Пузыря является глобулы из одного вещества в другое, как правило , газ в жидкости . [1] Из-за эффекта Марангони пузырьки могут оставаться неповрежденными, когда достигают поверхности иммерсивного вещества.
Общие примеры [ править ]
В повседневной жизни пузыри можно увидеть во многих местах, например:
- Как спонтанное зарождение перенасыщенного углекислого газа в безалкогольных напитках
- Как водяной пар в кипящей воде
- Как воздух, смешанный с взволнованной водой, например, под водопадом
- Как морская пена
- Как мыльный пузырь
- В результате химических реакций, например, пищевая сода + уксус
- Как газ, попавший в стекло при его изготовлении
- Как индикатор на спиртовом уровне
Физика и химия [ править ]
Пузыри образуются и сливаются в шарообразные формы, потому что эти формы находятся в более низком энергетическом состоянии. Чтобы узнать о физике и химии, стоящей за этим, см. Нуклеация .
Внешний вид [ править ]
Пузыри видны, потому что их показатель преломления (ПП) отличается от показателя преломления окружающего вещества. Например, RI воздуха составляет примерно 1.0003, а RI воды примерно 1,333. Закон Снеллиуса описывает, как электромагнитные волны меняют направление на границе между двумя средами с разным ИК-диапазоном; таким образом, пузыри можно идентифицировать по сопутствующему преломлению и внутреннему отражению, даже если и погруженная, и погружающая среда прозрачны.
Приведенное выше объяснение справедливо только для пузырьков одной среды, погруженных в другую среду (например, пузырьки газа в безалкогольном напитке); объем мембранного пузыря (например, мыльного пузыря) не будет сильно искажать свет, и можно увидеть только мембранный пузырек из -за дифракции и отражения на тонкой пленке .
Приложения [ править ]
Зарождение ядра может быть вызвано намеренно, например, для создания пузырьковой диаграммы в твердом теле.
При медицинской ультразвуковой визуализации для усиления контраста используются маленькие инкапсулированные пузырьки, называемые контрастным веществом .
В струйной термопечати пузырьки пара используются в качестве исполнительных механизмов. Иногда они используются в других микрофлюидических приложениях в качестве исполнительных механизмов. [2]
Сильное схлопывание пузырьков ( кавитация ) возле твердых поверхностей и возникающая в результате падающая струя составляют механизм, используемый при ультразвуковой очистке . Тот же эффект, но в большем масштабе, используется в сфокусированном энергетическом оружии, таком как базука и торпеда . Креветки-пистолеты также используют в качестве оружия схлопывающийся кавитационный пузырь. Такой же эффект используется для лечения камней в почках в литотриптере . Морские млекопитающие, такие как дельфины и киты, используют пузыри для развлечения или в качестве инструментов охоты. Аэраторы вызывают растворение газа в жидкости путем впрыскивания пузырьков.
Химические и металлургические инженеры полагаются на пузырьки для таких операций, как дистилляция, абсорбция, флотации и сушки распылением. При этом задействованные сложные процессы часто требуют учета масс- и теплопередачи и моделируются с использованием гидродинамики . [3]
Звездоносо и американская вода Землеройка могут чувствовать запах воды путем быстрого дыхания через ноздрю и создавая пузырь. [4]
Пульсация [ править ]
Когда пузырьки нарушаются (например, когда пузырь газа вводится под воду), стенка колеблется. Хотя он часто визуально маскируется гораздо большими деформациями формы, компонент колебания изменяет объем пузырька (то есть это пульсация), которая в отсутствие внешнего звукового поля возникает на собственной частоте пузырька . Пульсация является наиболее важным компонентом колебаний с акустической точки зрения, потому что, изменяя объем газа, он изменяет его давление и приводит к излучению звука с собственной частотой пузырька. Для пузырьков воздуха в воде большие пузырьки (незначительное поверхностное натяжение и теплопроводность ) подвергаются адиабатическому воздействию.пульсации, что означает, что тепло не передается ни от жидкости к газу, ни наоборот. Собственная частота таких пузырьков определяется уравнением: [5] [6]
где:
- - удельная теплоемкость газа
- это устойчивое состояние радиус
- это установившееся давление
- - массовая плотность окружающей жидкости
Для пузырьков воздуха в воде более мелкие пузырьки испытывают изотермические пульсации. Соответствующее уравнение для маленьких пузырьков поверхностного натяжения σ (и пренебрежимо малой вязкости жидкости ) имеет вид [6]
Возбужденные пузырьки, попавшие в ловушку под водой, являются основным источником звуков жидкости , например, внутри наших суставов во время трескания суставов [7] и когда капля дождя ударяется о поверхность воды. [8] [9]
Физиология и медицина [ править ]
Повреждение из-за образования пузырей и роста в тканях тела является механизмом декомпрессионной болезни , которая возникает, когда перенасыщенные растворенные инертные газы выходят из раствора в виде пузырьков во время декомпрессии . Повреждение может быть связано с механической деформацией тканей из-за роста пузыря на месте или из-за закупорки кровеносных сосудов там, где пузырек застрял.
Артериальная газовая эмболия может возникнуть, когда газовый пузырь попадает в систему кровообращения и застревает в кровеносном сосуде, который слишком мал для его прохождения при имеющейся разнице давлений. Это может произойти в результате декомпрессии после гипербарического воздействия, травмы , вызванной чрезмерным расширением легких , во время внутривенного введения жидкости или во время операции .
См. Также [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме " Пузыри" . |
- Сонолюминесценция
- Bubble Fusion
- Мыло
- Подводная акустика
- Резонанс Миннарта
- Antibubble
Ссылки [ править ]
- ^ Субраманиан, Р. Шанкар; Баласубраманиам, Р. (2001-04-09). Движение пузырьков и капель в условиях пониженной силы тяжести . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521496056.
- ^ RJ Dijkink, JP van der Dennen, CD Ohl, A. Prosperetti , «Акустический гребешок»: исполнительный механизм с пузырьковым питанием , J. Micromech. Microeng. 16 1653 (2006)
- ^ Вебер; и другие. (1978). Пузыри, капли и частицы . Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN 978-0-486-44580-9.
- ^ Роксана Хамси. «Звездоносный крот может нюхать под водой, как показывают видео» .
- ^ Миннарт, Марсель, О музыкальных пузырьках воздуха и звуках проточной воды, Фил. Mag. 16, 235-248 (1933).
- ^ a b Лейтон, Тимоти Г., Акустический пузырь (Academic, Лондон, 1994).
- ^ Chandran Suja, V .; Баракат, AI (29.03.2018). «Математическая модель звуков, производимых костяшками пальцев» . Научные отчеты . 8 (1): 4600. Bibcode : 2018NatSR ... 8.4600C . DOI : 10.1038 / s41598-018-22664-4 . ISSN 2045-2322 . PMC 5876406 . PMID 29599511 .
- ^ Просперетти, Андреа; Огуз, Хасан Н. (1993). «Воздействие капель на жидкие поверхности и подводный шум дождя». Ежегодный обзор гидромеханики . 25 : 577–602. Bibcode : 1993AnRFM..25..577P . DOI : 10.1146 / annurev.fl.25.010193.003045 .
- ^ Рэнкин, Райан С. (июнь 2005 г.). «Пузырьковый резонанс» . Физика пузырей, антипузырьков и прочего . Проверено 9 декабря 2006 .
Внешние ссылки [ править ]
