Mechanische Wirkung (Kavitation)

• Bei der durch Ultraschall erzeugten Kavitation unterscheidet man

1. Wasser wird auseinandergerissen
2. Wasser verdampft bei Körpertemperatur
   

• Bei beiden Erläuterungen/Effekten wird dargestellt, dass die durch Ultraschall erzeugte Kavitation mikroskopisch kleine Gasbläschen in Flüssigkeiten (Wasser) erzeugt.
  

1. Wasser wird auseinandergerissen
2. Wasser wird durch Kohäsion zusammengehalten (Kohäsion bestimmt die Zugfestigkeit von Wasser).

• Beispiel:

1. Eine Schiffsschraube dreht sich mit hoher Geschwindigkeit im Wasser. Die Kohäsionskraft (Zugfestigkeit) wird überwunden. Das Wasser wird auseinandergerissen und Kavitationsblasen werden gebildet.
   

1. Sobald in Kavitationsblasen der Blaseninnendruck kleiner ist als der Wasserdruck, implodieren diese. Bei der Implosion werden so starke Kräfte freigesetzt, dass selbst bei einer Schiffschraube Material abgetragen wird (Kavitationsfraß). Bei Ultraschallbehandlungen  kommt es durch den erzeugten Schallwechseldruck bei longitudinalen Schallwellen zu Unterdruck (Kompression) und  Überdruck (Expansion) in einer Flüssigkeit. Die Zugkräfte in der Expansionsphase können ähnlich wie bei der sich drehenden Schiffsschraube Flüssigkeiten auseinanderreißen und es werden mikroskopisch kleine Gasbläschen (bis zu einer Größe von ca. 10 µm) gebildet (Sonophorese). Die so erzeugte Sonophorese wird für den Transport von Wirkstoffen genutzt.
   

1. Wasser verdampft bei Körpertemperatur

• Beispiel:
  

1. Wasser verdampft bei normalem Luftdruck ab 100°C.
   Wird der Luftdruck bis auf 55 hPa gesenkt, verdampft Wasser schon bei 34,5°C. Wird der Luftdruck bis auf 30 hPa gesenkt (Vakuum), verdampft Wasser bereits bei 24,5°C. Zwischen den erzeugten Über- und Unterdruckphasen kommt es zu starken Druckschwankungen (bei 1 MHz und 1 W/cm² um 1,7 - 2 bar). In der Unterdruckphase wird der Effekt (Wasser verdampft bei Körpertemperatur), wie oben beschrieben, erzeugt. Es werden mikroskopisch kleine Gasbläschen gebildet, die implodieren können. Bei diesen Implosionen entstehen (wie oben erläutert) Druckstöße, die Druckwellen mit enorm hohen Spitzen (bis zu mehreren 1000 bar) erzeugen. Durch die Implosionen werden Flüssigkeitsjets (Microjets) ausgelöst.
   
   
2. Bei gepulstem und niedrig dosiertem Ultraschall expandieren und kontrahieren die Gasbläschen, ohne eine kritische Größe zu erreichen. Auf Grund der hohen Frequenzen (1 MHz) sind die Schall-Impulse so kurz, dass die Zeit, in der die Gasbläschen wachsen können, auch sehr kurz. In der "off"-Phase kann keine Schallenergie akkumulieren, wodurch die Bläschen zu ihrer ursprünglichen Größe zurückkehren. Diese Blasen wachsen und schrumpfen im Wechsel von Unterdruck und Überdruck  (Kompressions- und Expansionsphasen), solange der Blasen-Innendruck oberhalb des Flüssigkeitsdrucks konstant bleibt. Die erzeugten Bläschen bleiben stabil und pulsieren im Rhythmus der Ultraschallwelle ("stabile Kavitation" / englisch: noninertial cavitation).
   Quelle: physiosupport.org