Пузырь (физика) - Bubble (physics)

Пузырьки воздуха, когда человек выходит на поверхность в плавательный бассейн.

Пузыри из газ в безалкогольный напиток

Пузырь газа в горшок

Пузырь газа в битумная яма

Матовый пузырь

Человек дует пузырь

А пузырь это глобула одного вещества в другом, обычно газ в жидкость.^[1] Из-за Эффект Марангони пузырьки могут остаться неповрежденными, когда достигнут поверхности погружаемого вещества.

Общие примеры

В повседневной жизни пузыри можно увидеть во многих местах, например:

• Как спонтанный зарождение перенасыщенных углекислый газ в безалкогольные напитки
• В качестве водяной пар в кипящей воде
• В качестве воздуха смешанный с взволнованной водой, например, под водопадом
• В качестве морская пена
• Как мыльный пузырь
• В результате химических реакций, например, пищевая сода + уксус
• Как газ в ловушке стекло во время его изготовления
• Поскольку индикатор в духовный уровень

Физика и химия

Пузыри образуются и сливаются в шарообразные формы, потому что эти формы находятся в более низком энергетическом состоянии. О физике и химии, стоящих за этим, см. зарождение.

Внешность

Пузыри видны, потому что у них разные показатель преломления (RI), чем окружающее вещество. Например, RI воздуха составляет приблизительно 1.0003, а RI воды составляет приблизительно 1,333. Закон Снеллиуса описывает, как электромагнитные волны меняют направление на границе между двумя средами с разными ИК; таким образом, пузыри можно идентифицировать по прилагаемым преломление и внутреннее отражение хотя и погружаемая среда, и погружающая среда прозрачны.

Приведенное выше объяснение справедливо только для пузырьков одной среды, погруженных в другую среду (например, пузырьки газа в безалкогольном напитке); объем мембранный пузырь (например, мыльный пузырь) не будет сильно искажать свет, и можно увидеть только мембранный пузырь из-за тонкопленочная дифракция и отражение.

Приложения

Зарождение ядра может быть вызвано намеренно, например, для создания пузырьграмма в твердом состоянии.

В медицинских УЗИ изображения, маленькие инкапсулированные пузырьки, называемые контрастный агент используются для усиления контраста.

В термическом струйный печать, в качестве исполнительных механизмов используются пузырьки пара. Иногда они используются в других микрофлюидика применения в качестве исполнительных механизмов.^[2]

Бурное схлопывание пузырей (кавитация ) вблизи твердых поверхностей и возникающая в результате падающая струя составляют механизм, используемый в ультразвуковая чистка. Тот же эффект, но в большем масштабе, используется в сфокусированном энергетическом оружии, таком как базука и торпеда. Пистолетная креветка также используйте в качестве оружия схлопывающийся кавитационный пузырь. Такой же эффект применяется для лечения камни в почках в литотриптер. Морские млекопитающие, такие как дельфины и киты используйте пузыри для развлечения или как инструмент для охоты. Аэраторы вызвать растворение газа в жидкости путем впрыскивания пузырьков.

Химическая и металлургический инженеры полагаться на пузырьки в таких операциях, как дистилляция, абсорбция, флотация и распылительная сушка. При этом задействованные сложные процессы часто требуют учета масс- и теплопереноса и моделируются с использованием динамика жидкостей.^[3]

В звездонос и Американская водная землеройка могут чувствовать запах под водой, быстро дыша через ноздри и создавая пузырь. ^[4]

Пульсация

Когда пузырьки нарушаются (например, когда под водой вводится пузырьковый газ), стенка колеблется. Хотя он часто визуально маскируется гораздо большими деформациями формы, компонент колебания изменяет объем пузырька (т.е. это пульсация), которая в отсутствие внешнего звукового поля возникает в области пузыря. собственная частота. 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, больших пузырьков (незначительные поверхностное натяжение и теплопроводность ) пройти адиабатический пульсации, что означает, что тепло не передается ни от жидкости к газу, ни наоборот. Собственная частота таких пузырьков определяется уравнением:^[5][6]

${displaystyle f_ {0} = {1 over 2pi R_ {0}} {sqrt {3gamma p_ {0} over ho}}}$

куда:

• ${displaystyle gamma}$ это коэффициент удельной теплоемкости газа
• ${displaystyle R_ {0}}$ это устойчивое состояние радиус
• ${displaystyle p_ {0}}$ это устойчивое состояние давление
• ${displaystyle ho}$ это масса плотность окружающей жидкости

Для пузырьков воздуха в воде более мелкие пузырьки подвергаются изотермический пульсации. Соответствующее уравнение для малых пузырьков поверхностного натяжения σ (и пренебрежимо малой жидкости вязкость ) является^[6]

${displaystyle f_ {0} = {1 больше 2pi R_ {0}} {sqrt {{3p_ {0} over ho} + {4sigma over ho R_ {0}}}}}$

Возбужденные пузырьки, захваченные под водой, являются основным источником жидкости. звуки, например, внутри наших суставов во время их трещин, ^[7] и когда дождь капля ударяется о поверхность воды. ^[8][9]

Физиология и медицина

Повреждение в результате образования и роста пузырей в тканях тела является механизмом декомпрессионная болезнь, который происходит, когда перенасыщенные растворенные инертные газы покидают раствор в виде пузырьков во время декомпрессия. Повреждение может быть связано с механической деформацией тканей из-за роста пузырьков на месте или из-за блокировки кровеносный сосуд где застрял пузырь.

Артериальная газовая эмболия может возникнуть, когда пузырь газа попадает в систему кровообращения и застревает в кровеносном сосуде, который слишком мал для его прохождения при имеющейся разнице давлений. Это может произойти в результате декомпрессия после гипербарического воздействия травма, вызванная чрезмерным расширением легких, в течение внутривенное введение жидкости, или во время хирургия.

Смотрите также

• Сонолюминесценция
• Bubble Fusion
• Подводная акустика
• Резонанс Миннарта
• Antibubble

Рекомендации

внешняя ссылка