Bublina (fyzika) - Bubble (physics)

Vzduchové bubliny, když se člověk vynoří v a plavecký bazén.

Bubliny plyn v jemný nápoj

Bublina plynu v a mudpot

Bublina plynu v a dehtová jáma

Matná bublina

Muž fouká bubliny

A bublina je kulička jedné látky v jiné, obvykle plyn v kapalný.^[1] V důsledku Marangoniho efekt, bubliny mohou zůstat neporušené, když dosáhnou povrchu pohlcující látky.

Běžné příklady

Bubliny jsou v každodenním životě vidět na mnoha místech, například:

Jako spontánní nukleace přesycený oxid uhličitý v nealkoholické nápoje
Tak jako vodní pára ve vroucí vodě
Tak jako vzduch smíchané do míchané vody, například pod vodopádem
Tak jako mořská pěna
Jako mýdlová bublina
Vyrábí se při chemických reakcích, např. Jedlá soda + ocet
Jako plyn v pasti sklenka během jeho výroby
Jako indikátor v a duchovní úroveň

Fyzika a chemie

Bubliny se formují a splývají do globulárních tvarů, protože tyto tvary jsou ve stavu nižší energie. Informace o fyzice a chemii, které jsou za tím, viz nukleace.

Vzhled

Bubliny jsou viditelné, protože mají jiné index lomu (RI) než okolní látka. Například RI vzduchu je přibližně 1 0003 a RI vody přibližně 1,333. Snellov zákon popisuje, jak elektromagnetické vlny mění směr na rozhraní mezi dvěma médii s různými IR; bubliny lze tedy identifikovat z doprovodných lom světla a vnitřní odraz i když jsou ponořená i ponořující média průhledná.

Výše uvedené vysvětlení platí pouze pro bubliny jednoho média ponořeného do jiného média (např. Bubliny plynu v nealkoholickém nápoji); objem a membránová bublina (např. mýdlová bublina) světlo příliš nezkreslí a díky tomu lze vidět pouze membránovou bublinu tenkovrstvá difrakce a odraz.

Aplikace

Nukleaci lze záměrně vyvolat, například k vytvoření a bubblegram v pevné látce.

V lékařství ultrazvuk zobrazování, tzv. malé zapouzdřené bubliny kontrastní látka se používají ke zvýšení kontrastu.

V termální inkoustový tisk při tisku se jako akční členy používají bubliny páry. Občas se používají v jiných mikrofluidika aplikace jako akční členy.^[2]

Násilné zhroucení bublin (kavitace ) v blízkosti pevných povrchů a výsledný nárazový paprsek tvoří mechanismus používaný v ultrazvukové čištění. Stejný efekt, ale ve větším měřítku, se používá u zaměřených energetických zbraní, jako je pancéřová pěst a torpédo. Pistole krevety také použijte kolabující kavitační bublinu jako zbraň. Stejný účinek se používá k léčbě ledvinové kameny v litotryptor. Mořští savci jako např delfíni a velryby používejte bubliny pro zábavu nebo jako lovecké nástroje. Provzdušňovače způsobit rozpuštění plynu v kapalině vstřikováním bublin.

Chemikálie a metalurgický inženýři spoléhejte na bubliny pro operace, jako je destilace, absorpce, flotace a sušení rozprašováním. Složité procesy, kterých se to týká, často vyžadují zvážení přenosu hmoty a tepla a jsou modelovány pomocí dynamika tekutin.^[3]

The hvězdný nos a Americký vodní rejsek cítit pod vodou rychlé dýchání nosními dírkami a vytváření bublin. ^[4]

Pulzace

Když jsou bubliny narušeny (například když jsou pod vodou vstřikovány plynové bubliny), zeď osciluje. I když je to často vizuálně maskováno mnohem většími deformacemi tvaru, součást oscilace mění objem bubliny (tj. Je to pulzace), která se při absenci externě uloženého zvukového pole vyskytuje na bublině vlastní frekvence. Pulzace je nejdůležitější složkou oscilace, akusticky, protože změnou objemu plynu mění jeho tlak a vede k emisi zvuku na přirozené frekvenci bubliny. U vzduchových bublin ve vodě velké bubliny (zanedbatelné povrchové napětí a tepelná vodivost ) podstoupit adiabatický pulzace, což znamená, že žádné teplo se nepřenáší ani z kapaliny na plyn, ani naopak. Přirozená frekvence takových bublin je určena rovnicí:^[5]^[6]

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

kde:

${displaystyle gamma}$ je poměr měrného tepla plynu
${displaystyle R_ {0}}$ je ustálený stav poloměr
${displaystyle p_ {0}}$ je ustálený stav tlak
${displaystyle ho}$ je Hmotnost hustota okolní kapaliny

