Schall ist die Druckschwingung eines Mediums wie Luft oder Wasser. Die Wellenlänge des Schalls variiert mit Temperatur, Medium und Anfangsenergie. Ultraschall bezieht sich auf Wellenlängen oberhalb des menschlichen Hörbereichs, etwa 20,000 Kilohertz. Viele Ultraschallanwendungen nutzen die mechanischen Schwingungen des Schalls, um die Zell- oder Partikelstruktur zu zerstören. Andere Anwendungen nutzen die Reflexion von Schallwellen, um Objekte zu erkennen oder zu beobachten.
Ultraschallanwendungen leiten sich von den Eigenschaften des Schalls ab. Ton ist nicht leicht; es besteht aus einer mechanischen Schwingung eines Gases oder einer Flüssigkeit, während Licht elektromagnetischer Natur ist. Die Wellen breiten sich von einer Punktquelle aus in drei Dimensionen aus, wobei ihre Energie verloren geht und die Amplitude abnimmt, während sie sich fortbewegen. Weniger dichte Medien wie Gase transportieren Schallwellen weiter als Flüssigkeiten. Festkörper leiten Schall durch den Aufprall der Welle auf eine Oberfläche und die physikalische Bewegung des Gases oder der Flüssigkeit auf der anderen Oberfläche des Festkörpers.
Die physikalische Wirkung von Schallwellen verbessert die Konsistenz von Fest-Flüssig-Gemischen in Ultraschallanwendungen im Labor- und kommerziellen Maßstab. Die Homogenisierung erfolgt durch Verringerung der Partikelgröße von Feststoffen, Dispergierung der Feststoffe oder Aufbrechen von Agglomeraten von Partikeln. Die ultrahochfrequente Energie der Schallwellen verursacht Kavitation in der Flüssigkeit. Kavitation tritt als abwechselnde Bereiche mit hohem und niedrigem Druck auf, wodurch sich Mikroblasen bilden und heftig kollabieren.
Biologische Labors nutzen die mechanische Kraft des Ultraschalls, um Zellen aufzubrechen und Organellen zu trennen, bei denen es sich um kleine intrazelluläre Komponenten handelt. Nützliche biologische Verbindungen können aus der Zellflüssigkeit extrahiert werden. In ähnlicher Weise kann das Aufbrechen von Zellen mit Ultraschall als Sterilisationstechnik verwendet werden. Die Reinigung von Laborgeschirr von hartnäckigen organischen Stoffen oder mineralischen Ablagerungen erfolgt häufig durch Einweichen der Teile in Ultraschallbäder.
Die Sonochemie fördert chemische Reaktionen, indem sie die heftige Kavitationsmischung von Ultraschallanwendungen nutzt. Durch die verstärkte Durchmischung der Reaktanten oder die erhöhte Aktivität von Mischphasenkatalysatoren steigen die Reaktionsgeschwindigkeiten. Kommerzielle Anwendungen dieser Technologie umfassen die Umwandlung von Pflanzenölen in Biodieselkraftstoffe.
Andere Ultraschallanwendungen nutzen die Wellennatur des Schalls. Schall wird von festen Oberflächen reflektiert und kann von einer Antenne empfangen werden. Viele Ultraschallanwendungen liefern diagnostische Informationen im medizinischen Bereich, um bei der Beurteilung von Föten, Tumoren und Verletzungen zu helfen. Diese nichtinvasiven Untersuchungen sind einfach, schmerzlos und kostengünstig.
Sonar verwendet Schall als Ortungsgerät, ein Gerät, das Wellenenergie sendet und empfängt, um Objekte zu lokalisieren. Die Wellenlängen können von Infraschall bis Ultraschall variieren. Entfernungsanwendungen werden von Militäreinheiten zur Zielerfassung, Navigation und Sicherheit verwendet. Fischer verwenden häufig Sonar, um Fischschwärme zu lokalisieren. Drohnen und Roboter können durch Ultraschallbefehle gesteuert werden.