超音波が媒体内を伝播すると、超音波と媒体との相互作用により、媒体は物理的および化学的変化を起こし、その結果、次のような一連の機械的、熱的、電磁的および化学的超音波効果が生じます。
機械的効果
超音波によって引き起こされる機械的作用により、液体の乳化、ゲルの液化、固体の分散が促進されます。超音波流体が媒質中で定在波を形成すると、流体中に浮遊する小さな粒子が機械的な力によって節で凝縮され、媒質中に周期的な蓄積を形成します。
電磁効果
圧電材料や磁歪材料中を超音波が伝播すると、超音波の機械的作用により分極や磁化が誘起されます。
キャビテーション効果
超音波を液体に加えると、小さな気泡が多数発生します。その理由の 1 つは、液体中に局所的な引張応力が発生し、負圧が形成されることです。圧力が下がると、もともと液体中に溶けていた気体が過飽和になり、液体から抜け出して小さな気泡になります。もう 1 つの理由は、強い引張応力によって液体が「引き裂かれ」、キャビテーションと呼ばれる空洞ができることです。空洞の内部には、液体蒸気または液体に溶解する別の気体が存在し、場合によっては真空さえあります。キャビテーションによって形成された小さな気泡は、周囲の媒体の振動によって移動、成長、または破裂し続けます。破裂すると周囲の液体が一気に気泡の中に突入し、高温高圧と衝撃波が発生します。キャビテーションに伴う内部摩擦により電荷が形成され、放電により気泡内に発光が生じることがあります。液体中での超音波処理技術は主にキャビテーションに関連しています。
熱効果
超音波は高い周波数と高エネルギーのため、ワークピースに吸収されると重大な熱影響を引き起こす可能性があります。
化学的影響
超音波の効果により、特定の化学反応が促進または加速されることがあります。たとえば、純蒸留水は超音波処理後に過酸化水素を生成します。窒素溶解水は超音波処理後に亜硝酸を生成します。また、染料水溶液は超音波処理後に変色または退色します。これらの現象には常にキャビテーションが伴います。超音波は、多くの化学物質の加水分解、分解、重合プロセスを促進することもあります。超音波は、光化学プロセスおよび電気化学プロセスにも重大な影響を与えます。各種アミノ酸やその他の有機物質の水溶液を超音波処理すると、特徴的な吸収スペクトル帯が消失し、均一な全体吸収を示します。これは、キャビテーションにより分子構造が変化したことを示しています。