U vzduchových bublin ve vodě procházejí menší bubliny izotermický pulzace. Odpovídající rovnice pro malé bubliny povrchového napětí σ (a zanedbatelná kapalina viskozita ) je^[6]

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

Vzrušené bubliny zachycené pod vodou jsou hlavním zdrojem kapaliny zvuky, například uvnitř našich kloubů během praskání kloubů, ^[7] a když déšť kapička dopady na vodní hladinu. ^[8]^[9]

Fyziologie a medicína

Mechanismem je poranění tvorbou bublin a růstem v tělesných tkáních dekompresní nemoc, ke kterému dochází, když přesycené nasycené rozpuštěné inertní plyny opouštějí roztok jako bubliny během dekomprese. Poškození může být způsobeno mechanickou deformací tkání v důsledku růstu bublin in situ nebo blokováním cévy kde bublina ležela.

Arteriální plynová embolie může nastat, když se do oběhového systému zavede plynová bublina, která se usadí v krevní cévě, která je příliš malá na to, aby prošla pod dostupným tlakovým rozdílem. K tomu může dojít v důsledku dekomprese po hyperbarické expozici, a poranění nadměrné expanze plic, v době intravenózní podání tekutin, nebo během chirurgická operace.

Viz také

Reference

^ Subramanian, R. Shankar; Balasubramaniam, R. (09.04.2001). Pohyb bublin a kapek ve snížené gravitaci. Cambridge University Press. ISBN 9780521496056.
^ R. J. Dijkink, J. P. van der Dennen, C. D. Ohl, A. Prosperetti,„Akustická hřebenatka“: ovladač poháněný bublinkamiJ. Micromech. Microeng. 16 1653 (2006)
^ Weber; et al. (1978). Bubliny, kapky a částice. New York: Dover Publications. ISBN 978-0-486-44580-9.
^ Roxanne Khamsi. „Hvězdný nos může pod vodou čichat, odhalují videa“.
^ Minnaert, Marcel, O hudebních vzduchových bublinách a zvucích tekoucí vody, Phil. Mag. 16, 235-248 (1933).
^ ^A ^b Leighton, Timothy G., The Acoustic Bubble (Academic, London, 1994).
^ Chandran Suja, V .; Barakat, A. I. (2018-03-29). „Matematický model zvuků vytvořených praskáním kloubů“. Vědecké zprávy. 8 (1): 4600. Bibcode:2018NatSR ... 8.4600C. doi:10.1038 / s41598-018-22664-4. ISSN 2045-2322. PMC 5876406. PMID 29599511.
^ Prosperetti, Andrea; Oguz, Hasan N. (1993). "Dopad kapek na kapalné povrchy a podvodní hluk deště". Roční přehled mechaniky tekutin. 25: 577–602. Bibcode:1993AnRFM..25..577P. doi:10.1146 / annurev.fl.25.010193.003045.
^ Rankin, Ryan C. (červen 2005). "Bubble Resonance". Fyzika bublin, antibublinek a všeho jiného. Citováno 2006-12-09.

externí odkazy

[1] Subramanian, R. Shankar; Balasubramaniam, R. (09.04.2001). Pohyb bublin a kapek ve snížené gravitaci. Cambridge University Press. ISBN 9780521496056.

[2] R. J. Dijkink, J. P. van der Dennen, C. D. Ohl, A. Prosperetti,„Akustická hřebenatka“: ovladač poháněný bublinkamiJ. Micromech. Microeng. 16 1653 (2006)

[3] Weber; et al. (1978). Bubliny, kapky a částice. New York: Dover Publications. ISBN 978-0-486-44580-9.

[4] Roxanne Khamsi. „Hvězdný nos může pod vodou čichat, odhalují videa“.

[5] Minnaert, Marcel, O hudebních vzduchových bublinách a zvucích tekoucí vody, Phil. Mag. 16, 235-248 (1933).

[Leighton-6] A ^b Leighton, Timothy G., The Acoustic Bubble (Academic, London, 1994).

[7] Chandran Suja, V .; Barakat, A. I. (2018-03-29). „Matematický model zvuků vytvořených praskáním kloubů“. Vědecké zprávy. 8 (1): 4600. Bibcode:2018NatSR ... 8.4600C. doi:10.1038 / s41598-018-22664-4. ISSN 2045-2322. PMC 5876406. PMID 29599511.

[8] Prosperetti, Andrea; Oguz, Hasan N. (1993). "Dopad kapek na kapalné povrchy a podvodní hluk deště". Roční přehled mechaniky tekutin. 25: 577–602. Bibcode:1993AnRFM..25..577P. doi:10.1146 / annurev.fl.25.010193.003045.

[9] Rankin, Ryan C. (červen 2005). "Bubble Resonance". Fyzika bublin, antibublinek a všeho jiného. Citováno 2006-12-09.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]