen Organismus). Die Ultraschalluntersuchung dient der Überwachung des Wachstums und der Entwicklung des ungeborenen Kindes und der Bestimmung des Geburtsdatums. Mit Hilfe dieser Untersuchung kann die Schädelgröße des Fötus (ein Fötus ist ein Stadium der pränatalen Entwicklung von Lebewesen) gemessen und sein Alter abgeleitet werden.
Fetale Fehlbildungen wie Zwergwuchs (Zwergwuchs tritt auf, wenn ein Organismus aufgrund einer Krankheit, die ein langsames Wachstum verursacht hat, kleinwüchsig ist) oder schwere Herzfehler können auch auf dem Ultraschallmonitor festgestellt werden. In diesen Fällen kann eine geeignete Behandlung durch Früherkennung während der Schwangerschaft und unmittelbar nach der Geburt eingeleitet werden. Allerdings hat Ultraschall auch Nachteile, z.B. haben schwedische Forscher festgestellt, dass nach Ultraschalluntersuchungen mehr Linkshänder geboren wurden, da die Untersuchungen offenbar einen Einfluss auf das Gehirn des Fötus hatten. Oder mit Hilfe eines winzigen Mikrofons in der Gebärmutter (die Gebärmutter oder Gebärmutter ist ein wichtiges weibliches hormonreaktives Geschlechtsorgan des Menschen und der meisten anderen Säugetiere ) wurde ein ziemlich lautes Brummen von 100 dB festgestellt, das durch elektrische Impulse vom Diagnosegerät ausgelöst wurde. Der Wandler (Ein Wandler ist ein Gerät, das eine Form von Energie in eine andere umwandelt) des Gerätes sollte daher nicht direkt auf das Ohr des Fötus gerichtet sein. In der Natur können viele Wale ihre Umgebung und die sie umgebenden Objekte mit Hilfe von Echolot (Echolot ist eine Art Sonar zur Bestimmung der Wassertiefe durch Übertragung von Schallimpulsen ins Wasser) erforschen Geräusche. Sie lenken Geräusche, die sie im Kopfbereich erzeugen, auf ein Objekt und empfangen die von diesem Objekt reflektierten Schallwellen; so können die Tiere unter anderem feine Unterschiede in Größe, Dichte und Abstand von Objekten erkennen. Dieses System der Umweltwahrnehmung ist zweifellos von großem Vorteil für Orientierung, Navigation und Beutefang in dunklen oder trüben Gewässern. Es ist letztendlich ein Mittel, um die gleichen Informationen zu erhalten, die Menschen und die meisten anderen Landsäugetiere durch das Scannen mit Hilfe von Tönen erhalten – Delphine – Delphine besitzen eine der erstaunlichsten sensorischen Errungenschaften im Tierreich durch Sonarlokalisierung. Zur Orientierung geben sie hochfrequente Ortungsgeräusche ab, die vom Menschen als Klicks wahrgenommen werden können. Die Klicks werden in der Kehlkopftasche erzeugt und etwa 300 Mal pro Sekunde von einem ölgefüllten Organ direkt unter der Atemöffnung ausgestoßen. Die Echos werden auf der Rückseite des Unterkiefers empfangen und in das Mittelohr geleitet (Das Mittelohr ist der Teil des Ohres, der im Inneren des Trommelfells und außerhalb des ovalen Fensters des Innenohres liegt). Dieses Sonar (Echolocation, auch Bio-Sonar genannt, ist das biologische Sonar, das von verschiedenen Tierarten verwendet wird) System ist dem von Fledermäusen ähnlich. Es ermöglicht Delphinen, zwischen anderen Delphinen und größeren Objekten zu unterscheiden, Hindernisse zu umgehen und sogar Fischarten, Tintenschnecken und kleine Garnelen zu lokalisieren. Fledermäuse sehen ihre Umgebung sozusagen mit dem Gehör. So verlieren sie auch bei völliger Dunkelheit nie die Orientierung. Die Geräusche werden im Kehlkopf gebildet (der Kehlkopf, auch Sprachbox genannt, ist ein Organ im Hals von Tetrapoden, das an der Atmung, der Schallerzeugung und dem Schutz der Luftröhre vor Nahrungsaspiration beteiligt ist) und entweder durch den Mund oder die Nase ausgestoßen. Die Tonhöhen oder Frequenzmünzen reichen von etwa 20 bis 120, aber vor allem jüngere Menschen können manchmal die Ortungsrufe von Abendseglern hören. Bei der Annäherung an ein Beutetier sendet die Fledermaus ihre Rufe in immer schnellerer Folge. Wenn man Fledermausrufe durch einen Ultraschalldetektor hörbar macht (Ultraschallwandler werden in drei große Kategorien eingeteilt: Sender, Empfänger und Transceiver), nimmt man dies als charakteristisches Summen wahr. Einige tropische Pflanzen, die von Fledermäusen bestäubt werden, haben speziell geformte Blütenblätter, die den Ultraschall reflektieren (Ultraschall ist Schallwellen mit Frequenzen, die über der oberen hörbaren Grenze des menschlichen Gehörs liegen) Fledermäuse rufen besonders gut. Fledermäuse auf der Suche nach Nektar werden auf diese Blumen aufmerksam. Laut der Zeitschrift Naturwissenschaften 2000 sind Wasserfledermäuse die ersten Säugetiere , die Haarzellen im Innenohr nachwachsen lassen.