Informationen über Schallwellen


Informationen über Schallwellen, Infraschall und Ultraschall

Die Entstehung von Schall

Schall bezeichnet allgemein das Geräusch, den Klang, den Ton, den Knall (Schallarten), wie er von Menschen mit dem Gehör, also dem Ohr-Gehirn-System, aber auch von Tieren auditiv wahrgenommen werden kann. Schall stellt die Ausbreitung bzw. die hörbaren Schwingungen (Schallwellen) von Druck- und Dichteschwankungen in einem elastischen Medium (Gase, Flüssigkeiten, Festkörper) dar.

Quelle: Wikipedia.org

Schall: Klang der Welt



Festkörperphysik: Magnet-Töne

Neue Einblicke in die atomare Welt des Magnetismus gelangen Freiburger Wissenschaftlern. Bei Forschungsarbeiten mit durchsichtigen magnetischen Kristallen entdeckten sie, daß Magnete zu Schallquellen werden können, wenn man sie mit Mikrowellen bestrahlt.

Roland Diehl, Wolfgang Jantz und Wolfram Wettling vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik züchteten erstmals Eisenborat – eine der extrem seltenen Substanzen, die durchsichtig und bei Raumtemperatur magnetisch sind – in größeren Kristallen, um mit Licht in das Innere eines Magneten schauen zu können. Dabei konnten sie dann die Töne der Magneten, deren Frequenz viel zu hoch ist, als daß sie das menschliche Ohr hören könnte, mit Laserlicht sichtbar machen. Für diese Arbeit wurden die drei Forscher von der Fraunhofer-Gesellschaft mit dem Preis für die beste naturwissenschaftliche Leistung im Jahr 1979 ausgezeichnet.

Wie die Energie der Mikrowellen über den Magnetismus der Kristalle in Schallschwingungen umgesetzt wird, erklärt Wolfram Wettling: Durch die Mikrowellen werden Elektronen gleichsam als winzige, elementare Magnete in den Atomen des Kristalles in Schwingungen versetzt – in eine sogenannte ferromagnetische Resonanz. Die Energie dieser Resonanzschwingung entlädt sich über die Elektronenhülle des Atoms auf die anderen Atome, das Kristallgitter beginnt im Gleichtakt zu schwingen und es entstehen Schallwellen.

Überraschend ist dabei, daß der Schall weder die Frequenz der Resonanzschwingung noch die der Mikrowelle annimmt, sondern die halbe Frequenz der Mikrowelle: eine Folge des physikalischen Gesetzes, wonach bei diesem Effekt Energie und Impuls erhalten bleiben müssen. Weil die ferromagnetische Resonanz selbst aber keinen Impuls hat, entsteht nicht eine Schallwelle, sondern deren zwei, die mit halber Frequenz – und deshalb auch halber Energie – in entgegengesetzte Richtung laufen. Ihr gemeinsamer Impuls ist Null.

Für praktische Anwendungen ist dabei interessant, daß die Frequenz der neuen magnetischen Hyperschallquelle sich in einem großen Bereich variieren läßt. Das ist bei der heute üblichen Technik, die auf dem piezoelektrischen Effekt der Kristalle beruht, nicht ohne weiteres möglich (als piezoelektrischen Effekt bezeichnen Physiker die elektrische Aufladung bestimmter Kristalle durch mechanischen Druck).

Die faszinierendste Anwendung könnte in der Zukunft das „akustische Mikroskop“ bieten, an dem heute vor allem Forscher in den USA arbeiten. In ihm durchstrahlen nicht Lichtstrahlen, sondern Schallwellen das Präparat und zeichnen dabei ein stark vergrößertes Bild. Schallwellen lassen sich nämlich – durch geschliffene Kristalle – ähnlich fokussieren wie Lichtstrahlen. Vergrößerungen durch Schall zeigen zum Beispiel bei biologischen Präparaten viel stärkere Kontraste (siehe ZEIT Nr. 32/1979).

Die Auflösung darf allerdings der eines Lichtmikroskops nicht nachstehen. Deshalb könnten die Töne aus den magnetischen Kristallen für das akustische Mikroskop bedeutsam werden: Ihre variablen Wellenlängen sind ebenso klein wie die des sichtbaren Lichts. Franz Frisch

Quelle: Zeit.de


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