当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，介质发生物理和化学变化，产生一系列机械、热、电磁和化学超声效应，包括以下四种效应：
机械效应
超声波的机械作用可促进液体乳化、凝胶液化和固体分散。当超声波流体介质形成驻波时 ,由于机械力的作用，悬浮在流体中的小颗粒凝聚在波节中，在空间中形成周期性的积累。当超声波在压电材料和磁膨胀材料中传播时，由超声波的机械作用引起的感应电极化和感应磁化（见电介质物理学和磁膨胀）。
空化作用
当超声波作用于液体时，会产生大量的小气泡 。一个原因是液体局部拉应力形成负压。压力的降低使溶解在液体中的气体过饱和，并从液体中逃逸成小气泡。另一个原因是强大的拉应力将液体撕裂成一个空洞，称为空化。空洞中有液体蒸汽或溶解在液体中的另一种气体，甚至可能是真空。由空化引起的小气泡会随着周围介质的振动而移动、生长或突然破裂。当周围液体突然冲入气泡时，会产生高温、高压和激波。与空化相关的内摩擦可以形成电荷，并在气泡中发光。液体中的超声处理技术主要与空化有关。
热效应
由于超声波频率高，能量大，被介质吸收时会产生明显的热效应。
化学效应
超声波的作用可以促进或加速某些化学反应。例如，纯蒸馏水经过超声处理后产生过氧化氢；超声处理后溶解氮的水产生亚硝酸；染料水溶液经过超声处理后会变色或褪色。这些现象总是伴随着空化。超声波还可以加速许多化学物质的水解、分解和聚合。超声波对光化学和电化学过程也有明显的影响。超声处理后，各种氨基酸和其他有机物的水溶液吸收光谱带消失，吸收均匀，表明空化改变了分子结构 。
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