Über physikalische Methoden im chemischen Laboratorium. XXVIIIUltraschall und chemische Forschung

Abstract

als physikalisch-chemisches Forschungsmittel. I n h a l t : I. Erzeugung und physikalische Natur des Ultraschalls. -11. Die Wirkungen des Ultraschalls. -111. Ultraschall I . Erzeugung und physikalische Natur d e s Ultraschallsl). 1. Physikalische Grundbegriffe.Licht und Schall, beides Wellenbewegungen, befolgen scheinbar ganz verschiedene Ausbreitungsgesetze : das Licht pflanzt sich geradlinig fort, wahrend der Schall sich allseitig ausbreitet. Bekanntlich liegt diese Verschiedenheit jedoch nicht in den Ausbreitungsgesetzen selbst, die vielmehr fur beide Vorgange gleich sind, sondern nur in der verschiedenen Wellenlange. 1st die Wellenlange im Vergleich zu der Dicke eines Strahlenbundels sehr klein, so loschen sich alle Wellenzuge, die nicht zu dem geradlinigen Strahlenbundel gehoren, durch Interferenz aus. Beim Licht mit seiner sehr kleinen Wellenlange ist diese Bedingung meist erfullt, daher seine geradlinige Fortpflanzung. Beim Schall dagegen haben auch die hochsten noch horbaren Tone (Frequenz etwa 15 kHz, d. s. 15000 Perioden in der Sekunde) in Luft noch eine Wellenlange von etwa 2 cm und in Flussigkeiten sogar von etwa 10 cm. Nun ist es aber moglich, uber die Horgrenze hinaus Schall von wesentlich hoherer Frequenz und entsprechend kurzerer Wellenlange zu erzeugen. Man kann gewisser-maBen unhorbar hohe Tone herstellen. Diesen uber der Horgrenze liegenden Schall nennt man ,,U 1 t r a s c h a ll", und es ist eine hervorstechende physikalische Eigenschaft dieses Ultraschalls, daI3 er infolge seiner kurzen Wellenlange, ahnlich wie Licht, bequem in geradlinigen Schallstrahlen hergestellt werden kann. Man konnte ihn z. B. dazu verwenden, im Kriege unhorbare Nachrichten in bestimmter Richtung abzustrahlen. In der Tat war es diese Richtmoglichkeit, die die Physiker in erster Linie dazu ver-anlaBte, nach geeigneten Herstellungsverfahren Ausschau zu halten, und es ist kein Wunder, daI3 die heute noch beste Herstellungsart aus dern Kriege stammt. 2. Erzeugungsmoglichkeiten. Es war schon urn die Jahrhundertwende gelungen, mit winzigen Stimmgabeln und Pfeifchen Ultraschallwellen herzustellen und nachzuweisen. Spater ist noch eine Reihe mechanischer, thermischer und elektrischer Schallgeber fur das Ultraschallgebiet entwickelt worden, auf die hier nicht nalier eingegangen werden soll, weil sie fur chemische Zwecke zu energieschwach sind. Im Krieg wurde das Interesse an einem starken Ultraschallgeber vor allem fur die Unterwasserschalltechnik sehr lebendig. Langevin benutzte (1918) eine Eigenschaft des Bergkristalls und vieler anderer Kristalle, die schon lange bekannt war, namlich die Erscheinung der Pie z o e 1 e k t r i z i t a t ; die piezoelektrischen Sender sind seither die wichtigsten Ultra-*) Aufsatz XXVII dieser Reihe: Brill u. Halle, ,,Anwendung rontgenograph. Mrthoden auf chem. Probleme", dieseztschr. 48,785 [1935]. l) Eine eingehendere Abhandlung iiber alle physikalischen Fragen auf dern Gebiet des Ultraschalls mit reichlichen Literaturangaben findet man bei E . Grobmann, Ultraakustik, im Handbuch der Experimen...