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Wärmewirkung des Ultraschalls in Kunststoffen

Akustik Ak 2.1 Versuch 1.13

Einführung

Unter der Einwirkung von Ultraschall erwärmt sich eine Plexiglasplatte. Die Erwärmung wird mit Wärmepapier demonstriert.

Material

Dreifuß
Stativstange, 4kt, l = 400 mm
2 x Doppelmuffe
Universalklemme
Plexiglasplatte, 200 mm x 200 mm, s = 4 mm
Wärmepapier, 1 Stück
Glycerin, 250 ml
Ultraschallgenerator

Versuchsaufbau Versuchsaufbau s. Abb. 13 (Ultraschallgenerator Betriebsart: Sinus) Auf die Stirnfläche des Schallkopfes werden als Kopplungsflüssigkeit einige Tropfen Glycerin gegeben. Darauf wird die Plexiglasplatte gelegt und mit einer Doppelmuffe befestigt. Es ist darauf zu achten, dass in der Kopplungsschicht keine Lufteinschlüsse zu sehen sind. Auf die Plexiglasplatte legt man ein Blatt Wärmepapier, das zur besseren Haftung vorher etwas angefeuchtet wurde.

Durchführung

Die Kunststoffplatte wird bei einer mittleren Amplitude beschallt und das Wärmepapier beobachtet.

Dabei sollte die Marke des Stellknopfes weniger als 1 Min. bis in den schraffierten Bereich gedreht werden, da andernfalls die Wärmeentwicklung den Schallkopf zerstören kann.

Ergebnis

Etwa eine halbe Minute nach dem Einsetzen der Beschallung verfärbt sich das Wärmepapier von Gelb nach Rot.Der Farbumschlag zeigt, dass die Temperatur der Kunststoffplatte über 40 °C angestiegen ist.

Anmerkung

Die beobachtete Erwärmung ist auf die starke Absorption von Ultraschallwellen in Kunststoffen und die damit verbundene Umwandlung von Schallenergie in Wärme zurückzuführen. Die Wärmewirkung trägt unterstützend zum Ultraschallschweißen bei.